最新单元组相图及纯晶体的凝固h幻灯片.ppt

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1、单元组相图及纯晶体的凝固h概述(基本概念)单组元晶体(纯晶体):由一种化合物或金属组成的晶体。该体系称为单元系(onecomponentsystem)。从一种相转变为另一种相的过程称为相变(phasetransformation)。若转变前后均为固相,则成为固态相变(solidphasetransformation)。从液相转变为固相的过程称为凝固(solidification)。若凝固后的产物为晶体称为结晶(crystallization)。金属转变过程为:汽态←→液态←→固态2021/8/42组元(component):组成合金的最基本、

2、独立的物质。可以是单一元素(如Fe、Mg等)也可以是稳定的化合物(如Fe3C)。相图(phasediagram):表示合金系中合金的状态与温度、成分之间的关系的图形,又称为平衡图或状态图。单组元相图(singlephasediagram)是表示在热力学平衡条件下所存在的相与温度,压力之间的对应关系的图形。合金系(alloysystem):由给定的组元可以以不同比例配制成一系列成分不同的合金,这一系列合金就构成一个合金系统。二(三、多)元系。相(phase):合金中结构相同、成分和性能均一并以界面分开的组成部分。单(双、多)相合金2021/8/

3、433.相律的应用A合金状态,成分、温度、压力、二元系、三元系……①利用它可以确定系统中可能存在的最多平衡相数例:单元系,因f≥0,故P≤1-0+1=2,平衡相最大为二个。注意:这并不是说,单元系中能够出现的相数不能超过二个,而是说,某一固定T下,单元系中不同的相只能有两个同时存在,而其它相则在别的条件下存在。②利用它可解释纯金属与二元合金结晶时的差别。纯金属结晶,液-固共存,f=0,说明结晶为恒温。二元系金属结晶两相平衡,f=2-2+1=1,说明有一个可变因素(T),表明它在一定(T)范围内结晶。二元系三相平衡,f=2-3+1=0,此时温度

4、恒定,成分不变,各因素恒定。2021/8/473.相律的应用B相律是检验、分析和使用相图的重要工具。利用它可以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≧02021/8/486.1.2单元系相图单元系相图指:单组元相图(singlephasediagram)是表示在热力学平衡条件下所存在的相

5、与温度,压力之间的对应关系的图形.单元系相图分析1.水的单元相图分析(图6.1):点,线,相区的分析点的分析:O1点是气、水、冰三相平衡点。根据相律f=C-P+2可知,f=1-3+2=0,即在O1点,三相共存时,温度和压力都不能变.线的分析:O1C线水和蒸气共存的曲线;O1A线冰和水共存的曲线;O1B冰和水气共存的曲线。根据相律f=C-P+2可知,f=1-2+2=1,即在O1A、O1B和O1C线上,两相共存时,温度和压力两个参数只能有一个可以独立变化,且按相应曲线变化.相区的分析:三个单相区分别是水区、冰区和水气区,在每个相区内,其自由度为:

6、f=C-P+2=1-1+2=2,说明在这三个相区内,温度和压力的变化不会产生新相。2021/8/49纯铁的冷却曲线及晶体结构变化2.纯铁的相图分析(图6.2)磁性转变点:A2α-Fe与γ-Fe间晶型转变点:A3γ-Fe与δ-Fe间晶型转变点:A4δ-Fe与液相转变点(熔点):Tm即:α-Fe←→γ-Fe←→δ-Fe←→液相对于金属而言,一般在常压下进行转变(沸点以下)。A3、A4为同素异构转变点A2TmA4A32021/8/410SiO2相平衡图3.除某些金属外,在某些化合物中也有多晶型转变(称为同分异构转变)。SiO2在不同T和P下出现四种

7、晶体结构:α-SiO2β-SiO2β2-鳞SiO2β-方SiO22021/8/4116.2纯晶体的凝固2021/8/4126.2.1结晶的现象与液态结构一、结晶的现象宏观现象a过冷现象(Supercooling或Undercooling)b结晶潜热(LatentHeatofCrystallization)2.微观现象a形核(Nucleation)b长大(Crystalgrowth)2021/8/413热分析装置示意图2021/8/414纯金属结晶时的冷却曲线示意图2021/8/415纯金属结晶过程示意图2021/8/416二、液态结构液态结构

8、(structureofmelt):液态结构可由X-ray衍射分析测定液态结构特征:原子排列长程无序、短程有序且短程有序的原子集团是此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的

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