第六章相平衡和相图ppt课件.ppt

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1、第六章相平衡和相图第一节相平衡及研究方法第二节单元系统第三节二元系统第四节三元系统概述能否用一个较为直观的方式建立材料科学四要素之间的联系,且能够用于指导生产?Properties:MechanicalandFunctionalProcessing,Synthesis,andPhaseTransformationStructureandCharacterizationTheoryandModeling相平衡和相图相平衡：研究多组分(或单组分)多相系统中相的平衡问题,即多相系统的平衡状态如何随着影响平衡的因素变化而改变的规律。相个数，每相的组成，各相的相对含量等相图：用来描述温度、压力、组分浓

2、度等因素变化与系统平衡状态关系的几何图形。也称为平衡状态图。相图是相平衡的直观表现，属于热力学范畴方向？限度？研究相图的意义：（1）研究、开发新材料，确定材料成分如：确定配料范围，缩小实验范围。（2）利用相图可以制订材料的生产和处理工艺如：材料的处理温度等工艺参数。（3）可以分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组织变化。（4）利用相图与性能的关系预测材料性能。（5）利用相图进行材料生产过程分析。第一节相平衡及其研究方法ResearchMethodologyofPhaseEquilibrium一、相平衡的几个基本概念（1）系统系统：选择的研究对象。凝聚系统：没有气相或气相可忽略不计的系统。（2

3、）组分、独立组分组分：系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学纯物质（S）。独立组分：构成平衡系统各相组成所需的最少数目的化学纯物质（C）。以此为标准可将系统化分为单元、二元、n元系统C＝S－R－R’独立化学反应平衡关系式数独立的浓度关系数(只考虑同一相中)（3）相（P）：系统中具有相同物理性质和化学性质的完全均匀部分的总和NOTES：（a）均匀是指微观尺度的均匀，并非要求每一相均为纯净物，一相中可以含有多种物质，如乙醇和水溶液；（b）一种物质可以有几种相，与物质的数量多少无关，与物质是否连续也无关，如水、冰，水蒸汽等；（c）所有气体视为一个相；（d）对于液体而言，纯液体视为一个相，

4、如果是混合液体则视其互溶程度而定；（e）对于固体来说较为复杂，可以分为以下几种情况。机械混合物：有几种物质就有几个相。生成化合物：形成新相，但不增加独立组分数。形成固溶体：几种组分间形成的固溶体算一个相。同质多晶现象：同一物质的不同晶型各自成相，有几种变体，就有几个相。硅酸盐高温熔体：表现为单相，但液相分两层时，为两个相，依此类推。介稳变体：一般在平衡相图中不出现，若出现时以虚线表示。系统中可能存在的情况（4）自由度（F）在一定范围内可以任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的最大变量数，又称独立变量数变量：浓度、温度、压力等。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

5、件下，并不是所有的变量都可以任意改变F=2双变量系统F=1单变量系统F=0无变量系统吉布斯相律：F=C-P+n式中：F---自由度数。C---独立组分数，即构成平衡系统所有各相组成所需要的最少的化学纯物质的数目；P----相的数目；n----温度、压力等能影响系统平衡状态的外界因素（5）相律（1876年，Gibbs）：多相平衡系统的普通规律系统中组分数C越多，则自由度数F越大；相数P越多，自由度数F越小；自由度F等于零时，相数P最大；相数P最小时，自由度F最大。相律是检验、分析和使用相图的重要工具。利用它可分析和确定系统中可能存在的相数，检验和研究相图。注意使用相律有一些限制：（1）只适用于

6、热力学平衡状态，各相温度相等(热量平衡)、各相压力相等(机械平衡)、各相化学势相等(化学平衡)（2）只表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型和含量。（3）不能预告反应动力学（即反应速度问题）。（4）F0二、相平衡的研究方法研究依据：相平衡变化结构变化能量或物理化学性质变化研究凝聚系统相平衡的实质就是利用系统发生相平衡变化时的能量或物理化学性质的变化，用各种实验方法准确地测出相变时的温度常用的有两种研究方法：静态法(也称为淬冷法)和动态法（1）、静态法(淬冷法)：室温下研究高温相平衡状态用淬冷法研究相平衡的关键：淬冷过程中能否很好地保存高温下状态（2）、动态法最普通的方法是热分析法

7、，该方法主要是通过系统中的物质在加热和冷却过程中所发生的热效应来实现的加热或冷却曲线法：准确地测出系统在加热或冷却过程的“温度-时间”曲线。如果系统在均匀加热或冷却过程中无相变化，则温度变化是均匀的，曲线是圆滑的；反之，就有热效应的产生，曲线就有突变或转折。但如果相变的热效应很小，在曲线上就不易体现出来，为了测量出这种相变过程的微小热效应，通常采用差热分析法。注意：热分析法(动态法)中，只测得了相变所对应的温