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第十六章 相图原理 主讲：吴兴惠教授 目录 前言 16.1 相、相变、相律 16.2 杠杆定律 16.3 单元体系的温度压力图（p-T图） 16.4 二元相图 16.5 三元相图 前言 相图表示在一定条件下，处于热力学平衡状态下物质系统中平衡相之间关系的图形。又称平衡图，组成图或状态图。相图中的每一点都反应一定条件下某一成分的材料平衡状态由什么样的相组成，各相的成分与含量。 1879年J.W.Gibbs 创建相律； 1900年 H.W.Bakhius, Rooze boom制成第一幅较完善的铁一碳相图； 1903—1915年 德国Tammann学派发表了许多合金的平衡相图； 1930年代 X射线衍射技术应用于相结构分析，极大地推动了相图实测工作； 1936年 M.Hansen 出版了《二元合金相图》； 1986年 T.B.Massalski 出版了两卷集《二元合金相图》（1990年再版，增为三集）； 随后，出版了多种相图集，有三元合金相图，贵金属合金相图、陶瓷学家用相图等。 在相图计算方面，电子计算机与相图热力学相结合，使相图的数值计算取得了长足进步。20世纪70 年代，成功地计算与预测了许多合金、陶瓷、熔盐及聚合物相图，建立了一系列相图热力学数据库，从而为研究和探索这些材料的相变理论，为新材料设计提供了科学依据。与此同时，国内外出版了大量关于相图的基本理论与实际应用的专著。 16.1 相、相变、相律 1、系统的相 系统中具有相同的物理性质和化学性质的宏观均匀部分称为相。所谓宏观均匀是指分散度达到分子或离子大小的数量级，相与相之间有明确的界面，越过此界面，一定有某些宏观性质（如密度、折光率、组成等）要发生突变。对于相的概念要分清以下几种情况。 （1）一个相不一定只含一种物质，例如，空气和溶液就是多种物质的混合物，但由于内部完全均匀，仍属一个相。 （2）同一种物质可因聚集状态不同而形成多个相。例如，水和冰及上方的水蒸气，虽然组成都是H2O，却因不同的物理性质而形成三个不同的相。 （3）相不一定是连续的，如冰水中数块大小不等的冰块是一个相。 （4）聚集状态相同（固态或液态）的物质在一起并不一定是单相。乙醇与水可完全互溶，其混合液是单相；甲苯与水不互溶而分层，是界面清楚的两个相。两种 固体物质混合（除非形成合金）一般均为多个相。因为即使肉眼看来很均匀的固体混合物，其分散度亦远远达不到分子或离子级。 2、系统的相变 已知相变的条件为两相间的化学势（对单元系统即热力学势或自由焓）相等，即 （吉布斯自由能） （1） （化学势） （2） 两相化学势的一级偏微商不等的称一级相变，即 （3） （4） 由 ， ，可推导出一级相变的相变温度下 ， ，即发生体积、熵（或焓）的突变。 如图16.1所示，G1和G2对温度、压力的斜率不同，出现相变温度下的突变。当相变 时