材料科学基础---第六章 相平衡.ppt

概述： 1.相平衡的概念 2.相图 3.相平衡的研究意义 或利用图形来表示相平衡物系的组成、温度和压力之间关系的图形叫相平衡状态图，简称相图。 3、相平衡的研究意义 正确选择配料方案、合理确定工艺制度、预计产品性能、合理分析生产过程中质量问题产生的原因、研制新材料等。 本章主要内容 1.单元、多元相图的基本原理及应用 2.单元、二元、三元系统相图基本类型 3.不同组元专业相图介绍及其在材料组成设计、材料工艺方法选择、矿物组成控制及材料性能等方面的应用 重点：1.判读相图的规则与步骤 2.结晶路线分析（三元系统） 难点：1.结晶路线分析 2.相图在生产中的具体应用 第一节 硅酸盐系统相平衡特点 一、热力学的平衡态与非平衡态 二、硅酸盐系统中的组分、相及相律 一、热力学的平衡态与非平衡态 热力学平衡态：相图即相平衡状态图。相图上所表示的一个体系所处的状态是一种热力学平衡态。即一个不随时间而发生变化的状态。 相图仅指出在一定条件下体系所处的平衡状态，而不管达到这个平衡状态所需的时间。 热力学非平衡态（介稳态）：由于动力学原因而出现且可以长期存在。在硅酸盐系统中经常出现。 2、相 相:系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分。 相数：系统中所含相的数目。以P表示。 根据相数可将系统分为： P =1，单相系统； P =2，二相系统； P =3，三相系统。 硅酸盐系统相平衡的几种情况： （1）机械混合物：有几种物质就有几个相； （2）生成化合物：组分间每生成一个新的化合物，即形成一个新相； （3）形成固溶体：组分间形成固溶体算一个相； （4）同质多晶：有几种变体，即有几个相； （5）硅酸盐高温熔体：一般为单相，若液相分层则有两个相； （6）介稳变体 硅酸盐系统中的相律： 凝聚系统：不含气相或气相可忽略的系统。 凝聚系统的相律公式为： 单元凝聚系统： 第二节 单元系统 单元系统中， c = 1 f = c – p + 2 = 3 – p pmax=3 fmin=0 pmin=1 fmax=2 可用温度和压力作坐标的平面图 (P-T图)来表示系统的相图。 状态点：相图上的任意一点，表示系统的一定平衡状态。 一、水型物质与硫型物质 二、具有同质多晶转变的单元系统相图 四、ZrO2系统 单斜型与四方型之间晶型转变伴有显著体积变化， 采取措施：加入适量CaO或Y2O3→稳定化立方ZrO2。 第三节 二元系统 对二元系统：c = 2 f = c-p+1= 3-p fmin= 0 pmax= 3 pmin= 1 fmax= 2 二元凝聚系统相图表示法：T－x图 一、二元凝聚系统相图的基本类型 1.具有一个低共熔点的简单二元系统相图 特点：两组分在液态时完全互溶，形成单相溶液；固态时完全不互溶，二组分各自从液相中分别结晶，组分间无化学作用，不生成新化合物。 （3）杠杆规则 2. 生成化合物的二元系统相图 ⑴生成一个一致熔融化合物的二元系统相图 ⑵生成一个不一致熔融化合物的二元系统相图 不一致熔融化合物：不稳定化合物，加热该化合物到 某一温度便分解，分解为一种液相和一种晶相，二者 组成与化合物组成皆不相同。 特点：化合物组成点不在其液相线范围内 3.具有多晶转变的二元系统相图 4.形成固溶体的二元系统相图 ⑴形成连续固溶体的二元系统相图 ⑵形成有限固溶体的二元系统相图 5.具有液相分层的二元系统相图 二、具体二元系统相图举例 阅读复杂的二元相图，首先看清以下几个问题，然后再对分二元系统逐次分析： Al2O3－SiO2系统： 3. MgO－SiO2系统： 2.热分析法(动态法) ⑴ 原理：据物质在加热或冷却过程中发生的热效应(温度随时间的变化)来判断物种是否发生了相变 ⑵ 方法：加热(冷却)曲线法、差热分析法 冷却曲线法步骤： ①将试样加热成为液体，然后使其均匀冷却； ②记录冷却过程中物系温度随时间变化的数据； ③以温度为纵坐标，时间为横坐标，将实验数据绘制成温 度- 时间曲线，即冷却曲线； ④由若干条组成不同的冷却曲线绘制出相图。 第四节 三元系统 三元相图概述 1. 三元系统组成表示法 在三元系统中用等边三角形来表示组成