相图与相平衡单元系统

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1、单元系统基本性质多晶转变专业相图单元系统基本性质概述相图中点,线,区域的含义相图的特点单元系统概述在单元系统中所研究的对象制有一种纯物质，即独立组分数C＝1，根据相律：F＝C－P＋2＝3－P当Pmin＝1时，Fmax＝2Pmin＝3时，Fmax＝0可见，单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量的（即F＝0）因为系统中的相数不可能少于一个，所以但是元系统的最大自由度为2.由于单元系统各相中，只有一种纯物质，组成是不变的，所以自由度数为2，表明了这两个独立变量是温度和压力，如果把这两个变量确定状态，系统的状态

2、就可以完全确定。因此，可以用温度和压力作坐标的平面图（T-P图）来表示单元系统的相图，由于相图上的每一个点都对应着系统的某一个状态，因此相图上的每一个点常称为状态点相图中点，线，区域的含义区：在单相区内，相数P＝1，自由度数F＝3－P＝2，即在各单相区范围内，温度和压力均可以改变。相图中点，线，区域的含义线：由于在这些线上是两相平衡共存，P=2，根据相律F＝3－P＝1，所以在线上温度和压力两个变量中只有一个是独立可变的。CD线上液相和气相两相平衡共存，是液相的蒸发曲线BC线上α－晶型和气相两相平衡共存，是α－晶型的升华曲线。AB线上

3、β－晶型和气相两相平衡共存，是β－晶型的升华曲线CF线上α－晶型和液相两相平衡共存，是α－晶型的熔融曲线在BE线上α－晶型和β－晶型两相平衡共存，是两种晶型之间的多晶转变曲线。相图中点，线，区域的含义点由于在点上是三相平衡共存，P＝3，则F＝0，故单元系统中的三相点无自由度，即无变量点，也就是说，要维持三相平衡共存，必须严格保持温度和压力不变，否则就会有相的消失。在B点上平衡并存的是α－晶型，β－晶型和气相，是个多晶转变点，在C点上平衡共存的是α－晶型，液相和气相，是α－晶型的熔点。相图中点，线，区域的含义EBGH是过热β－晶型的介

4、稳相区EBK是过冷的α－晶型介稳相区FCGH是过冷的液体的介稳状态区BK是过冷α－晶型的升华曲线相图中点，线，区域的含义BG是过热β－晶型的升华曲线CG是过冷液相的蒸发曲线GH是过热β－晶型的熔融曲线G点是过热β－晶型，过冷液相和蒸气三相平衡共存的介稳三相点，在这点上过热的β－晶型与过冷液相蒸气压相等，因此这点实际上是过热的β－晶型的熔点。上述这些过热晶体，过冷晶体或过冷液体都是介稳相，当系统处于能从一个相转变为另一个相的条件下，由于某种原因（如快速加热或快速冷却）这种转变并不发生而出现了延滞转变的现象，从而使某一相在它稳定存在的范

5、围之外并不转变成新条件下的稳定相而继续保持了原有状态，这样的相称为介稳相。这里介稳包含了两方面的含意：一方面在新条件下的介稳相只要适当控制条件可以长时间存在而不发生相变，另一方面，介稳相与相应条件下的介稳相相比含有较高的能量，因此，它存在着自发转变为稳定相的趋势，而且这种转变不可逆。相图的特点通过对以上各条线、各个点的分析可以看出，在单元系统相图中：晶体的升华曲线（或延长线）与液体的蒸发曲线（或延长线）的交点是该晶体的熔点两中晶型的升华曲线的交点是两种晶型的多晶转变点，在同一温度下，蒸气压低的相较稳定，如在同一温度下表示介稳平衡的虚

6、线在表示稳定平衡的实线上方，其蒸气压高。交汇于三相点的三条平衡曲线互相之间的位置遵循下面两条准则：每条曲线越过三相点的延长线必定在另外两条曲线之间。同一温度时，在三相点附近比容差最大的两相之间的变量曲线或介稳延长线居中间位置。对于固－液－气的三相点来讲，只有两种排列方式，如图7－13和图7－14这两个图的主要区别在于固－液平衡的熔融曲线OC倾斜方向不同，第一种情况固体热容大于液体热容，熔化时体积收缩，第二种固体热容小于液体热容，熔化时体积膨胀。关于两相平衡曲线的斜率可以应用热力学中克拉贝龙－克劳修斯方程式（简称克－克方程式）予以确定

7、。克－克方程式为：根据此方程式我们来讨论一下升华、蒸发、熔融三条平衡曲线的斜率：在升华的情况下，方程式右方都是正值（吸热为正，V气＞V固）在蒸发的情况下，方程式右方也都是正值（吸热为正，V气＞V液）对于同一物质来说肯定有ΔH升华＞ΔH蒸发，所以必有多晶转变可逆多晶转变不可逆多晶转变多晶转变根据其进行的方向是否可逆，分为可逆转变（又称双向转变）和不可逆转变（又称单相转变）在图7－12所示的单元系统中，α－晶型与β－晶型之间的转变就是可逆的，因为β－晶型加热到转变温度会转变成α－晶型，而高温稳定的α－晶型冷却到转变温度又会转变成β－晶型

8、。可逆多晶转变点1是过热的晶型Ⅰ的升华曲线与过冷的熔体蒸发曲线的交点，因此点1是晶型Ⅰ的熔点，它所对应的温度为T1点2是晶型Ⅱ的熔点，对应的温度为T2点3是晶型Ⅰ与晶型Ⅱ之间的多晶转变点，其温度为T3忽略压力对熔点和转变点的影响，将晶