相圖與相平衡二元系統(tǒng)

相圖與相平衡二元系統(tǒng)第一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三二元系統(tǒng)概述二元系統(tǒng)是含有兩個組元（C＝2）的系統(tǒng)，如：CaO－SiO2系統(tǒng)，Na2O－SiO2系統(tǒng)等。根據(jù)相律，F(xiàn)＝C－P＋2＝4－P，由于所討論的系統(tǒng)至少應(yīng)有一個相，所以系統(tǒng)最大自由度數(shù)為3，即獨立變量除溫度，壓力外，還要考慮組元的濃度，對于二個變量的系統(tǒng)，必須用三個坐標的立體模型來表示。但是，在通常情況下，硅酸鹽系統(tǒng)是凝聚系統(tǒng)，可以不考慮壓力的改變對系統(tǒng)相平衡的影響，此時相律可以表示為：F＝C－P＋1在后面所要討論的二元、三元、四元系統(tǒng)都是凝聚系統(tǒng)，不再做特別說明。第二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三對于二元聚凝系統(tǒng)：F＝C－P＋1＝3－P當Pmin＝1時Fmax＝2Pmax＝3時Fmin＝0可見，在二元聚凝系統(tǒng)中平衡共存的相數(shù)最多為三個，最大自由度數(shù)為2，這兩個自由度就是指溫度（T）和兩組元中任一組元的濃度（X）。因此二元凝聚系統(tǒng)相圖仍然可以用平面圖來表示，即以溫度－組成圖表示。第三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三二元系統(tǒng)組成表示法二元系統(tǒng)相圖中橫坐標表示系統(tǒng)的組成，因此又稱為組成軸，組成軸的兩個端點分別表示兩個純組元，中間任意一點都表示由這兩個組元組成的一個二元系統(tǒng)，假設(shè)二元系統(tǒng)由AB兩組元構(gòu)成，則連個端點A和B分別表示純A和純B。組成軸分為100等份，從A點到B點，B的含量由0％增加到100％，A的含量由100％減少到0％，從B點到A點則相反。AB之間的任意點都是由AB組成的二元系統(tǒng)。在相圖中組成可以用質(zhì)量百分數(shù)表示，也可以用摩爾百分數(shù)表示，其圖形有明顯差別，應(yīng)加以注意?？v坐標為溫度，又稱溫度軸。相圖中的任意一點既代表一定的組成有代表系統(tǒng)所處的溫度，如M點表示組成為30％的A和70％的B的系統(tǒng)處于T1溫度，由于在二元聚凝系統(tǒng)中溫度和組成一定，系統(tǒng)的狀態(tài)就確定了，所以相圖中的每一點都和系統(tǒng)的一個狀態(tài)相對于，即為狀態(tài)點。第四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三杠杠規(guī)則是相圖分析中一個重要的規(guī)則，它可以計算在一定條件下，系統(tǒng)中平衡各相間的數(shù)量關(guān)系，假設(shè)由A和B組成的原始混合物（或熔體）的組成為M，在某一溫度下，此混合物分成兩個新相，兩相的組成分別為M1和M2杠杠規(guī)則推導(dǎo)第五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三若組成為M的原始混合物含B為b%，總質(zhì)量為G，新相M1含B為b1%，質(zhì)量為G1；新相M2含B為b2%，質(zhì)量為G2，因變化前后的總量不變，所以有：G＝G1＋G2原始混合物中B的質(zhì)量為G·b%，新相M1中B的質(zhì)量為G1·b1%，新相M2中B的質(zhì)量為G2·b2%，所以Gb%=G1b1%+G2b2%將上兩式變形有G1(b-b1)=G2(b2-b)第六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三所以G1·M1M＝G2·MM2兩個新相M1和M2在系統(tǒng)中的含量則為G1＝（MM2/M1M2)%G2＝(M1M/M1M2)%上式表明：如果一個相分解為二個相，則生成的兩個相的數(shù)量與原始相的組成點到兩個新生相的組成點之間線段成反比，此關(guān)系式與力學上的杠杠很相似，如圖所示，M點相當與杠杠的支點，M1和M2則相當于兩個力點，因此稱為杠杠規(guī)則。第七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三杠杠規(guī)則的含義可以看出，系統(tǒng)中平衡共存的兩相的含量與兩相狀態(tài)點到系統(tǒng)總狀態(tài)點的距離成反比，即含量愈多的相，其狀態(tài)點到系統(tǒng)總狀態(tài)點的距離愈近。使用杠杠規(guī)則的關(guān)鍵是要分清系統(tǒng)的總狀態(tài)點，成平衡的兩相狀態(tài)點，找準在某一溫度下，它們各自相圖中的位置。第八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三二元相圖的基本類型具有低共熔點的二元相圖具有化合物的二元相圖具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖形成固溶體的二元相圖具有液相分層的二元相圖第九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三具有一個低共熔點的二元系統(tǒng)相圖這類系統(tǒng)的特點是：兩個組元在液態(tài)時能以任意比例互溶，形成單相溶液，固相完全不互溶，兩個組元各自從液相分別結(jié)晶；組元間不生成化合物，這種相圖是最簡單的二元系統(tǒng)相圖。鋁方柱石（2CaO·Al2O3·SiO2－鈣長石（CaO·Al2O3·2SiO2）系統(tǒng)屬于這種類型。第十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三圖中的a點是純組元A的熔點，b點是純組元B的熔點aE線是組成不同的高溫熔體在冷卻過程中開始析出A晶相的溫度的連線，在這條線上液相和A晶相兩相平衡共存。bE線是不同組成的高溫熔體冷卻過程中開始析出B晶相的溫度的連線，線上液相和B晶相兩相平衡共存第十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三aE線、bE線都稱為液相線，分別表示不同溫度下的固相A，B和相應(yīng)的液相之間的平衡，實際上也可以理解為由于第二組元加入而使熔點（或凝固點）變化的曲線。根據(jù)相律，在液相線上P＝2，F(xiàn)＝1。通過E點的水平線GH稱為固相線，是不同組成的熔體結(jié)晶結(jié)束溫度的連線。第十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三液相線和固相線之間的兩相區(qū)aEG和bEH分別為A晶相和液相平衡共存以及B晶相和液相平衡共存的二相區(qū)，兩條液相線和固相線把整個相圖分為四個相區(qū)，液相線以上的區(qū)域是液相的單相區(qū)，用L表示，在單相區(qū)內(nèi)P＝1，F(xiàn)＝2，相平衡共存（L＋A）,（L+B）的兩相區(qū)和固相區(qū)。第十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三圖中的FD線表示溫度在TD時的A晶相與該溫度下組成D的液相平衡。固相線以下的區(qū)域是A晶相和B晶相平衡共存（A＋B）的相區(qū)。在兩相平衡共存的相區(qū)內(nèi)P＝2，F(xiàn)＝1。兩條液相線與固相線的交點E稱為低共熔點。在這點上組成為E′的液相與A晶相、B晶相三相平衡共存，其平衡關(guān)系為第十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三就是說，冷卻時相在E點，按E′點的A、B比例，A晶相和B晶相共同熔融成組成為E′的液相，這是系統(tǒng)加熱時熔融成液相的最低溫度，稱為低共熔點，在該點析出的固體混合物稱為低共熔混合物。第十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三在E點相數(shù)P＝3，自由度F＝0，表示系統(tǒng)的溫度和液相的組成都不能變，故E點是二元無變量點，在此點，當系統(tǒng)被加熱或冷卻時，只是引起液相對固相的比例量的增加或減少，溫度和組成沒有變化。第十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三

熔體的冷卻析晶過程所謂熔體的冷卻析晶過程是指將一定組成的二元混合物加熱熔化后再將其平衡冷卻而析晶的過程。通過對平衡冷卻析晶過程的分析可以看出系統(tǒng)的平衡狀態(tài)隨溫度的改變而變化的規(guī)律。第十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三以組成為M′的熔體的冷卻析晶過程為例。組成為M′的兩元混合物加熱成為高溫熔體后處于液相區(qū)內(nèi)的M點，將此高溫熔體進行平衡冷卻。在溫度下降到TC以前，系統(tǒng)為雙變量，說明在系統(tǒng)組成已確定的情況下，改變系統(tǒng)的溫度不會導(dǎo)致新相的出現(xiàn)，由于系統(tǒng)組成已定，故系統(tǒng)的狀態(tài)點只能沿著等組成線（M

M′）變化第十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三當熔體溫度下降到TC時，液相開始對組元A飽和，從液相中開始析出A晶相（L→A），系統(tǒng)有單相平衡狀態(tài)進入二相平衡狀態(tài)，由于析出的是純A，所以固相的狀態(tài)點應(yīng)在K點，同時因A的析出，液相的組成發(fā)生變化。第十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三隨著溫度的下降，液相組成沿著aE線有C點向E點變化，也就是說，向液相中組元B含量增加的方向變化，這是P＝2，F(xiàn)＝1，當溫度到達TE時，液相組成到E點，固相的狀態(tài)點有K點到達G點，此時液相不僅對A晶相飽和而且對B晶相也達到飽和，因而將從液相中按E點組成中A和B的比例同時析出A晶相和B晶相（L→A＋B）。由于系統(tǒng)中存在三相平衡共存，P＝3，F(xiàn)＝0，因此，系統(tǒng)的溫度和液相的組成都不能變。第二十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三但隨著析晶過程的進行液相量的不斷地減少，由于有B晶相析出，固相的組成不再在G點，而由G點向R點變化，當最后一滴液體消失時，固相組成到達R點，與系統(tǒng)的狀態(tài)點重合，液相消失，析晶過程結(jié)束，析晶產(chǎn)物為A和B兩個晶相，由于系統(tǒng)中只剩下A、B兩種晶相，P＝2，F(xiàn)＝1，溫度又可繼續(xù)下降了。第二十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第二十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三若是加熱，則和上述過程相反，當系統(tǒng)溫度升高到TE時才出現(xiàn)液相，液相組成為E，因P＝3，F(xiàn)＝0，系統(tǒng)為無變量，所以系統(tǒng)的溫度維持在TE不變，A和B兩晶相的量不斷減少。E組成的液相量不斷增加，當B晶相全部熔融后，系統(tǒng)中兩相平衡共存，成為單變量，溫度才能繼續(xù)上升，此時A晶相才繼續(xù)減少，液相組成沿著aE線向a點變化，當溫度達到TC時，A晶相也完全熔融，系統(tǒng)全部成為熔體。第二十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三熔體M的冷卻析晶過程具有普遍性，只是如果熔體的組成點在B點和E′點之間時，冷卻時首先析出的應(yīng)是B晶相。由以上的冷卻析晶過程可以看出，在這類最簡單的二元系統(tǒng)中：凡是組成在AE′范圍的熔體，冷卻到析晶溫度時首先析出A晶相，凡是組成在BE′范圍內(nèi)的熔體，冷卻到析晶溫度時首先析出的是B晶相。第二十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三所有的二元熔體冷卻時都在E點結(jié)晶結(jié)束，產(chǎn)物都是A晶相和B晶相，只是A、B的比例不同而已，在整個析晶過程中，盡管組元A和組元B在固相與液相間不斷轉(zhuǎn)移，但仍在系統(tǒng)內(nèi)，不會溢出系統(tǒng)外，因而系統(tǒng)的總組成是不會改變的，系統(tǒng)總的狀態(tài)點直沿著原始熔體額等組成線變化，而且成平衡的兩相的狀態(tài)點始終與總狀態(tài)點在一條水平線上，并分別在其左右兩邊。第二十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三冷卻析晶過程中各相含量的計算從圖上可以看出，M熔體冷卻到TD時，系統(tǒng)中平衡共存兩相是A晶相和液相。這時，系統(tǒng)的總狀態(tài)點在O點，A晶相的狀態(tài)點在F點，液相在D點，根據(jù)杠杠規(guī)則：

第二十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)中：冷卻過程當液相的狀態(tài)點剛到E點，固相的狀態(tài)點為G點時，由于B晶相尚未析出，系統(tǒng)中仍然是A晶相也液相兩相平衡共存，此時根據(jù)杠桿規(guī)則：

第二十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三當液相在E消失后，系統(tǒng)中平衡共存的晶相是A晶相和B晶相，這兩相的含量則分別為：

杠桿規(guī)則不但適用于一相分兩相的情況，同樣也適用于兩相合為一的情況，甚至在多相系統(tǒng)中，都可以利用杠桿規(guī)則，根據(jù)已知條件計算共存的各相的相對數(shù)量及百分含量。因此，我們可以利用相圖確定配料組成已定的制品，在不同狀態(tài)下所具有的相組成及其相對含量，以預(yù)測和估計產(chǎn)品的性能，這對指導(dǎo)生成和研制新產(chǎn)品具有重要意義。第二十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三具有一個化合物的二元系統(tǒng)相圖具有一個一致熔融化合物的二元系統(tǒng)相圖一致熔融化合物是一種穩(wěn)定的化合物，與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點，加熱這樣的化合物到熔點時，即熔化為液態(tài)，所產(chǎn)生的液相與化合物的晶相組成相同，故稱為一致熔融或同成分熔融，其化合物則稱為一致熔融化合物或同成分熔融化合物。第二十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三由于這種化合物有確定的同成分熔點，并且此熔點在加入其它任一純組元時會降低直到和兩邊純組元的液相線相交得到兩個低共熔點E1、E2為止。這類系統(tǒng)的典型相圖如左圖，組元A和組元B生成一個一致熔融化合物AmBn，M點是該化合物的熔點。第三十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三曲線aE1是組元A的液相線，bE2是組元B的液相線，E1ME2則是化合物AmBn的液相線。一致熔融化合物在相圖上的特點是化合物組成點位于其液相線的組成范圍內(nèi)，即化合物AmBn的等組成線AmBn－M與液相線相交，交點M是液相線上的溫度最高點。第三十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三因此，AmBn－M線將此相區(qū)分成兩個最簡單的分二元系統(tǒng)，E1是A－AmBn分二元系統(tǒng)的低共熔點，在這點上進行的過程是凡是組成在A－AmBn范圍內(nèi)的原始熔體都在E1點結(jié)晶結(jié)束，結(jié)晶產(chǎn)物為A和AmBn兩種晶相，E2點是AmBn－B分二元系統(tǒng)的地共熔點，在這點上進行的過程是，凡組成在AmBn－B范圍內(nèi)的熔體都在E2點結(jié)晶結(jié)束，結(jié)晶產(chǎn)物是AmBn和B兩種晶相。第三十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三其結(jié)晶路程（固、液相的變化途徑）與最簡單的二元系統(tǒng)完全相圖。整個相圖可看成是有兩個最簡單的低共熔類型相圖所組成。因此，當系統(tǒng)中存在n個一致熔融化合物而使相圖復(fù)雜化時，只要以一致熔融化合物的等組成線為分界線，便能將該復(fù)雜相圖劃分為n+1個簡單系統(tǒng)相圖，則問題的討論就顯得簡單了。第三十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三一致熔融化合物若是一個非常穩(wěn)定的化合物，甚至在熔融時也不分解，那么相應(yīng)的液相線就會出現(xiàn)尖峭高峰形，若化合物部分分解，則熔化溫度將降低，則化合物愈不穩(wěn)定，最高點也愈平滑。第三十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三具有一個不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)相圖不一致熔融化合物是一種不穩(wěn)定的化合物，加熱這種化合物到某一溫度便發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種晶相，二者組成與原來化合物組成完全不同，故稱為不一致熔融或異成分熔融，其化合物稱為不一致熔融化合物或異成分熔融化合物，它只能在固態(tài)中存在，不能在液態(tài)中存在。第三十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三這類系統(tǒng)的典型相圖見左圖，組元A和組元B生成的化合物AmBn加熱到TP溫度分解為P點組成的液相和B晶相，因此AmBn是一個不一致熔融化合物。圖中aE線是與晶相A平衡的液相線，bP是與晶相B平衡的液相線，PE是與化合物AmBn平衡的液相線，無變量點E是低共熔點，在E點發(fā)生的相變化為第三十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三另一無變量點P稱為轉(zhuǎn)熔點，在P點發(fā)生的相變化為就是說，冷卻時組成為P的液相要回吸B晶相（B溶解于液相），結(jié)晶析出AmBn晶相，加熱時化合物AmBn要分解也液相P和B晶相，這一過程稱為轉(zhuǎn)熔過程，故P點為轉(zhuǎn)熔點，由于在P點是三相平衡共存，P＝3，F(xiàn)＝0，所以溫度不能變，液相的組成也不能改變。第三十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三需要注意，轉(zhuǎn)熔點P位于與P點液相平衡的兩個晶相AmBn和B的組成點D、F的一側(cè)，這與低共熔點E位于與E點液相平衡的兩個晶相A和AmBn的組成點I、J的中間是不同的，運用杠桿規(guī)則不難理解這種差別，不一致熔融化合物在相圖上的特點是化合物AmBn的組成點位于其液相線PE的組成范圍以外。第三十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三下面以熔體1、2、3為例分析其冷卻析晶過程：將高溫熔體1冷卻到Tp溫度，熔體對B晶相飽和，開始析出B晶相，析出的B晶相的狀態(tài)點在M點，隨后液相點沿著液相線KP向P點變化，從液相中不斷析出B晶相，固相點則從M點向F點變化，達到轉(zhuǎn)熔溫度Tp，發(fā)生的轉(zhuǎn)熔過程，即原先析出的B晶相又溶入Lp液相（或者說被液相回吸而結(jié)晶出化合物AmBn第三十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三在轉(zhuǎn)熔過程中，系統(tǒng)溫度保持不變，液相組成保持在P點不變，但液相量和B晶相量不斷減少，AmBn晶相量不斷增加，因而固相的狀態(tài)點離開F點向D點移動，當固相點到達D點，B晶相被回吸完，轉(zhuǎn)熔過程結(jié)束，由于B晶相消失，系統(tǒng)中只剩下液相和AmBn晶相，根據(jù)相律P＝2，F(xiàn)＝1，溫度又可以繼續(xù)下降。第四十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三隨著溫度的降低，液相將離開P點沿著液相線PE向E點變化，從液相中不斷地析出AmBn晶相（L→AmBn）；由于只有AmBn晶相，因此固相點沿著化合物AmBn的等組成線由D點向J點變化，到達低共熔點溫度E，進行LE→A＋AmBn的低共熔過程，當最后一滴液相在E點消失時，固相點從J點到達H點，與系統(tǒng)總的狀態(tài)點重合，析晶過程結(jié)束，最后的析晶產(chǎn)物是A晶相和AmBn晶相。第四十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第四十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三熔體3的結(jié)晶過程與熔體2相似，首先析出B晶相，并在P點結(jié)晶結(jié)束，但當液相在P點消失時，B晶相同時也被回吸完畢，結(jié)晶產(chǎn)物只有AmBn一種晶相，從上述冷卻結(jié)晶過程的討論可以看出：低共熔點一定是結(jié)晶結(jié)束點，而轉(zhuǎn)熔點則不一定是結(jié)晶結(jié)束點，要勢熔體的組成而定。第四十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第四十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)熔過程還有一個現(xiàn)象需注意，即不平衡結(jié)晶的情況，當不一致熔融化合物生成時，轉(zhuǎn)熔過程可能進行的不平衡，即由液相析出的化合物晶體可能會將待溶解的剩余的固相包裹起來與液體隔開（又稱為包晶反應(yīng)），而使轉(zhuǎn)熔過程中斷，由于液相只和一種固相直接接觸，出現(xiàn)二相平衡的假象，當繼續(xù)冷卻時，液相組成將變化到低共熔點處結(jié)晶才最后結(jié)束。第四十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三凝固后的產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)由于結(jié)晶不平衡的結(jié)果，會導(dǎo)致不平衡的三相結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，即轉(zhuǎn)熔物質(zhì)的晶體（如B晶體），不一致熔融化合物的晶體（如AmBn）和低共熔物（如A＋AmBn）這種不平衡結(jié)晶的情況，在低共熔過程中是不會出現(xiàn)的。第四十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第四十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖左圖中為固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖，化合物AmBn不能直接從二元熔液中結(jié)晶析出，從液相中只能析出A晶相和B晶相，A、B通過固相反應(yīng)形成化合物AmBn。這類化合物只能存在與某一溫度范圍內(nèi)，超出這個范圍，化合物AmBn便分解為晶相A和晶相B。第四十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三不同組成的二元系統(tǒng)在T1（或T2）溫度下發(fā)生固相反應(yīng)時可能有三種不同的結(jié)果1）組成在A～AmBn范圍內(nèi)的二元系統(tǒng)，由于A組元的含量高，冷卻到T1（或加熱到T2時，固相反應(yīng)的結(jié)果是B晶相消失，剩余A晶相和新生成的化合物AmBn。第五十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三2）組成在AmBn范圍內(nèi)的二元系統(tǒng)，冷卻到T1（或加熱到T2）時，固相反應(yīng)的結(jié)果是A晶相消失，剩余B晶相和新生成的化合物AmBn。3）組成剛好為AmBn的二元系統(tǒng)，冷卻到T1（或加熱到T2）時，固相反應(yīng)的結(jié)果是A、B全部化合成化合物AmBn。第五十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三實際上，由于固態(tài)物質(zhì)之間的反應(yīng)速度很慢，因而達到平衡狀態(tài)需要的時間將是很長的，尤其是在低溫下，上述平衡狀態(tài)是很難達到的，系統(tǒng)往往處于A、AmBn、B三種晶體同時存在的非平衡狀態(tài)。第五十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第五十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第六十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第七十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第八十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第九十頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第九十一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三二元專業(yè)相圖舉例Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖CaO－SiO2系統(tǒng)相圖CaO－Al2O3系統(tǒng)相圖Na2O－SiO2系統(tǒng)相圖第九十二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三Al2O3－SiO2相圖Al2O3－SiO2相圖中只有一個一致熔融化合物3Al2O3·2SiO2（莫來石A3S2），其重量組成是72％Al2O3和28％SiO2，如圖所示，莫來石是普通陶瓷，粘土質(zhì)耐火材料的重要成分，該圖還表明在A3S2晶格中溶入了一些Al2O3形成A3S2固溶體，但溶入的Al2O3有一定限度，在圖中相當于含63％摩爾位置上。第九十三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第九十四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三Al2O3－SiO2系統(tǒng)，全部液相線的溫度都較高，它對許多種耐火材料的生產(chǎn)有指導(dǎo)意義，如在生產(chǎn)硅磚時，要嚴格防止原料中混入Al2O3，否則會使硅磚耐火度大大下降，如圖中SiO2熔點為1723℃，其中SiO2的液相線很陡，當SiO2中加入Al2O3后，SiO2的熔點劇烈下降。第九十五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三在SiO2中按重量比加入1％的Al2O3，它在低共熔點（E1）1595℃時，根據(jù)杠桿規(guī)則計算，就會產(chǎn)生18.2％的液相，故會使硅磚的耐火度大大下降。圖中莫來石的液相線E1F左面一段比較陡，但后面一段很平坦，這說明當溫度變化時，液相數(shù)量變化有兩種不同情況。第九十六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三例如，普通粘土質(zhì)耐火磚（粘土磚）其主要成分是Al2O3和SiO2，設(shè)一粘土磚中含有33％摩爾的Al2O3，從相圖上看出，當溫度升到1595℃時，最多可產(chǎn)生50％左右的液相，直到1700℃以前，其液相量約為60％即增加不多，但1700℃以后，其液相線很平坦，溫度升高而使液相迅速增多，這使粘土磚軟化而不能安全使用。第九十七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三從圖中可以看出，粘土磚的礦物成分是石英和莫來石，當生產(chǎn)粘土磚時，如增加原料中Al2O3含量，即配料點向右移動時，可以提高粘土磚的質(zhì)量，因為Al2O3的加入可以提高熔化溫度，同時使粘土磚中莫來石的數(shù)量增加，從而也可知高鋁磚的質(zhì)量比粘土磚好。第九十八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三CaO－SiO2系統(tǒng)中，有些化合物是硅酸鹽水泥的重要成分，是高爐礦渣的主要構(gòu)成部分，在石灰質(zhì)耐火材料以及氧化鈣成分的相對含量較高的玻璃中往往也可以得到本系統(tǒng)中的某些化合物，CaO－SiO2系統(tǒng)的相圖如圖，這個系統(tǒng)中有四個化合物，其中C3S2和C3S是不一致熔融化合物，CS和C2S是一致熔融化合物。CaO－SiO2系統(tǒng)相圖第九十九頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第一百頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三圖中SiO2，CS和C2S都有多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，故有一些橫線是晶型轉(zhuǎn)變的等溫線，在線上的溫度為多晶轉(zhuǎn)變溫度，另外還有一個二液相區(qū)，在圖中當SiO2含量較高時，其液相區(qū)有液相分層的現(xiàn)象，各無變量點的性質(zhì)列于表中。對于較復(fù)雜的二元系統(tǒng)相圖，可以一致熔融的化合物為界線，將系統(tǒng)劃分為若干分系統(tǒng)，如CaO－SiO2相圖，以一致熔融化合物CS和C2S為界線，將系統(tǒng)分成SiO2－CS，CS－C2S和C2S－CaO三個分系統(tǒng)，然后分別進行討論。第一百零一頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第一百零二頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第一個分二元系統(tǒng)C2S－CaO，在這個部分中，存在C2S和C3S化合物，它們是硅酸鹽水泥中最重要的成分，C3S和C2S在2050℃形成低共熔物，熔點為2130℃，前面已經(jīng)談過，它有復(fù)雜的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在相圖中一般只表示穩(wěn)定態(tài)晶型的轉(zhuǎn)變情況，因為相圖是在平衡狀態(tài)下作出的，故圖中沒有β－C2S，而只有表示了α－C2S，α′－C2S和γ－C2S的區(qū)域。第一百零三頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三C3S是不一致熔融化合物，它僅存在于2150－1250℃之間，在2150℃時，C3S分解為CaO和液相，在1250℃時，C3S分解為α′－C2S和CaO，但這時的分解只在靠近1250℃溫度范圍內(nèi)才很快的進行，C3S在較低的溫度時的分解幾乎可以忽略不計，所以它能在很長的時間內(nèi)以介穩(wěn)狀態(tài)寸于常溫下，從熱力學觀點來看，這個介穩(wěn)狀態(tài)的C3S具有較高的內(nèi)能，這就是C3S活性大，有高度反應(yīng)能力的原因之一。第一百零四頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三硅酸鹽水泥中C3S是最重要的保證水泥有高強度水硬性的組成部分，因此把水泥熟料在冷卻機中急冷，以縮短C3S在1250℃附近的停留時間，盡量使C3S免于分解，以保證水泥的質(zhì)量。

C3S在1250℃以上無多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，但在1100℃到室溫的溫度范圍內(nèi)，C3S有六種多晶形式。第一百零五頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三第一百零六頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三CaO－SiO2相圖的第二個分二元系統(tǒng)C2S－CS中，有一個不一致熔融化合物C3S2，它在自然界中以硅石鈣形式存在并常出現(xiàn)在各種高爐礦渣中，C3S2在1464℃分解為α－C2S和液相，C3S2和α－C2S在1460℃形成低共熔物，低共熔點為E，CS具有α和β兩種晶型，轉(zhuǎn)變溫度為1125℃第一百零七頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三CaO－SiO2相圖的第三個分二元系統(tǒng)CS－SiO2，SiO2中有復(fù)雜的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象和一個兩液相區(qū)，當含CaO在0.6~28%的組成范圍內(nèi)，溫度在1750℃以上，液相的CaO和SiO2有分為兩層的現(xiàn)象，一層為CaO溶于SiO2中的富硅液相，另一層為SiO2溶于CaO中形成的富鈣液相，在AB線上液體A和B與α－方石英成平衡。兩液相，當溫度升高時，其互相溶解度增加，成分更加靠近，從理論上推論，當升高到某一溫度時，兩液相應(yīng)合并成一液相。第一百零八頁，共一百一十九頁，編輯于2023年，星期三在CaO－SiO2相圖中還可以看到，SiO2中加入少量的CaO，在1436℃時液相量并不多，當混合物中的CaO含量為1％