相图及其应用.ppt

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1、1相图及其应用2相图的作用相图是描述相平衡关系的几何图形，其原理属于热力学范畴。而热力学的一个重要作用是判断一个过程的方向和限度。几种化合物混合在一起能合成出什么，最后能得到多少预计的相组成；材料在使用条件下的结构稳定性如何？新材料的组成设计；材料制备工艺的确定；这些是材料制备过程中人们迫切关心的问题，而相图能有效和方便地解决这类问题，相图对于材料科学工作者的作用如同地图对于旅行者那样重要。3几个例子AG材质设计及改善抗氧化性不利良好的耐侵蚀性良好的耐剥落性化学/高温稳定性不利C50%Al2O3+etc.100%SiO250%AGL424AG409AG

2、160AG351AGL421AG810AG276AGL15AGS4无预热使用通常预热使用特别预热注意使用良好的耐剥落性良好的耐侵蚀性(含有石墨30%)0123450204060熔融石英含量（%）侵蚀速率(mm/hr)Mn0%Mn2%(含有SiO230%)01234010203040石墨含量(%)侵蚀速率(mm/hr)Mn0%Mn2%相律与相图金属熔化----固相变为液相熔点---沸点----升华点----同素异形变化点温度---压力----成分----相变----相律56吉布斯相率相律是解决相数目、组分数和自由度这三者之间关系的定律，它是指导相平衡的普

3、遍规律。系统：指把任何选定的一部分物质“孤立”起来进行研究的对象。相：在系统内部物理和化学性质相同而且完全均匀的一部分称为相。相与相之间有分界面，可以用机械的方法把它们分离开。在界面上，从宏观的角度看，性质的改变是突然的，用P表示。7相（Phase）1）气相：对体系中的气体来说，由于在通常条件，不论有多少种气体混合在一起，均能无限掺合，所以体系中的气体只可能有一个气相。2）液相：对体系中的液体来说，由于不同液体的互溶程度不同，可以有一个液相、两个液相，一般不会超过三个液相（特殊情况可能超过）。8相（Phase）3）固相：固溶体：即固体溶液，固体以分子或

4、原子状态均匀地分散到另一种固体的晶格中，形成性质均匀的固体溶液。对体系中的固体来说，如果固体之间不形成固溶体，则不论固体分散得多细，一种固体物质就有一个相。而同一种固体的不同颗粒仍属同一相，因为尽管颗粒之间有界面，但体相的性质是相同的。例如：糖和沙子混合，尽管混得很均匀，仍然是两个相。9组分数（组元，Component）组分数：是为了表示体系中各种性质所需要的最少物种数，或者在一定温度、压力下，体系中可以任意改变其数量的物质数目，用C表示。注意：体系中的物种数(S)和组分数(C)这两个概念的区别体系中有几种物质，则物种数S就是多少；而组分数C则不一定和

5、物种数相同。10组分数（组元，Component）如果体系中各物种之间没有发生化学反应，一般说来此时组分数等于物种数：C=S例如：乙醇溶于水，组分数C=S=2如果体系中各物质之间发生了化学反应，建立了化学平衡，此时：组分数(C)=物种数(S)－独立化学平衡数(R)11组分数（组元，Component）因为各种物质的平衡组成必须满足平衡常数关系式；有一个（独立的）化学平衡，就有一个平衡关系式，体系中就少一个可以任意指定的组成。所谓独立的化学平衡，指该化学平衡不是由体系中的其他化学平衡组合得到的。12组分数（组元，Component）例如：体系中有CaCO

6、3(s)、CaO(s)和CO2(g)三种物质，在平衡时这三种物质建立了一个化学平衡：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)这时的组分数应为：C=SR=31=2而不是3因为三相平衡时，只要两个组分确定，第三个也就定了。13组分数（组元，Component）说明：究竟选择哪些物质作为独立组分是任意的，从上例看，可取CaCO3和CO2，也可取CaO和CO2，或CaCO3和CaO作为独立组分。减去的化学平衡数必须是独立的化学平衡数，否则将会得出荒谬的结论。1415组分数（组元，Component）某些特殊情况下的特殊限制条件，会使独立组分数减少。例

7、如NH4Cl分解体系：NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)当起始体系中没有NH3(g)和HCl(g)存在，或存在的NH3(g)和HCl(g)的物质量相等，则达到平衡时，NH3(g)和HCl(g)之间有一定的比例关系。因此，表示气相的组成时，有关系式：PNH3=PHCl（或cNH3=cHCl）所以这时的组分数既不是3也不是2，而是：C=311=116组分数（组元，Component）这种情况下组分数可用以下关系确定：组分数（C）=物种数（S）独立化学平衡数（R）同一相中独立的浓度关系数（R）17组分数（组元，Component）注意：

8、①这种物质之间的浓度关系的限制条件：只有在同一相中方能应用，不同相中不存在此种限制条件。例如：