相平衡与相图-材料科学基础课件-06.pdf

第六章 相平衡与相图 主要内容 ★ 系统阐述相图的基本原理 ★ 结合实际介绍相图在无机非 金属材料的研究和生产实践 中的具体应用。 第一节 硅酸盐系统相平衡特点 一、热力学平衡态和非平衡态 1. 平衡态 相图即平衡相图，反应的是体系所处的热力学平衡状态， 即仅指出在一定条件下体系所处的平衡态 (其中所包含的相数，各相的状态、数量和组成) ， 与达平衡所需的时间无关。 硅酸盐熔体即使处于高温熔融状态，其粘度也很 大，其扩散能力很有限，因而硅酸盐体系的高温物理 化学过程要达到一定条件下的热力学平衡状态，所需 的时间是比较长的，所以实际选用的是一种近似状态。 2. 介稳态 即热力学非平衡态，经常出现于硅酸盐系统中。 如： 870℃ 1470℃ α－石英 α－鳞石英 α－方石英 α－方石英 573℃ 163℃ 180～270℃ β－石英 β－鳞石英 β－方石英 117℃ γ－鳞石英 说明：介稳态的出现不一定都是不利的。由于某些介稳态具有 所需要的性质，因而创造条件(快速冷却或掺加杂质) 有意把它保存下来。 如：水泥中的β －C2S，陶瓷中介稳的四方氧化锆 ; 耐火材料硅砖中的鳞石英以及所有的玻璃材料。 但由于转变速度慢，实际可长期存在。 二、相 律 根据吉布斯相律 f = c －p ＋2 f － 自由度数 c －独立组分数 p － 相数 2 － 温度和压力外界因素 硅酸盐系统的相律为 : f = c －p ＋1 硅酸盐系统的相律为 1、相：指系统中具有相同的物理性质 和化学性质的均匀部分。 注：均匀微观尺度上的均匀，而非一般意义上的均匀。 (i) 相与相之间有界面，可以用物理或机械办法分开。 (ii) 一个相可以是均匀的，但不一定是一种物质。 气体：一般是一个相，如空气组分复杂。 固体：有几种物质就有几个相，但如果是固溶体时为一个相。 因为在 固溶体晶格上各组分的化学质点随机分布均匀， 其物理性质和化学性质符合相均匀性的要求，因而几个 组分形成的固溶体是 一个相。 液体：视其混溶程度而定。相溶为一相，不相溶为2相或更多 p － 相数，p = 1 单相系统，p = 2 双相系统，p = 3 三相系统 2、组分、独立组分 (组元)组分：组成系统的物质。 独立组分：足以表示形成平衡系统中各相所需要的最少数目的 组分: c = 组分数－独立化学反应数目－限制条件 例如：  CaCO CaOCO   c = 3－1－0 = 2 3 2 系统中化学物质和组分的关系： 当物质之间没有化学反应时，化学物质数目＝组分数； 没有化学反应 当物质之间发生化学反