无机材料科学基础第6章相平衡

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1、无机材料科学基础（六）第六章相平衡安徽建筑工业学院无机非金属材料教研室相图/平衡相图/PhaseDiagramWhat?研究一个多组分（或单组分）多相体系的平衡状态随温度、压力、组分浓度等变化而改变的规律。Why?判断系统在一定热力学条件下所趋向的最终状态；正确选择配料方案确定工艺制度合理分析生产过程中的质量问题新材料的研制6.1相关的基本概念Gibbs相律自由度数独立组分数相数外界因素f：自由度数在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。f=0，无变量系统f=1，单变量系统f

2、=2，双变量系统组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质。独立组分数(c)：决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组分数。盐水溶液：NaCl、H2O组分Na+、Cl-、H+、OH-不是组分C=1，单元系统C=2，二元系统C=3，三元系统组分数和独立组分数只有在特定的条件下，其含义才相同。系统中不发生化学反应，则独立组分数=组分数系统中如果发生化学反应，则每一个独立化学反应都要建立一个化学反应平衡关系式，就有一个化学反应平衡常数K。独立组分数=组分数-独立化学平衡关系式数例如CaCO3加热分解：独立组分数=3-1=2相/Phase相是体系中具有

3、相同物理与化学性质的均匀部分的总和，相与相之间有界面，各相可以用机械方法加以分离，越过界面时性质发生突变。特征：一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相；一种物质可以有几个相；固体机械混合物中有几种物质就有几个相；一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。空气、盐水等水有固相、液相和气相冰糖+砂凝聚态系统凡是能够忽略气相影响，只考虑液相和固相的系统。硅酸盐系统一般属于凝聚系统，相律在凝聚系统中的形式：f=c-p+1对于一元凝聚系统，压力不为恒定因素，相律为f=c-p+26.2单元系统相图单元系统：c=1相律不可能出现4相或更多相平衡温度、压力6-2.

4、1水型物质与硫型物质6.2.1水的相图3个单相区2个自由度：温度、压力水的饱和蒸汽压曲线（蒸发曲线）冰的饱和蒸汽压曲线（升华曲线）冰的熔融曲线O点：三相点系统中冰、水、汽三相平衡f=0，无变量曲线oc向左倾斜，斜率为负值冰融化吸热：H>0体积收缩：V<0水型物质硫型物质6-2.2具有同质多晶转变的单元系统相图6.2.2可逆和不可逆多晶转变的单元相图4个单相区晶型I的升华曲线晶型II的升华曲线熔体的蒸汽压曲线3相平衡点：晶型I、晶型II和气相3相平衡点：晶型II、熔体和气相晶型转变线晶型II熔融曲线图中虚线表示系统中可能出现的介稳平衡状态BFGH：过热晶型

5、I的介稳单相区HGCE：过冷熔体的介稳单相区crystalIIGBGC和ABK：过冷蒸汽的介稳单相区介稳两相平衡过热晶型I熔融曲线KBF：过冷晶型II的介稳单相区BG：过热晶型I升华曲线GC：过冷熔体蒸汽压曲线KB：过冷晶型II蒸汽压曲线G：介稳三相点图6-3a可逆多晶转变的单元相图特点：晶型转变温度低于二个晶相的熔点，晶型转变温度点处在稳定相区之内。G过热晶型蒸汽压曲线与过冷熔体蒸汽压曲线的交点：晶型的熔点BC晶型和晶型的转变点晶型的熔点转变关系为：可逆转变图6-3b不可逆多晶转变的单元相图特点：晶型转变温度高于二个晶相的熔点，晶型转变温度点处在

6、稳定相区之内。1晶型的熔点2晶型的熔点3晶型和的转变点实际上不能得到点3转变关系为：不可逆转变6-2.3SiO2系统6.2.3SiO2系统6个单相区、9条界线、4个三相点蒸汽介稳状态实例：硅砖硅砖的原料不希望磷石英含量多方石英含量少解决的方法：加入矿化剂CaO、Fe2O3SiO2多晶转变时的体积变化6-2.4ZrO2系统6.2.4ZrO2系统三个晶型冷却过程中，四方ZrO2往往不在1200C转变成单斜ZrO2，而在1000C转变成稳定的单斜ZrO2加入矿化剂CaO和Y2O3：形成立方晶型的固溶体稳定立方化ZrO2体积效应7%~9%ZrO2的差热

7、曲线6.3二元相图的基本类型二元系统：c=2相律不可能出现4相或更多相平衡温度、浓度6-3.1二元凝聚系统相图的基本类型6.3.1.1具有一个低共熔点的简单二元相图特点：两个组分在液态时能以任何比例互溶，形成单相溶液；但在固态时则完全不互溶，二个组分各自从液相中分别结晶。组分间无化学作用，不生成新的化合物A的熔点B的熔点A和B的二元低共熔点液相线固相线4个相区：L、L+A、L+B、A+B以组成为M的配料加热到高温完全熔融，然后平衡冷却析晶。M的熔体M’T=T，Lp=1,f=2t=TC,C点液相开始对A饱和，L+Ap=2,f=1t=TE,E点从液相中不断析出A

8、晶体液相同时对晶体A和B饱和p=3,f=0当最后一滴