Фазовая диаграмма с конгруэнтно плавящимся

Химическим соединением

Если компоненты А и В образуют одно устойчивое химическое соединение состава , плавящееся без разложения, то на диаграмме состояния кривая ликвидуса образует максимум в точке Д (рис.3.9). В этой точке состав кристаллической фазы совпадает с составом жидкой фазы. В случае, если максимум на диаграмме имеет острую форму, химическое соединение АВ устойчиво при плавлении; если максимум «пологий», то химическое соединение частично диссоциирует при плавлении.

Как видно из рис.3.9, фазовая диаграмма представляет собой как бы две диаграммы с простой эвтектикой: А-АВ и В-ВА. Можно разделить такую диаграмму на две части по вертикали, соответствующей химическому соединению, и рассматривать каждую часть диаграммы отдельно.

 

Рис.3.9. Диаграмма состояния системы с образованием химического соединения, плавящимся без разложения (конгруэнтно).

 

 

Значение полей
Ж	расплав
А+Ж	расплав +кристаллы А
А+АВ	механическая смесь кристаллов А и
АВ+Ж	расплав +кристаллы
В+Ж	расплав +кристаллы В
АВ+В	механическая смесь кристаллов В и
Значение линий
ТА Е1 ДЕ2ТВ	линия ликвидуса
КЕ1N и FE2G	линии солидуса (эвтектические линии), ниже этих линий жидкой фазы нет
ТА Е1	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами компонента А
Е1 ДЕ2	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами химического соединения
Е2 ТВ	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами компонента В

 

 

Значение точек
ТА	температура плавления компонента А
ТВ	температура плавления компонента В
ТД	температура плавления химического соединения
Е1 и Е2	точки эвтектики
Д	устойчивое химическое соединение состава

Состав химического соединения в точке Д можно определить, зная состав соединения в молекулярных или массовых процентах, например:

а. Состав выражен в мольных процентах:

, состав химического соединения ;

, состав химического соединения ;

б. Состав выражен в массовых процентах (М_А = 36; М_В = 28):

, состав химического соединения .

Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного точками М₁ и М₂. Точка М₁ отвечает составу конгруэнтно плавящегося химического соединения . Число независимых компонентов системы, образованных из одного химического соединения равно единице, и число степеней свободы в этом случае равно:

С=К-Ф+1=1-Ф+1=2-Ф.

Таблица 3.2

Результат рассмотрения процесса охлаждения расплава

из точек М₁ и М₂

Точка	Что происходит	Ф	С	Что означает число степеней свободы
М1	Охлаждение расплава			Можно менять температуру и состав расплава
Д	Появляются первые кристаллы , на кривой охлаждения горизонтальный участок d-d’			Система инвариантна

Продолжение таблицы 3.2

F	Охлаждается твердая фаза химического соединения			Можно менять только температуру
М2	Охлаждение расплава			Можно менять температуру и состав расплава
а	Появляются первые кристаллы			Можно менять только температуру
b	Кристаллизуются компонент А и химическое соединение , на кривой охлаждения участок b-b’			Система инвариантна
c	Охлаждение механической смеси компонента А и			Можно менять только температуру

Диаграммы с конгруэнтно плавящимися химическими соединениями образуют системы: Ca-Mg, Mg-Pb, Mg-Sn, NaF-AlF₃ и др.

 

 

Фазовая диаграмма с инконгруэнтно плавящимся

Химическим соединением

Диаграмма, когда компоненты А и В могут образовывать химическое соединение , плавящееся с разложением, то есть инконгруэнтно, приведена на рис.3.10.

Рис.3.10. Диаграмма состояния системы с образованием химического соединения, плавящимся с разложением (инконгруэнтно).

Инконгруэнтно плавящееся химическое соединение устойчиво только ниже температуры Т_С. При малейшем повышении температуры выше Т_С химическое соединение распадается на две фазы: кристаллы компонента В и расплав состава y (точка С ).

Значение полей
Ж	расплав
А+Ж	расплав +кристаллы А
А+АВ	механическая смесь кристаллов А и
АВ+Ж	расплав +кристаллы
В+Ж	расплав +кристаллы В
АВ+В	механическая смесь кристаллов В и
Значение линий
ТА ЕСТВ	линия ликвидуса
FЕG	линия солидуса (линия эвтектики)
ТА Е	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами компонента А
ЕС	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами неустойчивого хим. соединения
CТВ	каждая точка линии показывает состав расплава, равновесного с кристаллами компонента В
С Д’ ТС	линия перитектики
Значение точек
ТА	температура плавления компонента А
ТВ	температура плавления компонента В
ТС	температура плавления неустойчивого химического соединения
Е	точка эвтектики
С	точка перитектики
Д’	неустойчивое химическое соединение состава

На перитектической прямой СД'Т_С в равновесии находятся три фазы:

· расплав состава точки С ( );

· кристаллы состава точки Д';

· кристаллы компонента В.

По правилу фаз Гиббса число степеней свободы в точке С равно нулю (С=3-Ф=3-3=0), что указывает на постоянство температуры Т_С и состав расплава. Чтобы состав расплава не менялся, одновременно с кристаллизацией ранее выпавшие кристаллы компонента В должны растворяться, поддерживая постоянным содержание компонента В в расплаве. При этом происходит перитектическое превращение:

Точка С называется точкой перитектики, температура Т_С – температурой перитектики. В точке перитектики, так же, как и в точке эвтектики, в равновесии находятся расплав и две твердые фазы. Однако процессы при охлаждении существенно различаются: в точке эвтектики одновременно выпадают две твердые фазы, а в точке перитектики – одна твердая фаза выпадает, а другая растворяется. На кривой охлаждения при Т_С наблюдается горизонтальный участок b - b ’.

Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного точкой М.

Таблица 3.3

Результат рассмотрения процесса охлаждения расплава из точки М

Точка	Что происходит	Ф	С	Что означает число степеней свободы
М	Охлаждение расплава			Можно менять температуру и состав расплава
а	Появляются первые кристаллы компонента В			Можно менять или температуру или состав расплава
b	Начинается кристаллизация , ранее выпавшие кристаллы В растворяются, на кривой охлаждения горизонтальный участок b-b’			Система инвариантна
c	Продолжается кристаллизация из расплава			Можно менять или температуру или состав расплава
d	Кристаллизуются компонент А и хим. соединение , на кривой охлаждения горизонтальный участок d-d’			Система инвариантна
e	Охлаждение механической смеси А и			Можно менять только температуру

Диаграммы с конгруэнтно плавящимися химическими соединениями образуют системы: Al₂O -SiO₂, CaSiO₃-BaSiO₃, Fe-P, Li-Sn и др.

 

 

Твердые растворы

 

Твердые растворы – гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

В отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным, состоит из одного вида кристаллов и имеет одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций.

Строение твердых растворов на основе одного из компонентов системы таково, что в кристаллическую решетку одного компонента входят атомы другого компонента системы. Различают твердые растворы трех типов: внедрения, замещения и вычитания.

Твердые растворы внедрения – растворы, при кристаллизации которых частицы (атомы, молекулы или ионы) одного компонента размещаются между узлами кристаллической решетки другого компонента. Они могут образовываться лишь при условии, что размеры частиц компонента, растворяющегося путем внедрения, невелики. Так, в металлических сплавах диаметр атома растворяемого вещества обычно не превышает 0, 6 диаметра атома основного металла – растворителя (растворение в металлах неметаллов – бора, углерода, водорода, азота).

По мере накопления внедряемого вещества устойчивость кристаллической решетки растворителя уменьшается. Поэтому концентрация растворяемого вещества не может быть выше некоторого предела – ограниченная растворимость.

Твердые растворы замещения – растворы, при кристаллизации которых частицы (атомы или ионы) растворяемого вещества замещают в узлах кристаллической решетки частицы растворителя. Для образования твердых растворов замещения необходимо, чтобы кристаллические структуры замещающего и замещаемого компонентов были достаточно близки, и чтобы радиусы атомов или ионов компонентов различались не очень сильно. При этих условиях замещение не вызывает чрезмерных напряжений в кристаллической решетке и устойчивыми могут быть твердые растворы любого состава. Таким образом, компоненты бинарной смеси, образующие твердые растворы замещения, могут быть неограниченно растворимы один в другом, и образовывать непрерывный ряд твердых растворов от 0 до 100% каждого из компонентов. Примером таких растворов может служить система AgCl–NaCl. Кристаллическая решетка обоих компонентов – кубическая гранецентрированная, длина ребра куба элементарной ячейки AgCl составляет 5, 560 Â, у NaCl 5, 628 Â; радиусы ионов соответственно равны 1, 13 Â и 0, 98 Â.

Твердые растворы вычитания – растворы, образование которых связано с дефектами структуры, в которой имеются вакантные (не занятые) места.

Необходимо подчеркнуть, что в твердом растворе внедренные или замещенные атомы располагаются в хаотическом беспорядке. Об их равномерном распределении во всем кристалле можно говорить только в статистическом смысле, т.е. сопоставляя объемы, содержащие достаточно большое число кристаллических ячеек.

 

Предыдущая45678910111213141516171819Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. Билет №23. Диаграмма последовательности UML
2. Вопрос. Организация числовых данных. Упорядоченный массив. Диаграмма «ствол и листья».
3. Диаграмма плавкости системы, компоненты которой
4. Диаграмма растяжения пластичных и хрупких материалов. Диаграмма сжатия пластичных и хрупких материалов.
5. Диаграмма состояния системы с эвтектикой
6. Испытание материалов на растяжение, Диаграмма напряжений, Наклёп, Зуб текучести
7. Макет слайда Заголовок и диаграмма выглядит следующим образом.
8. Моделирование потоков управления (диаграмма деятельности)
9. Обобщение уравнения Бернулли на целый поток реальной жидкости. Диаграмма уравнения Бернулли. Гидравлический и пьезометрический уклоны.
10. Синусоидальные (гармонические) волны. Уравнение бегущей волны. Длина волны и волновое число. Волновое уравнение. Фазовая скорость. Энергия волны.
11. Фазовая диаграмма растворимости