相图的绘制与用途-第1组.pptVIP

相图的绘制与用途 材基2 第一组 1.相图的概述 对于多相体系，各相间的相互转化，新相的形成，旧相的消失与温度、压力、组成有关。根据实验数据给出的表示相变规律的各种几何图形称为相图。从这种几何图形上，可以直观看出多相体系中各种聚集状态和它们所处的条件（温度、压力、组成）。 相图通常有单组分相图（如图1）、二组分系统相图（如图2）以及三组分系统相图（如图3）。常见的二组分系统相图有压力-组成图、温度-组成图、蒸汽压-液相组成图、溶解度图（温度-组成）、低共熔混合物相图等。 2.相图的绘制 2.1. 热分析法 热分析法是绘制相图常用的方法之一。其基本原理是：当体系缓慢而均匀地冷却时，若体系无相变发生，则温度随时间均匀下降;当体系有相的变化发生时，由于凝固热的产生，便会使体系冷却速度变慢，温度一时间图上就会出现转折点或水平线段。就是说，如要绘制二组份共熔体系的相图，必须得到相当数量的二组份体系混合物的步冷曲线。该曲线的获得，可使一个已知组成的熔融物缓慢冷却，每隔一定时间记录一次温度，然后综合记录数据而绘制相图；亦可用热电偶直接将温度转换成电讯号，以毫伏计或UJ一36型电位差计测出一定时间间隔的毫伏值，绘制毫伏值一时间曲线。但是，由于熔融物冷却过程比较快，特别是转折点稍纵即失，给相图的绘制带来一定困难。为了解决这一问题，可以使用自动平衡记录仪。 例1：二组分低共融混合物相图的绘制 依次将表面覆有石墨粉的锡、铅和含锡量为20%、40%、80%、61.9%的台金及纯苯甲酸的样品加热熔融，待样品完全熔化后，搅拌均匀，开启自动平衡记录仪，将走纸速度置于5毫米／秒，开始记录，直到步冷曲线水平部分以下为止。关掉记录仪，抬起笔尖，做好下一个样品的绘制准备。依此方法将所有样品熔化一一记录在记录仅上。以此步冷曲线为依据，以纯铅、纯锡和苯甲酸的熔点为标准温度，作毫伏一温度的工作曲线，从工作曲线上查出各样品相变的皂伏值所对应的温度．便可绘出Pb—Sn相图。 实验结果如下： 例2：MAP一乙醇一水三元体系相图的绘制 将MAP 与乙醇、MAP 与水、水与乙醇按不同的质量比配成一系列的二组分体系，每个样品的总质量约5g，置于50mL的磨口试剂瓶中，放在30℃的恒温槽中恒温。然后分别向上述二组分体系中滴加第三组分，并且在加入第三组分后，用电导率仪测定此时拟三元体系的电导率值，对于两相区，则测定的是下层粘稠液的电导率。通过目视观察法，记录体系的相转变点，初步确定相界限，处于相转变点的样品在恒温槽中恒温置放12h，确定体系达到平衡后，再结合物相的状态、电导率值的变化以及偏光显微镜的观察结果确定相界。 2.2. 淬冷法（静态法） 淬冷法（静态法）研究相图是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样，由于相变来不及进行，冷却后的试样保持了高温下的平衡结构状态。用显微镜或X-射线物相分析，就可以确定物系相的数目、组成及含量随淬冷温度而改变的关系。将测试结果记入相图中相应点的位置，就可绘制出相图。 由于绝大多数硅酸盐熔融物粘度高，结晶慢，系统很难达到平衡。采用动态方法误差较大，因此，常采用淬冷法来研究高粘度系统的相平衡。淬冷法是用同一组成的试样在不同温度下进行试验。样品的均匀性对试验结果的准确性影响较大。将试样装入铂金装料斗中，在淬火炉内保持恒定的温度，当达到平衡后把试样以尽可能快的速度投入低温液体中（水浴，油浴或汞浴），以保持高温时的平衡结构状态，再在室温下用显微镜进行观察。 若淬冷样品中全为各向同性的玻璃相，则可以断定物系原来所处的温度（T1）在液相线以上。若在温度（T2）时，淬冷样品中既有玻璃相又有晶相，则液相线温度就处于T1和T2之间。若淬冷样品全为晶相，则物系原来所处的温度（T3）在固相线以下。改变温度与组成，就可以准确地作出相图。 淬冷法测定相变温度的准确度相当高，但必须经过一系列的试验，先由温度间隔范围较宽作起，然后逐渐缩小温度间隔，从而得到精确的结果。除了同一组成的物质在不同温度下的试验外，还要以不同组成的物质在不同温度下反复进行试验，因此，测试工作量相当大。 3.相图的用途 3.1. 材料状态、组成的分析应用 简而言之，相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。以简单的相图如水的P-T图（见下图）为例，从中可以很容易地读出水的三相点、临界点等信息。图中的分隔线称为“两相平衡线”，所划出的范围表示单相区（双变量系统），两个变量可以同时在一定范围内改变而无新相出现。 3.2. 实际生产工艺中的应用 相图是表达混合材料性质的一种很简便的方式。其原理属于热力学范畴，而热力学的一个重要作用是判断一个过程的方向和限度