无机材料科学基础课件.ppt

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1、HariBalaHPU孟哈日巴拉主要内容主要有两大部分：相图、相律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。第六章相平衡和相图6.1相平衡及其研究方法6.2单元系统6.4三元系统6.3二元系统HariBalaHPU孟哈日巴拉6.1相平衡及其研究方法一、相平衡的基本概念1、系统2、相3、独立组元4、自由度5、外界影响因素二、相律三、相平衡的研究方法1、动态法2、静态法四、应用相图时应注意的几个问题HariBalaHPU孟哈日巴拉相平衡的基本概念系统系统：选择的研究对象称为系统。环境：系统以外的一切物质都称为环境。相特

2、点：1、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。2、一个相必须在物理性质和化学性质上都是均匀的，这里的“均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不一定只含有一种物质。3、一种物质可以有几个相。同一个相不一定连续。系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的总和称为相。HariBalaHPU孟哈日巴拉1、气体不论有多少种气体都只可能有一个气相。对于系统中的气体，因其能够以分子形式按任何比例互相均匀混合。##注意：指的平衡不是在高压条件相数(P)：一个系统中所含相的数目，叫做相数，以P表示。按照相数的不同，系统可分为：单相系统（P＝

3、1）二相系统（P＝2）三相系统（P＝3）等等。含有两个相以上的系统，统称为多相系统。HariBalaHPU孟哈日巴拉2、液体对于系统中液体，纯液体是一个相。混合液体则视其互溶程度而定，能完全互溶形成真溶液的，即为一相；若出现液相分层便不止一相。3、固体1）形成机械混合物几种固态物质形成的机械混合物，不管其粉磨得多细，都不可能达到相所要求的微观均匀，因而都不能视为单相。有几种物质就有几个相。在硅酸盐系统中，在低共熔温度下从具有低共熔组成的液相中折出的低共熔混合物是几种晶体的机械混合物。因而，从液相中析出几种晶体，即产生几种新相。HariBalaHPU孟哈日巴

4、拉2）生成化合物固态物质间每生成一个新的化合物，则形成一种新的固态物质，即产生一个新相。3）形成固溶体由于在固溶体晶格上各物质的化学质点是随机均匀分布的，其物理性质和化学性质符合相的均匀性要求，因而几个物质间形成的固溶体为一个相。4）同质多晶现象在硅酸盐物系中，这是极为普遍的现象。同一物质的不同晶型(变体)虽具有相同化学组成，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，即有几个相。总结：气相只能一个相，不论多少种气体混在一起都一样形成一个气相。液体可以是一个相，也可以是两个相（互溶程度有限时）。固体如果是连续固溶体为一相；其它情况下，一种

5、固体物质是一个相。HariBalaHPU孟哈日巴拉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。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。C=组元数－独立化学反应数目－浓度限制条件通常把具有n个独立组元的系统称为n元系统。按照独立组分数目的不同，可将系统分为单元系统（C＝1）二元系统（C＝2）三元系统（C＝3）等。独立组元HariBalaHPU孟哈日巴拉在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量称为自由度，平衡系统的自由度数用f表示。这些变量主

6、要指组成（即组分的浓度）、温度和压力等。一个系统中有几个独立变量就有几个自由度。##注意：对于给定的相平衡系统，在保持系统中相的数目和相的状态不发生变化的条件下，并不是温度、压力、组分的浓度等所有的变量都可以任意改变。自由度HariBalaHPU孟哈日巴拉影响系统平衡状态的外界因素包括：温度、压力、电场、磁场、重力场等等。外界影响因素的数目称为影响因素数，用符号n表示。在一般情况下只考虑温度和压力对系统平衡状态的影响，即n＝2。##注意：影响凝聚系统平衡状态的外界影响因素主要是温度，即n＝1。需要指出的是，压力对陶瓷系统中相平衡的影响并不总是可以忽略不计的

7、，在非常高的温度或在加压下研究系统时，压力必须做为变量予以考虑。外界影响因素HariBalaHPU孟哈日巴拉相平衡的一般规律吉布斯(W.Gibbs)1876年导出了多相平衡系统的普遍规律—相律。相律相律的数学表达式为：f＝C-P+n（6－1）一般情况下，只考虑温度和压力对系统的平衡状态的影响，即n＝2，则相律表达式为：f＝C-P+2（6－2）凝聚系统的相律公式为：f＝C-P+1HariBalaHPU孟哈日巴拉相律应用必须注意以下四点：1.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力。如果研究的体系为固态物质，可以忽略压力

8、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