第六章 相平衡与相图1.ppt

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1、第六章相平衡与相图（1）主要内容：系统阐述相图的基本原理★结合实际介绍相图在无机非金属材料的研究和生产实践中的具体应用。一、什么是相图？在一个多相体系中，随温度、压力和浓度的变化，相的种类、数量及含量都要相应的发生变化，对于变化情况可用几何图形来描绘，这个图形就可以反映出该系统在一定的组成、温度和压力下，达到平衡时所处的状态，这个几何图形称为相图，也叫平衡图、状态图。第一节硅酸盐系统相平衡特点一、热力学平衡态和非平衡态1.平衡态相图即平衡相图，反应的是体系所处的热力学平衡状态，即仅指出在一定条件下体系所处的平衡态(其中所包含的相数，各相的状态、数

2、量和组成)，与达平衡所需的时间无关。硅酸盐熔体即使处于高温熔融状态，其粘度也很大，其扩散能力很有限，因而硅酸盐体系的高温物理化学过程要达到一定条件下的热力学平衡状态，所需的时间是比较长的，所以实际选用的是一种近似状态。硅酸盐系统相平衡是一种什么状态?2.介稳态即热力学非平衡态，经常出现于硅酸盐系统中。如：说明：介稳态的出现不一定都是不利的。由于某些介稳态具有所需要的性质，因而创造条件(快速冷却或掺加杂质)有意把它保存下来。如：水泥中的β－C2S，陶瓷中介稳的四方氧化锆;耐火材料硅砖中的鳞石英以及所有的玻璃材料。α－石英α－鳞石英α－方石英β－石英

3、β－鳞石英β－方石英γ－鳞石英573℃163℃117℃870℃1470℃180～270℃但由于转变速度慢，实际可长期存在。二、相律1.基本概念（1）系统选择的研究对象称为系统．系统以外的一切物质都称为环境．例如，在硅碳棒炉中烧制压电陶瓷ＰＺＴ．那么ＰＺＴ就是研究对象，即ＰZＴ为系统．炉壁＼垫板和炉内的气均为环境．如果研究ＰＺＴ和气氛的关系，则ＰＺＴ和气氛为系统，其它为环境．所以系统是人们根据实际研究情况而确定的。当外界条件不变时，如果系统的各种性质不随时间而改变，则这系统就处于平衡状态。没有气相或虽有气相但其影响可以忽略不计的系统称为凝聚系统。一

4、般地讲，合金和硅酸盐系统属于凝聚系统。但必须指出，对于有些硅酸盐系统，气相是不能忽略的，因此不能按一般凝聚系统对待。二、相律（2）相相：指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分注：均匀微观尺度上的均匀，而非一般意义上的均匀。(i)相与相之间有界面，可以用物理或机械办法分开。(ii)一个相可以是均匀的，但不一定是一种物质。气体：一般是一个相，如空气组分复杂。液体：视其混溶程度而定固体：则有以下几种情况：二、相律对于系统中的固体，则有以下几种情况：形成机械混合物——有几种物质就有几相。生成化合物——一种新的固态物质，是一个新相。形成固熔体——几

5、个物质间形成固熔体为一个相。同质多晶现象同一物质的不同晶型（变体）虽具有相同的化学组成，但由于其晶体结构和物理性质不同，因而分别各自成相。有几种变体就有几相。二、相律（3）独立组元（也称独立组分）组元：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学纯物质称为物种或组元。独立组元：足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物种（组元）称为独立组元。它的数目，称为独立组元数，以符号C表示。独立组元数=组元数-独立化学平衡关系式数-独立浓度数例如：c=3－1－0=2系统中化学物质和组分的关系：当物质之间没有化学反应时，化学物质数目＝组分数；当物质之

6、间发生化学反应时，组分数=化学物质数-在稳定条件下的化学反应数。（4）自由度(f)定义:温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内改变而不会引起旧相消失新相产生的独立变量的数目具体看一个二元系统的自由度。二、相律ABLf=2L＋Bf=1A＋Bf=1L＋Af=1f=0E二、相律相律应用必须注意以下四点1.相律是根据热力学平衡条件推导而得，因而只能处理真实的热力学平衡体系。2.相律表达式中的“2”是代表外界条件温度和压强。如果电场、磁场或重力场对平衡状态有影响，则相律中的“2”应为“3”、“4”、“5”。如果研究的体系为固态

7、物质，可以忽略压强的影响，相律中的“2”应为“1”。3.必须正确判断独立组分数、独立化学反应式、相数以及限制条件数，才能正确应用相律。4.自由度只取“0”以上的正值。如果出现负值，则说明体系可能处于非平衡态。第二节一元系统相图一、一元系统基本性质二、可逆与不可逆多晶转变三、几种重要的一元系统相图一、一元系统基本性质1.一元系统概述在一元系统中所研究的对象只有一种纯物质，即独立组分数C=1，根据相律：F=C-P+2=3-P当Pmin=1时Fmax=2；Pmax=3时Fmin=0可见，一元系统中平衡共存的相数最多不超过三个；在三相平衡共存时系统是无变

8、量的（即F=0）。因为系统中的相数不可能少于一个，所以一元系统的最大自由度是2，且表明这两个独立变量是温度和压力。如果这两个变量确定下来