三元系统相图及析晶规律

1、三元系统相图分析及析晶规律三元系统相图分析及析晶规律翟海法翟海法2015.2015. 04. 1104. 112015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛三三 元元 系系 统统ppcf410f4maxp1p3maxf2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛 孟哈日巴拉孟哈日巴拉 三元凝聚系统相图的基本类型三元凝聚系统相图的基本类型 1、具有一个低共熔点的简单三元系统具有一个低共熔点的简单三元系统 2 2、生成一个一致熔融二元化合物的三元系统相图、生成一个一致熔融二元化合物的三元系统相图 3 3、具有一个一致熔融

2、三元化合物的三元系统相图、具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图 4 4、生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图、生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图 5 5、具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图、具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图 6 6、具有一个低温稳定、高温分解的二元化合物的、具有一个低温稳定、高温分解的二元化合物的 三元系统相图三元系统相图 7 7、具有一个低温分解、高温稳定的二元化合物的、具有一个低温分解、高温稳定的二元化合物的 三元系统相图三元系统相图 8 8、形成三元连续固溶体的三元系统相图、形成三元连续固溶体的三元系统相图 9 9、形成一个二元连续固溶

3、体的三元系统相图、形成一个二元连续固溶体的三元系统相图 10、具有液相分层的三元系统相图、具有液相分层的三元系统相图2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛三元系统相图的基本类型三元系统相图的基本类型1. 立体图立体图 具有一个低共熔点的三元凝具有一个低共熔点的三元凝聚系统立体图，是以浓度三角聚系统立体图，是以浓度三角形为底，以温度为高的三棱柱形为底，以温度为高的三棱柱体。体。当当A、B、C三个组分在液三个组分在液态完全互溶，固态完全不互溶，态完全互溶，固态完全不互溶， 不形成固溶体，不生成化合物不形成固溶体，不生成化合物时，即形成这种相图。时，即形

4、成这种相图。 三条棱、三个侧面、花瓣状三条棱、三个侧面、花瓣状的三个曲面、三条曲线、三条的三个曲面、三条曲线、三条界线的交点分别表示的意义及界线的交点分别表示的意义及相律公式的应用相律公式的应用具有一个低共熔点的具有一个低共熔点的三元系统相图三元系统相图2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛.2. 平面投影图平面投影图t1e2e1e3t2t2t1t2ACBE2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛： （1）三棱边：）三棱边：A、B、C 的三个一元系统；的三个一元系统； （2）三侧面：）三侧面：构成三个简单

5、二元系统状态图，并具有相构成三个简单二元系统状态图，并具有相应的二元应的二元 低共熔点；低共熔点； （3）液相面）液相面: 液相面代表了一种二相平衡状态液相面代表了一种二相平衡状态 f = 2，三，三个液相面以上的空间为个液相面以上的空间为 熔体的单相区熔体的单相区 f = 3； （4）界线）界线: 界线代表了系统的三相平衡状态；界线代表了系统的三相平衡状态； f = 1 （5）交点）交点E/: 处于四处于四 相平衡状态相平衡状态 ；f = 02015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛立体图与平面投影图的关系立体图与平面投影图的关系立体图的空间曲面立体

6、图的空间曲面(液相面液相面) 投影为平面上的投影为平面上的初晶区初晶区 、 、 ABC平面界线平面界线空间界线空间界线EEEeEEEeEEEe332211平面点平面点空间点空间点EEEeEeEe3322112015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛3. 投影图上温度表示法投影图上温度表示法 投影图中的温度常用以下方法来表示：投影图中的温度常用以下方法来表示： （1）用）用等温线等温线表示表示 （2）在界线上（包括在三角形的边上）用）在界线上（包括在三角形的边上）用箭头表示箭头表示 温度下降的方向温度下降的方向 （3）对一些特殊的点）对一些特殊的点 如各

7、组分及化合物的、无变如各组分及化合物的、无变 量点等，将其量点等，将其温度直接标入图中或列表注明温度直接标入图中或列表注明。2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛4、结晶路程、结晶路程.M.t1e2e1e3t2t2t1t2ACBEMFD2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛熔体的结晶路程：熔体的结晶路程：液相点：液相点：固相点：固相点：)(BACLEDMEACLCL 2f1f0fMFCCBACACCL消失消失2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛熔体熔体 冷

8、却析晶的规律：冷却析晶的规律： （1）原始熔体）原始熔体M在哪个初晶区内，冷却时，该初晶区所对在哪个初晶区内，冷却时，该初晶区所对应的固相首先从液相析出，该组分析晶过程中，应的固相首先从液相析出，该组分析晶过程中，液相组成点液相组成点的变化路线遵守背向性规则的变化路线遵守背向性规则。 （2）冷却过程中系统的组成点始终不动，而且系统的组成）冷却过程中系统的组成点始终不动，而且系统的组成点、液相组成点和固相（或混合物）的组成点始终在点、液相组成点和固相（或混合物）的组成点始终在一条直一条直线上线上。 （3）无论熔体）无论熔体M在三角形的何种位置，析晶产物都是在三角形的何种位置，析晶产物都是A、B、

9、C 三种晶相，且都在三元低共熔点上析晶结束，因此三种晶相，且都在三元低共熔点上析晶结束，因此三三元低共熔点一定是析晶的结束点。元低共熔点一定是析晶的结束点。2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛4、杠杆规则的应用、杠杆规则的应用t1e2e1e3t2t2t1t2ACBEMFD%100%CDCML%100%CDDMC%100%FEFML%100%)(FEMESCAAFCFCA%100%FEMEACCFA（1）当液相组成点刚刚到达）当液相组成点刚刚到达D点点:（2）当液相组成点刚刚到达）当液相组成点刚刚到达E点点:（3）析晶结束时）析晶结束时:2015物

10、理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛1、相图分析：、相图分析：该三元系统的相图共有该三元系统的相图共有四个初晶区，四个初晶区，五条界线，五条界线，有两个三元低共熔点有两个三元低共熔点具有一个一致熔二元化合物的三元系统相图具有一个一致熔二元化合物的三元系统相图L+AL+SL+BA e1 S e2 B e4e3CABCSE1E2m具有一个一致熔二元化合具有一个一致熔二元化合物的三元系统相图物的三元系统相图e1e22015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛 相图的特点：相图的特点： 化合物组成点位于其初晶区范围内，并且是

11、它的初晶区化合物组成点位于其初晶区范围内，并且是它的初晶区内的内的温度最高点温度最高点。要求：要求： (1) 确定温度的变化方向；确定温度的变化方向； (2) 各界线的性质；各界线的性质； (3) 会划分各分三元系统；会划分各分三元系统； (4) 分析不同组成点的析晶路程，分析不同组成点的析晶路程， 析析 晶终点和析晶终晶终点和析晶终 产物；产物； (5) 在在E1E2界线上界线上m点是温度最高点。点是温度最高点。(连线规则连线规则) 2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛 本系统本系统CS 连线连线将原来的三角形划分为两个分将原来的三角形划分为两

12、个分三角形，每个分三角形都是一个具有低共熔点的三角形，每个分三角形都是一个具有低共熔点的三元系统。三元系统。 2、三角形化分的原则：、三角形化分的原则： 副三角形根据三元无变量点来划分，使每个三元无变量副三角形根据三元无变量点来划分，使每个三元无变量点都对应一个副三角形。点都对应一个副三角形。 副三角形的个数与对应的三元无变量点个数相等。副三角形的个数与对应的三元无变量点个数相等。3、冷却析晶规律：、冷却析晶规律： 无论无论原始组成点在哪个副三角形内，该副三角形所对应的原始组成点在哪个副三角形内，该副三角形所对应的三元无变量点是其析晶结束点，最终析晶的产物是该副三角三元无变量点是其析晶结束点，

13、最终析晶的产物是该副三角形三个顶点所表示的物质。形三个顶点所表示的物质。2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛副三角形划分法副三角形划分法2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛该三元系统的相图共有该三元系统的相图共有四四个初晶区，个初晶区，五五条界线，条界线，两两个三元无变量点个三元无变量点 具有一个不一致熔二元化合物的三元系统相图具有一个不一致熔二元化合物的三元系统相图（1）化合物组成点化合物组成点不在不在其初晶区范围内其初晶区范围内。ASBCe1e3e2pBASA1Ce11p1S1B1PE相图上的特

14、点：相图上的特点：（2）界线）界线 pP 是一条转熔线，是一条转熔线，冷却时发生固相回吸。冷却时发生固相回吸。（3）连接）连接CS，将，将ABC可划分为两个副三角形，即可划分为两个副三角形，即ACS和和BCS，对应的无变量点分别为，对应的无变量点分别为E 和和 P，E在对应的副三角形的在对应的副三角形的内部内部，是，是低共熔点低共熔点，P在对应的副三角形的在对应的副三角形的外部外部，是，是转熔点转熔点。2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛1、连线规则、连线规则 判断三元相图的几条重要规则判断三元相图的几条重要规则用途：用途：判断界线的温度走向判断

15、界线的温度走向 （下降方向下降方向）要点：两个初晶区之间的界线要点：两个初晶区之间的界线(或延长线或延长线)和两个晶相的组成点和两个晶相的组成点的连线的连线(或延长线或延长线)相交，相交，交点是界线上的温度最高点，界线上交点是界线上的温度最高点，界线上的温度是随着离开上述交线而下降。的温度是随着离开上述交线而下降。2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛 用途：用途：判断三元相图上界线的性质判断三元相图上界线的性质 内容：内容：通过界线上作切线与相应两相组成点的连线相交，通过界线上作切线与相应两相组成点的连线相交，交点都在连线以内，共融界线；交点都在

16、连线以内，共融界线；L A + B交点都在连线外，转熔线；交点都在连线外，转熔线；L + A B交点和一晶相组成点重合，该点为界线性质转变点。交点和一晶相组成点重合，该点为界线性质转变点。LB B # 注意：注意：有时一条界线上切线与连线相交有两种情况。有时一条界线上切线与连线相交有两种情况。 在在某段具有某段具有共熔性质共熔性质，过一转变点后又具有，过一转变点后又具有转熔性质转熔性质。 2、切线规则：、切线规则：共熔界线共熔界线的温度下降方向：的温度下降方向：转熔界线转熔界线的温度下降方向：的温度下降方向：2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛3

17、、重心规则、重心规则用途：用途：判断无变量点的性质判断无变量点的性质 内容：无变量点处于其相应副三角形的内容：无变量点处于其相应副三角形的重心位重心位，则为，则为共熔点共熔点； 无变量点处于其相应副三角形的无变量点处于其相应副三角形的交叉位交叉位，则为，则为单转熔点单转熔点； 无变量点处于其相应副三角形的无变量点处于其相应副三角形的共轭位共轭位，则为，则为双转熔点双转熔点； # 副三角形：副三角形：指与该无变量点液相平衡的指与该无变量点液相平衡的三个晶相组成点连三个晶相组成点连接成的三角形接成的三角形。 &另一个方法另一个方法：根据：根据界线的温度下降方向界线的温度下降方向 任何一个无

18、变量点是三个初晶相区和三条界线的交汇点：任何一个无变量点是三个初晶相区和三条界线的交汇点：三条界线温度下降箭头都指向交汇点：三条界线温度下降箭头都指向交汇点：共熔点共熔点(三升点三升点)两条界线的温度下降箭头指向交汇点：两条界线的温度下降箭头指向交汇点：单转熔点单转熔点(双升点双升点)两条界线的温度下降箭头背向交汇点：两条界线的温度下降箭头背向交汇点：双转熔点双转熔点(双降点双降点)2015物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛物理与电子工程学院青年教师课堂教学比赛用途：用途：确定结晶产物和结晶终点。确定结晶产物和结晶终点。 内容：原始熔体组成点所在的内容：原始熔体组成点所在的三角形的三个顶点三角形的三个顶点表示的物表示的