无机材料科学基础2第六章-相平衡ppt课件.ppt

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1、第六章相平衡§6-1硅酸盐系统相平衡特点§6-2单元系统§6-3二元系统§6-4三元系统§6-5四元系统1§6-1硅酸盐系统相平衡特点一．热力学平衡态与非平衡态1．概念物质自一个相迁移到另一个相的过程叫相变过程。对于多相系统，长时间内从宏观上看不到有任何物质在相间传递，认为该系统达到相平衡。相平衡：研究多相系统中，系统的状态随温度、压力、组分浓度等变化而变化的规律。把相平衡的实验结果用几何图形表示→相平衡图22.硅酸盐系统的特点（1）硅酸盐材料是一种固体材料，其内部质点受邻近粒子的束缚，活动能力小；（2）硅酸盐材料的高温熔融态，熔体粘度仍很大，扩散能力很小；（3）硅酸

2、盐体系在高温下要达到热力学平衡状态，需要较长时间。实际生产中的过程往往达不到相图上的平衡状态。经常出现热力学非平衡态（介稳态）。实际生产中控制的介稳态，如：水泥熟料中的β-C2S；陶瓷中的四方ZrO2；硅砖中的鳞石英相等。33．相图与实际应用中的差距（1）相图是在平衡状态下作出的，而在实际生产中，受到质量，产量等因素的约束，经常是在非平衡状态下进行的；（2）作相图是从高温→低温的过程，易达到平衡，而在实际生产中是从低温→高温的过程，不易达到平衡；（3）制作相图，实验室用的是纯物料，而实际生产中用天然原料，含有杂质。4二．硅酸盐系统中的组分、相及相律1．组分、独立组分（

3、1）组分——系统中能够单独分离出来且能独立存在的化学纯物质。组分数：即系统的物种数。如：NaCl溶于H2O中，其组分数=2；在硅酸盐系统中，经常用氧化物作为系统的组分，如：Al2O3-SiO2为二元系统，组分数=2；硅酸盐物质的化学式表达方式之一即氧化物形式表达，如：钾长石K2O·Al2O3·6SiO2为单元系统，仅表示一种物质，组分数=1。5（2）独立组分数——表示构成平衡系统中各相组成所需要的最少组分数，用“c”表示。当不存在化学平衡时，组分数=独立组分数。如：低温系统中CaCO3、CaO、CO2存在，组分数=独立组分数=3；当有化学平衡存在时，独立组分数=组分数

4、-独立的化学平衡数如：高温系统中CaCO3、CaO、CO2存在，有：CaCO3CaO+CO2平衡，组分数=3；c=3-1=2；63．相律吉布斯相律：f=c–p+2f——自由度数；c——独立组分数；p——相数；2——指温度和压力这二个影响平衡的外界因素。自由度：在相平衡系统中，在一定范围内可以独立改变而不引起新相产生和旧相消失的变量（这些变量通常指T、P、组分浓度等）。2．相相——系统中物理性质和化学性质相同且完全均匀的部分叫相。相与相之间有界面，但一个相内不一定只有一种物质。相与物质量的多少以及物质间是否连续无关。7自由度数——系统中独立可变的变量数目。凝聚系统——不

5、含气相或气相可以忽略的系统。硅酸盐物质难熔，挥发性很小，压力对系统的平衡影响较小，可认为硅酸盐系统属于凝聚系统。相律在凝聚系统的形式为：f=c–p+11——指温度因素。注：（1）相律是在化学位相等（平衡状态）下推导出的，只适应于平衡系统。（2）对于一元凝聚系统，为了充分反映纯物质的各种聚集状态，仍把压力取为变量。8三．相平衡研究方法研究方法的实质：利用系统在相变时能量的变化或物理化学性质的变化，通过实验手段准确的得到相变温度。实验手段：（1）动态法a)加热或冷却曲线法（准确地测出在加热或冷却过程中的“温度-时间”曲线）；b)差热分析法（准确地测出物质的相变温度）。9（

6、2）静态法（淬冷法）由于淬冷使相变来不及进行，冷却后的试样保留了高温下的平衡状态，用XRD或显微镜进行分析。达到在室温下研究物质高温下的状态的目的。10§6-2单元系统一．单元系统相图的表示方法单元系统中组分只有一个，不存在浓度问题，影响系统的因素只有温度和压力，因此，相图用温度和压力二个坐标表示。根据相律：f=c–P+2=3–P(c=1)；相数Pmin=1，则fmax=2（组分浓度不变，所以变量为T、P）；Pmax=3，fmin=0。在单元系统中最多可出现三相平衡共存。系统的平衡状态取决于温度和压力。单元系统用P~T图表示。相图上的每个点代表一个状态——状态点。11

7、二．水型物质与硫型物质相图相图上的不同几何要素——点、线、面分别表达系统的不同平衡状态。1．面：图6-1为水的一元相图，整个图面被三条曲线分为三个相区cob、coa和boa区，分别代表冰、水、水蒸汽的单相区。在单相区内，相数p=1，自由度f=2；即在相区范围内温度、压力均可独立变化而不会引起新相产生和旧相消失。12界线的性质：oa线：水的蒸发曲线；ob线：冰的升华曲线，；oc线：冰的熔融曲线，；od线（虚线）：介稳状态的水（过冷水）的蒸发曲线。2．线：把三个单相区分开的三条界线oa、ob和oc代表系统中的二相平衡状态。在界线上相数p=2，自由度f=1