第六章-相平衡和相图ppt课件.ppt

第六章相平衡和相图概述相平衡：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。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（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。（4）自由度（F）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。二、相平衡的研究方法（1）、静态法(淬冷法)：室温下研究高温相平衡状态（2）、动态法注意：热分析法(动态法)中，只测得了相变所对应的温度以及热效应，而没有测得系统相变前后的相组成、数量和分布，要想得到这些信息还需借助于其它手段（3）两种研究方法的比较：第二节单元系统相图
PhaseDiagramofSingleSystem在单元系统中，C＝1，因此吉布斯相律可以写为
F＝3-P一、具有多晶转变的单元系统相图过冷液体的介稳状态区二、单元系统相图的特点:Clapeyron-Clausius方程式水型物质三、可逆与不可逆多晶转变多晶转变温度高于两种晶型熔点SiO2多晶转变时的体积变化理论计算值1）对压电材料制备的指导作用
压电效应：在无对称中心晶体上施加应力时，发生与应力成比例的极化，导致晶体两端表面出现符号相反电荷（正压电效应）；或当这类晶体施加一电场时，晶体将产生与电场强度成比例的应变（逆压电效应）即：
有对称中心：无压电性，如α－方石英(3L44L366L29PC)）
无对称中心：有压电性，如β－石英(L33L2)
β－方石英(3L2)恰克洛斯法（即直拉法）:
α-方石英转变为β-方石英时有较大体积效应（△V＝2.8％），室温下β-方石英为亚稳相。
水热合成法：
底部温度高，无定形SiO2，溶解度大，溶解的SiO2随热对流上升，上部温度低，溶解度过饱和，在籽晶周围析出SiO2单晶。由于在573℃以下进行（虽压力是40MPa，但α-石英和β-石英的转变曲线是向高温方向偏斜），生长出的单晶一定是β-石英。2）硅质耐火材料的生产和使用
硅砖生产：97~98％天然石英或砂岩
2~3％的CaO（作矿化剂）
粉碎成一定颗粒级配，混合成型，经高温烧成。
【要求】含有尽可能多鳞石英，而方石英晶体越少越好，以获得稳定致密的制品。相图指导：
a.确定合理烧成温度和烧成制度；
b.加入少量矿化剂（杂质：如FeO、Mn2O3、CaO等），促进α-石英转变为α-鳞石英；
c.在使用有硅砖砌筑的新窑点火时，制订合理的烘炉升温制度，以防止砌砖炸裂。
矿化剂：在反应过程中，为能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入的少量物质，有利于烧成和改善制品性能。
作用：形成液相，促进α－鳞石英形成；吸收应力，增加制品强度，防止炸裂。由SiO2相图，可得硅砖制备和使用中的原则：
①根据降温和升温时的体积变化，选定以鳞石英为主晶相，烧成温度在870~1470℃之间选择一恰当温度，一般取中间偏高，并应有较长的保温期和加矿化剂以保证充分鳞石英化。
②烧成之后降温可以加快，使其按α-鳞石英→β-鳞石英→γ-鳞石英变化。
③在使用时，烤窑过程中应在120℃、163℃、230℃、573℃均有所注意，要缓慢进行。在573℃以后可加快升温速度。
④在870~1470℃范围内使用较适宜。第三节二元系统相图
PhaseDiagramofBinarySystem学习二元相图的要求：
1、相图中点、线、面含义；
2、析晶路程；
3、杠杆规则；
4、相图的作用二元系统中，C＝2，因此吉布斯相律可以写为
F＝4－P一、二元系统相图的表示方法二、杠杆规则——相含量的计算工具一个总质量为M的相分解为M1和M2两相，
新相M1含B为b1％，质量为G1；
新相M2含B为b