6.3 二元系统——材料科学基础课件PPT

6.3.2 二元相图的基本类型
1、具有低共熔点的二元系统； 2、生成一致熔融化合物的二元系统； 3、生成不一致熔融化合物的二元系统； 4、固相中有化合物形成或分解的系统； 5、具有多晶转变的系统； 6、形成连续固溶体的系统；7、形成不连续固溶体的系统。
要求与目标：
1、相图中点、线、面含义； 2、析晶路程； 3、杠杆规则； 4、相图的作用。
最简单二元系统相图，铝方柱石 (2CaO· Al2O3· SiO2)钙 长石(CaO· Al2O3· 2SiO2) 系统相图属于这种类型。
相图的作用 (1) 开始析晶的温度，析晶终点，熔化终 点的温度； (2) 平衡时相的种类； (3) 平衡时相的组成
预测产品性质 (4) 平衡时相的含量。
二、具有一个一致熔融化合物的二元系统相图
K
H
A+C
B+C
A
C
B
熔体4
L
F=2
L→C
L→A+C
F[D, (C)] F=1 E[H, C+(A)] F=0
E(液相消失)[K, A+C]
总结规律： T
a
4
13 2
b
L
P
L+B
D
F
L+A
L+C
TE I
E
A+C
J C+B
A
C
B
组成
反应性质(TP)
组成在PD间 L＋B→C ；B先消失
析晶终点 E
DF之间
(2) TF：A% = OD/FD×100 ％；L％=OF/FD×100％
TA
M
●
K
C
L
TB
F
D O
A＋L
B＋L
G
R
E
H
A＋B
AN
Q
B
B％
(3) 刚到TE: 晶体B未析出，固相只含A A% = RE/GE×100％；L％ ＝ RG/GE×100％
(4) 离开TE：L消失，晶体A、B 完全析出 A% = NB/AB×100％；B% = AN/AB×100％
6.3 二元系统
凝聚态体系，唯一变量为温度
相律分析： F =C－P+2 = 4－P Pmin=1时，Fmax=3 温度、压力、组成
F=C–P+1=3-P
P = 1, F = 2; P = 2, F = 1; P = 3, F = 0;
二元凝聚系统中，相数最多 为3，最大自由度为2：温 度和组成图。
6.3.1 二元系统相图的表示
L＋B→C ；L先消失
P
D点
L＋B→C ；L＋B同时消失 P
P点
L＋(B)→C
E
析晶终相 A+C B+C C A+C
G
E
H
A+B
A
B％
B
图6-12 有一个低共熔点的二元相图
E：低共熔(共晶)点，LE→A＋B，F=0，系统的温度和组成 都不能变，析晶终点，二元无变量点。析出的混合物为低共
熔混合物
析晶过程：将 一定组成的二 元混合物加热 熔化后再将其 平衡冷却而析 晶的过程。
TA
M
●
K
C
N
●
L
K
TB
F A+L
G
R
D
L+C HJ
液相离开P点两
A+C
相含量
A
C+B
C
B
熔体1
L F=2
K[M,(B)]
L→B F=1
P[F，开始回收B+(C)]
Lp+B→C F=0
P[D，C(晶体B消失)] L→C E[J,C+(A)] LE→A+C
F=1
F=0
E(L消失) [H，A+C]
2
b
T
M
a
L
L+A E
L+B
P
DJ
F
L+C B+C
一、具有一个低共熔点的二元相图
特点：两个组元在液态时能 以任意比例互溶，形成单相 溶液；固相完全不互溶，两 个组元各自从液相分别结晶； 组元间不生成化合物
TAE：液相线，L→A，F=1 TBE：液相线，L→B，F=1
GH ： 固 相 线 ， 不 同 组 成 熔 体结晶结束温度的连线
TA
L
TB
A+L B+L
一致熔融化合物：液相和固相组成一致。
M
●
L
AmBn的熔点
NL
L+A
L+AmBn L+
E1
AmBn B+L
E2
A+AmBn
B+AmB
A
AmBn n
B
图6-13 一致共熔化合物的二元相图
1、E1、E2均为低共熔点； 2、冷却组成变化路线； 3、相图作用： 当原始配料落在A-AmBn范围 内，最终析晶产物为A和 AmBn； 当原始配料落在B-AmBn范围 内，最终析晶产物为B和 AmBn；
硅灰石(CaO· SiO2)和镁橄榄石(Mg2SiO2)是一致熔融化合物
三、具有一个不一致熔融化合物的二元相图
不一致熔融化合物：不稳定 T
b
化合物，加热这种化合物到
L+B
某一温度便分解成一种液相 a
L
P
D
F
和一种晶相，二者组成与化
合物组成皆不相同。
L+A
L+C
TE
E
J
(1) 线：CD，aE, bP, PE
A+C
A
C
B
在转熔点P处，
L＋B→C，L先消失
固相组成点为D和F，其含量由D、J、F三点相对位置求 出。P点是回吸点又是析晶终点。
3 b
T
a
L
L+A E
P D
L+C
L+B
F
B+C
A+C
A
C
B
在转熔点P处，
L＋B→C时，L＋B同时消失
P点是回吸点又是析晶终点。
4
b
T
aL
L+B P
F
D
L+A
L+C
E
A+C
C+B
(2) E：低共熔点，F=0，是
析晶终点，LE→A+C ；
A
C
B
图6-14 不一致共熔化合物的二元相图
(3) P：转熔点或回吸点，F＝0，不一定是析晶终点 LP+B→C，转熔过程, 与点E一样是无变量点
析晶路线
T
●1
b
K
M L
L+B
C
a
L
P GD
F
B
L+A
液相刚到P点两 相含量
TE
I
E
B＋L
E
HH
A+B
A
M1 B％ Q
M2B
加热熔化过程 与析晶过程正 好相反。
L
M[L] P=1 F=2
L→A
C[K，(A)] P=2 F=1
L→A
D[F，A] P=2 F=1
E[G,A+(B)]
L→A+B
P=3 F=0
E(液相消失)
[R，A+B] P=2 F=1
[M1,A+B]
杠杆规则 的应用
(1) TK：固相量 A%=0;液相 量 L％=100%;
二、杠杆规则
杠杆规则
G1 MM 2 G2 MM1
b2 b b1
●
●
A
M1
M
●
M2
B
图6-11 杠杆规则示意图
M：G，M1：G1，M2：G2
G1 MM 2 G M1M 2
G2 MM1 G M1M 2
系统中平衡共存的两相的含量 与两相状态点到系统总状态点 的距离成反比。
关键：分清系统的总状态点， 成平衡的两相的状态点，找准 在某一温度下，它们各自在相 图中的位置。
方法及杠杆规则
一、相图表示方法
相图中组成可以用质量百分
T
数（ω）表示，也可以用摩
T1
M
尔百分数或摩尔分数（x）
●
表示，其图形有明显差别。
B含量
A含量
A
源自文库m B%
B
图6-10 二元系统的温度-组成坐标图
相图中的任意一点既代表一 定的组成又代表系统所处的 温度，即每一点都和系统的 一个状态相对应，即为状态 点。