第五章相平衡-ppt课件

1、第五章 相平衡主要内容主要内容 系统论述相图的根本系统论述相图的根本原理原理 结合实践引见相图在结合实践引见相图在无机非无机非 金属资料的研讨和消金属资料的研讨和消费实际费实际 中的详细运用。中的详细运用。 第一节第一节 硅酸盐系统相平衡特点硅酸盐系统相平衡特点 一、热力学平衡态和非平衡态一、热力学平衡态和非平衡态 1. 平衡态平衡态 相图即平衡相图，反响的是体系所处的热力相图即平衡相图，反响的是体系所处的热力学平衡形状，学平衡形状， 即仅指出在一定条件下体系所处的平衡态即仅指出在一定条件下体系所处的平衡态 (其中所包含的相数，各相的形状、数量和组其中所包含的相数，各相的形状、数量和组成成)，

2、 与达平衡所需的时间无关。与达平衡所需的时间无关。 硅酸盐熔体即使处于高温熔融形状，其粘度也很硅酸盐熔体即使处于高温熔融形状，其粘度也很大，其分散才干很有限，因此硅酸盐体系的高温物理大，其分散才干很有限，因此硅酸盐体系的高温物理化学过程要到达一定条件下的热力学平衡形状，所需化学过程要到达一定条件下的热力学平衡形状，所需的时间是比较长的，所以实践选用的是一种近似形状。的时间是比较长的，所以实践选用的是一种近似形状。 2. 介稳态介稳态 即热力学非平衡态，经常出现于硅酸盐系统中。即热力学非平衡态，经常出现于硅酸盐系统中。 如：如：阐明：介稳态的出现不一定都是不利的。由于某些介稳态具有阐明：介稳态的

3、出现不一定都是不利的。由于某些介稳态具有 所需求的性质，因此发明条件所需求的性质，因此发明条件(快速冷却或掺加杂质快速冷却或掺加杂质) 有意把它保管下来。有意把它保管下来。 如：水泥中的如：水泥中的 C2S，陶瓷中介稳的四方氧化锆，陶瓷中介稳的四方氧化锆 ; 耐火资料硅砖中的鳞石英以及一切的玻璃资料。耐火资料硅砖中的鳞石英以及一切的玻璃资料。 石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英 石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英 鳞石英鳞石英 5731631178701470180270但由于转变速度慢，实践可长期存在。但由于转变速度慢，实践可长期存在。根据吉布斯相律根据吉布斯相律 f = cp2 f 自

4、在度数自在度数 c 独立组分数独立组分数 p 相数相数 2 温度和压力外界要素温度和压力外界要素 硅酸盐系统的相律为硅酸盐系统的相律为 : f = cp1二、相二、相 律律(i) 相与相之间有界面，可以用物理或机械方法分开。相与相之间有界面，可以用物理或机械方法分开。(ii) 一个相可以是均匀的，但不一定是一种物质。一个相可以是均匀的，但不一定是一种物质。 气体：普通是一个相，如空气组分复杂。气体：普通是一个相，如空气组分复杂。 固体：有几种物质就有几个相，但假设是固溶体时为一个相。固体：有几种物质就有几个相，但假设是固溶体时为一个相。 由于在由于在 固溶体晶格上各组分的化学质点随机分布均匀，

5、固溶体晶格上各组分的化学质点随机分布均匀， 其物理性质和化学性质符合相均匀性的要求，因此几个其物理性质和化学性质符合相均匀性的要求，因此几个 组分构成的固溶体是组分构成的固溶体是 一个相。一个相。 液体：视其混溶程度而定。液体：视其混溶程度而定。 p 相数，相数， p = 1 单相系统，单相系统，p = 2 双相系统，双相系统，p = 3 三相系统三相系统1、相：指系统中具有一样的物理性质、相：指系统中具有一样的物理性质 和化学性质的均匀部分。和化学性质的均匀部分。 注：均匀微观尺度上的均匀，而非普通意义上的均匀。注：均匀微观尺度上的均匀，而非普通意义上的均匀。2、组分、独立组分、组分、独立组

6、分 (组元组元)组分：组成系统的物质。组分：组成系统的物质。 独立组分：足以表示构成平衡系统中各相所需求的最少数目的独立组分：足以表示构成平衡系统中各相所需求的最少数目的 组分组分: c = 组分数独立化学反响数目限制条件组分数独立化学反响数目限制条件 例如：例如： 23COCaOCaCO c = 310 = 2系统中化学物质和组分的关系：系统中化学物质和组分的关系： 当物质之间没有化学反响时，化学物质数目组分数；当物质之间没有化学反响时，化学物质数目组分数； 当物质之间发生化学反响时，当物质之间发生化学反响时， 组分数组分数 = 化学物质数化学物质数 - 在稳定条件下的化在稳定条件下的化 学

7、反响数。学反响数。 在硅酸盐系统中经常采用氧化物作为系统的组分。在硅酸盐系统中经常采用氧化物作为系统的组分。 如：如：SiO2一元系统一元系统 Al2O3SiO2二元系统二元系统 CaOAl2O3SiO2三元系统三元系统留意区分：留意区分：2CaO.SiO2(C2S) ; CaOSiO2; K2O.Al2O3.4SiO2 SiO23、自在度、自在度 (f) 定义定义: 温度、压力、组分浓度等能够影响系统平衡形状的变量中，温度、压力、组分浓度等能够影响系统平衡形状的变量中， 可以在一定范围内改动而不会引起旧相消逝新相产生的可以在一定范围内改动而不会引起旧相消逝新相产生的 独立变量的数目独立变量的

8、数目 详细看一个二元系统的自在度。详细看一个二元系统的自在度。ABL f=2LB f=1AB f=1LA f=1f =0 E 相律运用必需留意以下四点：相律运用必需留意以下四点： 1. 相律是根据热力学平衡条件推导而得，因此只能处置真实相律是根据热力学平衡条件推导而得，因此只能处置真实 的热力学平衡体系。的热力学平衡体系。 2. 相律表达式中的相律表达式中的“2是代表外界条件温度和压强。是代表外界条件温度和压强。 假设电场、磁场或重力场对平衡形状有影响，那么相律中的假设电场、磁场或重力场对平衡形状有影响，那么相律中的 “2应为应为“3、“4、“5。假设研讨的体系为固态物质，可。假设研讨的体系为

9、固态物质，可以以 忽略压强的影响，相律中的忽略压强的影响，相律中的“2应为应为“1。 3. 必需正确判别独立组分数、独立化学反响式、相数以及限必需正确判别独立组分数、独立化学反响式、相数以及限 制条件数，才干正确运用相律。制条件数，才干正确运用相律。 4. 自在度只取自在度只取“0以上的正值。假设出现负值，那么阐明体系以上的正值。假设出现负值，那么阐明体系可可 能处于非平衡态。能处于非平衡态。热分析法热分析法差差 热热 分析法分析法(DTA)溶溶 解解 度度 法法 静态法静态法(淬冷法淬冷法) 动 态 法动 态 法三、相平衡研讨方法三、相平衡研讨方法1、热分析法、热分析法 原理：根据系统在冷却

10、过程中温度随时间的变化情况来判别原理：根据系统在冷却过程中温度随时间的变化情况来判别 系统中能否发生了相变化。系统中能否发生了相变化。 做法：做法： (1) 将样品加热成液态；将样品加热成液态； (2) 令其缓慢而均匀地冷却，记录冷却过程中系统在不同时令其缓慢而均匀地冷却，记录冷却过程中系统在不同时 刻的温度数据；刻的温度数据； (3) 以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制成温度时间曲线，以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制成温度时间曲线， 即步冷曲线即步冷曲线(冷却曲线冷却曲线)； (4) 由假设干条组成不同的系统的冷却曲线就可以绘制出相图。由假设干条组成不同的系统的冷却曲线就可以绘制出相图。以

11、以BiCd为例：为例： Cd质量百分数：质量百分数：a ,0；b,20；c,40；d,75；e,100 a b c d e 冷却曲线冷却曲线 BiCd系统的相图系统的相图 Bi(s)+Cd(s)L+Bi(s) L+Cd(s) Lmv2mv1自动自动记录记录惰性基准物惰性基准物试样试样加热器隔热板铂丝铂丝铂铑丝mv1-试样温度变化mv2-电势差2、 差热分析法差热分析法(DTA)3、 溶解度法溶解度法 适用于水盐系统的相图。适用于水盐系统的相图。 4、淬冷法、淬冷法 最大优点：准确度高。由于长时间保温较接近平衡最大优点：准确度高。由于长时间保温较接近平衡形状，淬冷后在室温下又可对试样中平衡共存的

12、相形状，淬冷后在室温下又可对试样中平衡共存的相数、各相的组成、形状和数量直接进展测定。数、各相的组成、形状和数量直接进展测定。 适用对象：适用于相变速度慢的系统，假设快那适用对象：适用于相变速度慢的系统，假设快那么在淬冷时发生相变。么在淬冷时发生相变。 单元系统中，只需一种组分，不存在浓度问题。 影响要素只需温度和压力。 由于 c = 1, 根据相律 f = cp + 2 = 3 p 一、水的相图一、水的相图二、一元相图的型式二、一元相图的型式三、可逆和不可逆的多晶转变三、可逆和不可逆的多晶转变四、四、SiO2系统的相图系统的相图五、五、ZrO2 系统系统第二节第二节 单元系统单元系统蒸发蒸发

13、溶解溶解升华升华ABCOCSLg临界点临界点压压强强温度温度一、水的相图一、水的相图凝固点凝固点(0.0099)。2000个大气压以上，可得几重冰，比艰苦于水。个大气压以上，可得几重冰，比艰苦于水。T374P217.7大气压大气压ABCOCSLg蒸发蒸发溶解溶解升华升华临界点临界点P温度温度解释界限的斜率：解释界限的斜率： 由克劳修斯克拉珀龙方程由克劳修斯克拉珀龙方程dp/dT=H/TV , 从低温型向高温转变，从低温型向高温转变， H0 L g ；S g V0, 那么斜率那么斜率0 ； 而而S L 冰变成水冰变成水V0 , 斜率斜率0 ,那么斜率那么斜率0 。 如对于有晶型转变的，由于如对于

14、有晶型转变的，由于V很小，因此其界限几乎是垂直的。很小，因此其界限几乎是垂直的。 有多晶转变的一元系统相图型式。有多晶转变的一元系统相图型式。EF压强压强A f = 2B f =0C f=0D温温 度度气相气相f =2-固相固相f=2-固相固相f=2液相液相二、一元相图的型式二、一元相图的型式 一元系统相图中各平衡相称号 平衡相 ABCD 气相 ABE -固相相区 EBCF -固相 FCD 液相 AB 气相- -固相相线 BC 气相- -固相 CD 气相液相 BE -固相 -固相 FC -固相液相相点 B -固相 -固相气相 C -固相气相液相1. 可逆可逆三、可逆和不可逆的多晶转变三、可逆和

15、不可逆的多晶转变实线表示稳定态，虚线表示介稳态。实线表示稳定态，虚线表示介稳态。晶体晶体1 晶体晶体2 液相液相特点：特点：(1)晶体晶体I，晶体，晶体2都有稳定区；都有稳定区； (2) T1215001500构成立方晶型固溶体，称稳定化立方构成立方晶型固溶体，称稳定化立方ZrO2 ZrO2 2 2、熔点高、熔点高(2680)(2680)，作耐火资料，作耐火资料3 3、利用导氧导电性能，作氧敏传感器元件、利用导氧导电性能，作氧敏传感器元件4 4、利用体积效应，对陶瓷资料进展相变增韧。、利用体积效应，对陶瓷资料进展相变增韧。 二元凝聚系统，二元凝聚系统， f = c p + 1 = 2 p 1

16、3 p 二元系统相图以浓度为横坐标，温度为纵坐标来绘制的。二元系统相图以浓度为横坐标，温度为纵坐标来绘制的。 二元相图的八种类型：二元相图的八种类型： 1、具有低共熔点的二元系统；、具有低共熔点的二元系统； 2、生成一致熔融化合物的二元系统；、生成一致熔融化合物的二元系统； 3、生成不一致熔融化合物的二元系统；、生成不一致熔融化合物的二元系统； 4、固相中有化合物构成或分解的系统；、固相中有化合物构成或分解的系统； 5、具有多晶转变的系统；、具有多晶转变的系统； 6、具有液相分层的系统；、具有液相分层的系统； 7、构成延续固溶体的系统；、构成延续固溶体的系统； 8、构成不延续固溶体的系统。、构

17、成不延续固溶体的系统。第三节第三节 二元系统二元系统学习相图的要求：学习相图的要求： 1、相图中点、线、面含、相图中点、线、面含义；义； 2、析晶路程；、析晶路程； 3、杠杆规那么；、杠杆规那么； 4、相图的作用。、相图的作用。1、E：低共熔点：低共熔点 L AB f=0 TAE 液相线液相线 L A f=1 TBE 液相线液相线 L B f=12、M点析晶路程点析晶路程一、具有低共熔点的二元系统相图一、具有低共熔点的二元系统相图A TBE ABALBLTABLBM Lp=1 f=2M(熔体熔体)L1 s1,(A)L A p=2 f=1L2s2,AL A p=2 f=1EsE，A(B)L A+

18、B p=3 f=0E(液相消逝液相消逝)ME,A+Bp=2 f=1M3,A+BA TBALBLTABLBMA+BEL2S2L1S1SEMEM33、杠杆规那么、杠杆规那么A TBALBLTABLBMA+BEL2S2L1S1SEMEM3M2M1T1T2TE (1) T1： 固相量固相量 S% = 0 ; 液相量液相量 L=100%; (2) T2： S% = M2L2/S2L2 100 ；L M2S2/S2L2 100 (3) 刚到刚到TE : 晶体晶体B未析出，固相只含未析出，固相只含A。 S% = MEE/SEE 100 ；L MESE/SEE 100 (4) 分开分开TE ：L 消逝，晶体消

19、逝，晶体A、B 完全析出。完全析出。 SA% = MEB/AB 100 ； SB% = MEA/AB 100 4、相图的作用、相图的作用 (1) 知道开场析晶的温度，知道开场析晶的温度， 析晶终点，熔化终点的温度；析晶终点，熔化终点的温度； (2) 平衡时相的种类；平衡时相的种类； (3) 平衡时相的组成平衡时相的组成 预测瓷胎的显微构造预测瓷胎的显微构造 预测产品性质预测产品性质 (4) 平衡时相的含量。平衡时相的含量。A AmBn BMNLA LAAmBnB+AmBnB+LL+ AmBnL +AmBnE1E21、 E1、E2均为低共熔点；均为低共熔点；2、 冷却组成变化道路；冷却组成变化道

20、路；3、 杠杆规那么；杠杆规那么；4、 相图作用：当原始配料落在相图作用：当原始配料落在AAmBn范围内，最终析晶产物为范围内，最终析晶产物为A和和AmBn； 当原始配料落在当原始配料落在BAmBn范围内，最终析晶产物为范围内，最终析晶产物为B和和AmBn；二、生成一致熔融二元化合物的二元系统相图二、生成一致熔融二元化合物的二元系统相图讨论讨论1、E：低共熔点：低共熔点 ，f 0，是析晶终点，是析晶终点，L AC ； P：转熔点或回吸点，：转熔点或回吸点， f0，不一定是析晶终点，不一定是析晶终点， LBC一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成皆不一样。一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组

21、成皆不一样。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL三、生成一个不一致熔融化合物的二元相图三、生成一个不一致熔融化合物的二元相图bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEKL12 析晶道路析晶道路 Lp=1 f=2熔体熔体1K M , (B)PF, 开场回吸开场回吸B(C)PD ，晶体，晶体B消逝消逝CLP C p=2 f=1EH , C+(A)E(液相消逝液相消逝)O , A+CL A+C p=3 f=0L B p=2 f=1LP BC p=3 f=0PFMGBCLDOH同理可分析组成同理可分析组成2的冷却过程。在转熔点的冷却过程。在转熔点P处，处， LBC时，时，L

22、先消逝，固相组先消逝，固相组 成点为成点为D和和F，其，其含量含量 由由D、J、F三点相对位置求出。三点相对位置求出。P点是回吸点又点是回吸点又是析晶终点。是析晶终点。BCLbL+AL+CA+CA C BL+BTaEP D J FML2B+C组成组成3在在P点回吸，在点回吸，在LBC时时LB同时消逝，同时消逝， P点是回吸点又是析晶终点。点是回吸点又是析晶终点。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaEP D L3BCLP点是过渡点，由于无点是过渡点，由于无B相生成。相生成。bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPL Lp=1 f=2熔体熔体4F D , (C)EH , C

23、+(A)E(液相消逝液相消逝)L ，ACL C p=2 f=1L A+C p=3 f=04FD L H 组成组成 反响性质反响性质(TP) 析晶终点析晶终点 析晶终相析晶终相 组成在组成在PD之间之间 LBC ；B先消逝先消逝 E AC DF之间之间 LBC ；L先消逝先消逝 P BC D点点 LBC ；LB同时消逝同时消逝 P C P点点 L(B)C E AC 总结规律：总结规律：4bL+AL+CA+CC+BA C BL+BTaTEEPKL132D F化合物在低温构成高温分解化合物在低温构成高温分解L+AL+BA+BA C BA+CC+BETaTeTd1A BA+BA+CB+CA+BEL+A

24、L+B化合物存在于某一温度范围内化合物存在于某一温度范围内2四、固相中有化合物构成或分解的二元系统相图四、固相中有化合物构成或分解的二元系统相图A BA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升温构成，降温分解升温构成，降温分解C C/ D D/EHOP熔体熔体3的冷却过程：的冷却过程：L P +BCp=3 f=0 Lp=1 f=2熔体熔体3C C/ , (B)L Bp=2 f=1PD/, 开场回吸开场回吸B(C)P (液相消逝液相消逝)D ，BC B+C p=2 f=1H , B+AO , A+BB+A p=2 f=1BCLCA+B 两种类型：两种类型：A、在低共熔点下发生、在低共熔点下发生 B

25、、在低共熔点以上发生、在低共熔点以上发生 实例运用：实例运用： 1、CaO.Al2O3.2SiO2SiO2系统相系统相 图，图，石石 英多晶转变温度在低共熔点英多晶转变温度在低共熔点8之上，之上， 在液相中，在液相中， -方石英方石英 -鳞石英的转鳞石英的转 变温度变温度 1470。 2、CaO.SiO2 CaO.Al2O3.2SiO2系系 统相图，统相图， CS在低于低共熔点在低于低共熔点 (1307)的温度，的温度， 在固相中发生在固相中发生 多晶转变：多晶转变：-CS -CS， 转变温度为转变温度为1125。五、具有多晶转变的二元系统相图五、具有多晶转变的二元系统相图A、在低共熔点下发生

26、、在低共熔点下发生TETPBA B ABABALBLETabB、在低共熔点以上发生、在低共熔点以上发生aC P EA+LA+LA+BB+LLA BB%1BA B ABABALBLETaTETPP F/ FD D/C C/1/b析晶路程：析晶路程： Lp=1 f=2熔体熔体1C C/ , (B)L Bp=2 f=1ED/, B(A)A+B p=2 f=1F，AB E(液相消逝液相消逝)D , B A A +B p=2 f=1L A+B p=3 f=01/ ，ABLA+BAA 23aEA+LA+LA+BB+LLA BB%DL A p=2 f=1F F/ , (A)F/FC P PC , (AA)E

27、 D/ ， A +BD/ Lp=1 f=2熔体熔体2PC , A L+A A +L p=3 f=0 A A E(L消逝消逝)G ，A BGL A +B p=3 f=0A +BLL A p=2 f=11、点、点E：低共熔点：低共熔点 LAB f=0 F：LG ALF f=02、线、线GKF为液相分界限；为液相分界限；3、帽形区、帽形区GKFG为二液存在区，区域的存在与温度有关。为二液存在区，区域的存在与温度有关。4、析晶路程：、析晶路程：六、具有液相分层的二元系统相图六、具有液相分层的二元系统相图TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 区区OBFB 两层两层p=1 f=

28、2熔体熔体1L A +B p=3 f=0E(L消逝消逝)O ，ABLF A p=2 f=1E TE ， A+(B) 两层两层p=1 f=2L2L2/GTF，(A)FTF，ALG LF+A f=0L1 L1/ TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 区区OBFBDP1TFTEKTaG EbA A+BA+LA+LB+LL2L分相分相 区区OBFB1 两层两层p=1 f=2熔体熔体1L1 L1/L1 L1/ L2 L2/ 两层两层p=1 f=2L2L2/PGTF，(A)FTF，ALG LF+A f=0LF A p=2 f=1E TE ， A+(B)L A +B p=3 f=

29、0E(L消逝消逝)O ，AB L A +B 5、运用：、运用： CaO-SiO2及及MgO-SiO2系统相图，在系统相图，在SiO2含量高处都有含量高处都有 一个二液一个二液分层区。分层区。11、特点：、特点： 无三相无变量点，即无三相无变量点，即fMIN1 两个相平衡点，例两个相平衡点，例2点和点和7点。点。2、杠杆规那么计算固液相量。、杠杆规那么计算固液相量。A BCTTaTbS(AB)LL+S(AB)L+S(AB)B%236745OA B TTaTbS(AB)LL+S(AB)B%七、构成延续固溶体的二元系统相图七、构成延续固溶体的二元系统相图3、举例：、举例： 2MgO.SiO2和和2F

30、eO.SiO2在高温能在高温能以各种比例互溶构成延续固溶体。以各种比例互溶构成延续固溶体。举例：举例： 铁钙黄长石铁钙黄长石(Ca2FeSiAlO7)与镁与镁方柱石方柱石(Ca2MgSi2O7)构成延续固溶构成延续固溶体中间有一交点。体中间有一交点。 SA(B)表示表示B组分溶解到组分溶解到A组分中所构成的固溶体；组分中所构成的固溶体； SB(A)表示表示A组分溶解在组分溶解在 B组分中所构成的固溶体。组分中所构成的固溶体。八、构成不延续固溶体的二元相图八、构成不延续固溶体的二元相图T A F G B C DEba SA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LL+ SB(A)SB(A)LT

31、 A F G B C Eba SA(B)+ SB(A)SA(BSA(B)+LL+ SB(A)SB(A)LD2 13ED , (SA(B)SB(A)T2P S , (SB(A)PST1SB(A)L Lp=1 f=2熔体熔体1液态溶液液态溶液L SB(A)p=2 f=11/ SB(A)+ SA(B)p=2 f=11/ ， SA(B)+ SB(A)Q NT3IL SB(A)+ SA(B)p=3 f=0L SB(A)+ SA(B)SA(B)SB(A)E(L消逝消逝)H ， SA(B)SB(A)H另一类：生成不延续固溶体且具有回吸点的另一类：生成不延续固溶体且具有回吸点的二元系统相图二元系统相图1、点、

32、点G :低共熔点低共熔点 LSA(B)+ SB(A) f=0 点点J ：回吸点，：回吸点，f=0 L+SA(B) SB(A)123A O P BbaFGJSA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+ SB(A)TA O P BbaSA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LL+ SB(A)T3JF , 开场回吸开场回吸SA(B)(SB(A)FJSA(B)L + SA(B) SB(A)p=3 f=0SB(A) SB(A)p=1 f=2X ， SA(B)+ SB(A)SB(A)HX Lp=1 f=2熔体熔体3JG，SB(A)GD C , (SA(B)CDL SA(B)p=2

33、f=1L SB(A)p=2 f=1E FF(L消逝消逝)E ， SB(A) LSB(A) SB(A) SA(B) + SB(A) 刚分开刚分开J时组成时组成 SA(B)先消逝先消逝 LSA(B)同时消逝同时消逝 L先消逝先消逝 J点点: LSA(B) SB(A) 3 1 2组成点组成点123A O P BbaFGJSA(B)+ SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+ SB(A)T 1、CaO-SiO2系统相图系统相图 要求：要求： (1)会划分分二元系统；会划分分二元系统； (2)无变量点的性质，相间平衡；无变量点的性质，相间平衡； (3)详细分析详细分析SiO2-CS分系统，解释为

34、何分系统，解释为何CaO可作可作为为 硅砖消费的硅砖消费的 矿化剂；矿化剂； (4) C2S-CaO分系统含有硅酸盐水泥的重要矿物分系统含有硅酸盐水泥的重要矿物 C3S和和C2S，C3S是不一致熔融化合物，仅能稳是不一致熔融化合物，仅能稳 定存在于定存在于12502150之间。之间。 (5) 会运用相图指点实践消费。会运用相图指点实践消费。专业相图：专业相图：图10-14 C2S的多晶转变自由焓050010001500T 52567072586011601420LH(4) 在在A3S2SiO2分系统分系统,莫来石质莫来石质 (Al2O372% )及刚玉质耐火砖及刚玉质耐火砖(Al2O390%

35、)都都 是性能优良的耐火资料。是性能优良的耐火资料。分析粘土砖，其矿物组成分析粘土砖，其矿物组成?分析消费硅砖中分析消费硅砖中Al2O3存在降低耐火度的影存在降低耐火度的影 响响?2、Al2O3-SiO2系统相图系统相图分析粘土砖，其矿物组成分析粘土砖，其矿物组成? 石英和莫来石石英和莫来石(A3S2), A3S2含量添加，含量添加，耐火度增大，其中含耐火度增大，其中含Al2O3大约大约33。 留意：配料组成在留意：配料组成在E1F范围内，必需留范围内，必需留意液相线的变化。意液相线的变化。 分析消费硅砖中分析消费硅砖中Al2O3存在降低耐火度的影存在降低耐火度的影 响响? 因因 为此系统中在

36、为此系统中在1595低共熔点处生成低共熔点处生成含含Al2O3 5.5wt%d的液的液 相，相，E1点接近点接近SiO2,当当参与参与1wt的，在的，在1595就产生就产生 1：5.5=18.2 液相，与液相，与SiO2平衡的液相线从熔点平衡的液相线从熔点1723迅速降为迅速降为1595，因此使耐火度大大降低。，因此使耐火度大大降低。 图10-15 Al2O3-SiO2系统相图20001800160014001200温 度SiO220406080Al2O3摩尔20406080L+Al2O31723 L+SiO2E11595L+A3S2固溶体1850L1840E2Al2O3+A3S2固溶体A3S

37、2固溶体SiO2+A3S2固溶体重量2050L+A3S2固溶体F (1)划分二元分系统；划分二元分系统； (2)确定各无变量点的性质及相间平衡；确定各无变量点的性质及相间平衡； (3)运用：镁质耐火资料配料中运用：镁质耐火资料配料中MgO含量应大于含量应大于Mg2SiO4中中 MgO含量，否那么配料点落入含量，否那么配料点落入Mg2SiO4SiO2系系统，统， 开场出现液相温开场出现液相温 度及全融温度急剧下降，呵斥耐度及全融温度急剧下降，呵斥耐 火度急剧下降。火度急剧下降。 留意：镁质砖留意：镁质砖(T共共1850)与硅质砖与硅质砖(T共共1436) 不能混用，否那么共熔点下降。不能混用，否

38、那么共熔点下降。 3、MgO-SiO2二元系统二元系统L150017001900210023002500270029000102030405060708090100MgOMg2SiO4MgSiO3SiO2重 量 SiO318501890BCMgOMgO+LDFFL+ -方 石 英1543MgSiO3+LMgSiO3+ -方 石 英Mg2SiO4+LAMgO+MgSiO4Mg2SiO4+MgSiO31557E1695图10-16 MgO-SiO2系统相图常用于玻璃，其最低共熔点为常用于玻璃，其最低共熔点为799。 73SiO2和和27Na2O易溶于水生成泡花碱。易溶于水生成泡花碱。 由于由于Na

39、2O在高温容易挥发在高温容易挥发,故相图中缺乏故相图中缺乏Na2O含量高部分。含量高部分。4、Na2O-SiO2二元系统二元系统 三元凝聚系统三元凝聚系统: f c p 14 p ， 当当 p=1 时，时， fmax3 ( 即组成即组成x1、x2和温度的变和温度的变化。化。)第四节第四节 三元系统相图三元系统相图相图相图顶点：单元系顶点：单元系统或纯组分；统或纯组分； 边：边： 二元系二元系统；统； 内部：三元系内部：三元系统统 运用：运用：1、知组成点确定各物质的含量；、知组成点确定各物质的含量； 2、知含量确定其组成点的物质。、知含量确定其组成点的物质。一、一、 三元系统组成的表示方法三元

40、系统组成的表示方法 在三元系统中用等边三角形来表示组成。在三元系统中用等边三角形来表示组成。图10-18 浓度三角形909090808080707070606060505050404040303030202020101010cEMDaABCa图10-19 双线法确定三元组成CABMbca二、三元系统组成中的一些关系二、三元系统组成中的一些关系 1、等含量规那么、等含量规那么 在等边三角形中，平行于一条边的直线上在等边三角形中，平行于一条边的直线上的一切各点均含有相等的对应顶点的组成。的一切各点均含有相等的对应顶点的组成。ABCMNEDFO 从等边三角形的某一顶点向对边作从等边三角形的某一顶点向

41、对边作不断线，那么在线上的任一点表示对边两不断线，那么在线上的任一点表示对边两组分含量之比不变，而顶点组分的含量那组分含量之比不变，而顶点组分的含量那么随着远离顶点而降低。么随着远离顶点而降低。 背向规那么：背向规那么：在三角形中任一混合物在三角形中任一混合物M，假设从，假设从M中不中不断析出某一顶点的成分，那么剩余物质的断析出某一顶点的成分，那么剩余物质的成分也不断改动成分也不断改动(相对含量不变相对含量不变)，改动的，改动的途径在这个顶点和这个混合物的连线上，途径在这个顶点和这个混合物的连线上，改动的方向背向顶点。改动的方向背向顶点。 2、定比例规那、定比例规那么么ABCMNEDFO3、杠

42、杆规那么、杠杆规那么 在三元系统中，一种混合物分解为两种物质在三元系统中，一种混合物分解为两种物质(或或两种物质合成为一种混合物两种物质合成为一种混合物)时，它们的组成点在时，它们的组成点在一条直线上，它们的分量比与其它组成点之间的一条直线上，它们的分量比与其它组成点之间的间隔成反比。间隔成反比。A BCoMPb1bb2 推导：推导：GMGOGP GMb%GOb1%+GPb2%MOMPGGPO 物质的分解和合成实践上就是物相的变化。对于三元系统中有物质的分解和合成实践上就是物相的变化。对于三元系统中有混合物分解为三种物质，或有三种物质生成一种物质，其分量比需混合物分解为三种物质，或有三种物质生

43、成一种物质，其分量比需用两次杠杆规那么求出。用两次杠杆规那么求出。根据杠杆规那么：根据杠杆规那么：M1M2P PM3 MM1 M2M3 MM1M2M3M.PA BC5 5、交叉位置规那么、交叉位置规那么 M M点在点在M1M2M3M1M2M3某一某一条边的外侧，且在另二条条边的外侧，且在另二条边的延伸线范围内。这需边的延伸线范围内。这需求从物质求从物质M1M1M2M2中取出一中取出一定量的定量的M3M3才干得到混合物才干得到混合物M M，此规那么称为交叉位置，此规那么称为交叉位置规那么。规那么。 由杠杆规那么：由杠杆规那么：M1M2P M+M3PM1M2MM3M1M2M3MPA BC从M1M2

44、中取出M3愈多，那么M点离M3愈远。6 6、共轭位置规那么、共轭位置规那么 在三元系统中，物质组成在三元系统中，物质组成点点M M在在的一个角顶之外，这的一个角顶之外，这需求从物质需求从物质M3M3中取出一定量的中取出一定量的混合物质混合物质M1M1M2M2，才干得到，才干得到新物质新物质M M，此规那么称为共轭，此规那么称为共轭位置规那么。位置规那么。 由重心规那么：由重心规那么： M1 M1M2M2M MM3M3 或：或：M M M3 M3 (M1(M1M2)M2) 结论：从结论：从M3M3中取出中取出M1M1M2M2愈多，愈多， 那么那么M M点离点离M1M1和和M2M2愈远。愈远。M1

45、M2M3MA BC.CBAE2E1E3E/A/B/C/e3e1e2EABCM/DMFD/三、简单三元系统的立体形状图和平面投影图三、简单三元系统的立体形状图和平面投影图立体图的空间曲面立体图的空间曲面(液相面液相面) 投影为平面上的初晶投影为平面上的初晶区区 、 、 ABCe1E E1E/、e2E E2E/ 、e3E E3E/;平面界限平面界限空间界限空间界限平面点平面点空间点空间点e1 E1e2 E2e3 E3 EE/ (2) 冷却过程温度降低的方向 (3) 等温线： 在空间构造图的液相面上， 高度不同，温度也不同， 而液相面投影到ABC上是 一个没有高低差别的平面， 因此引入 等温线。 相

46、图中普通注明等温线的温度。 结论：结论： 三角形顶点温度最高，三角形顶点温度最高， 离顶点愈远其离顶点愈远其 表示表示 温度愈低。等温线愈密，表示液温度愈低。等温线愈密，表示液 相面越相面越 陡陡 峭。峭。三元系统的等温截面三元系统的等温截面 Lp=1 f=3熔体熔体MM C , (C)L Cp=2 f=2DC , C(B)L A +B+C p=4 f=0E(L消逝消逝)M ，AB+CE F ，B+C+(A)7、析晶路程：、析晶路程：L C+Bp=3 f=1FCBAEDCAB1 1、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L+AL+SL+BA e1 S

47、 e2 B e4e3CABCSE1E2m 在相图上的特点：在相图上的特点： 其组成点位于其初晶区范围内。其组成点位于其初晶区范围内。 要求：要求： (1) 确定温度的变化方向；确定温度的变化方向； (2)各界限的性质；各界限的性质； (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 晶终点和析晶终产物；晶终点和析晶终产物； (5) 在在E1E2界限上界限上m点是温度最点是温度最 高点。高点。 (连线规那么连线规那么)四、三元系统相图的根本类型四、三元系统相图的根本类型相图上的特点：相图上的特点： 化合物组成点化合物组成点不在其

48、初晶区范不在其初晶区范围内。围内。A/Q/S/B/L+AL+SL+BA e1 Q S B e4e3CABCSEmP2 2、生成一个不、生成一个不一致熔融二元化一致熔融二元化合物的三元系统合物的三元系统(1) 几条重要规那么几条重要规那么 A 连线规那么：用来判别界限的温度走向；连线规那么：用来判别界限的温度走向； 定义：将界限定义：将界限(或延伸线或延伸线)与相应的连线相交，与相应的连线相交， 其交点是该界限上的温度最高点；其交点是该界限上的温度最高点； 温度走向是背叛交点。温度走向是背叛交点。CSCSEFmCSmCSCSmCS共熔界限的温度下降方向：共熔界限的温度下降方向：转熔界限的温度下降

49、方向：转熔界限的温度下降方向：注：副三角形指与该无变量点液相平衡的三个晶相组成点衔注：副三角形指与该无变量点液相平衡的三个晶相组成点衔接成的三角形。接成的三角形。 判别无变量点的性质的又一方法：判别无变量点的性质的又一方法： 根据界限的温度下降方向，任何一个无变量点必是根据界限的温度下降方向，任何一个无变量点必是 三个初相区和三条界限的交汇点：三个初相区和三条界限的交汇点： 三条界限的温度下降箭头一定都指向交汇点共熔点；三条界限的温度下降箭头一定都指向交汇点共熔点； 两条界限的温度下降箭头指向交汇点单转熔点两条界限的温度下降箭头指向交汇点单转熔点(双升点双升点)； 两条界限的温度下降箭头背向交

50、汇点双转熔点两条界限的温度下降箭头背向交汇点双转熔点(双降点双降点)。A e1 Q S B e4e3CABCSEmP课堂总结课堂总结一、一、 三元系统组成的表示方法三元系统组成的表示方法BACM N P b c a 二、三元系统组成中的一些关系二、三元系统组成中的一些关系 1、等含量规那么、等含量规那么A BCP Q E D FM3、杠杆规那么、杠杆规那么5 5、交叉位置规那么、交叉位置规那么6 6、共轭位置规那么、共轭位置规那么M1M2M3M.PA BCM1M2M3MPA BC2、定比例规那么、定比例规那么几条重要规那么几条重要规那么A e1 Q S B e4e3CABCSEmP副三角形副三

51、角形(2) 不同组成的结晶路程分析不同组成的结晶路程分析 A、划分副三角形，、划分副三角形， 确定组成点的位置；确定组成点的位置； B、 分析析晶产物和析晶终点；分析析晶产物和析晶终点； C、分析析晶道路，正确书写其结晶路程；、分析析晶道路，正确书写其结晶路程；D、利用规那么检验其正确性。、利用规那么检验其正确性。A e1 Q S B e4e3CABCSEmP.1FDL A +S p=3 f=1 Lp=1 f=3熔体熔体11 S , (S)DS , S(A)L A +S+C p=4 f=0E(L消逝消逝)1 ，AS+CE F ，A+S+(C)L S p=2 f=2A e1 Q S B e4e3

52、CABCSEmPOQ2 .2点在点在B的初晶区，的初晶区，开场析出的晶相为开场析出的晶相为B，组成点在组成点在 BSC内，内，析晶终点为析晶终点为P点，点，析出晶相为析出晶相为B、S、C。L C +B p=3 f=1 Lp=1 f=3熔体熔体22 B , (B)QB , B(C)L+B S+C p=4 f=0P(L消逝消逝)2 ，BS+CP O ，B+(S)+CL B p=2 f=2A e1 Q S B e4e3CABCSEP. 3分析：分析：3点在点在C的初晶区内，的初晶区内，开场析出的晶相为开场析出的晶相为C， 在在ASC内，析晶终内，析晶终点在点在E点，结晶终产物是点，结晶终产物是A、S

53、、C。途中经过。途中经过P点，点，P点点是转熔点，同时也是过渡是转熔点，同时也是过渡点。点。 L+B S+C L C +B p=3 f=1 Lp=1 f=3熔体熔体33 C , (C)mC , C(B)L+B S+C p=4 f=0P(B消逝消逝)F ，S+CP D ，B+(S)+CL C p=2 f=2L S+C p=3 f=1E G ，S+(A)+CL A+S+C p=4 f=0E(L消逝消逝)3 ，A+S+CDFGmA e1 Q S B e4e3CABCSEmP. 4课堂分析L +B C p=3 f=1 Lp=1 f=3熔体熔体55 B , (B)HB , B(S)L S p=2 f=2

54、ES ，S+(C+A)I (B消逝消逝)S ，SL B p=2 f=2L S+C+A p=4 f=0E(L消逝消逝)5 ，A+S+CA e1 Q S B e4e3CABCSEmPHI. 5注：注：5点在点在ES的连线上的连线上A e1 Q S B e4e3CABCSEmP 3、组成点、组成点 在在 ASC内，内，E点是析晶终点，点是析晶终点， 在在 BSC内，内，P点是析晶终点。点是析晶终点。 在连线在连线SC上，上，P点是析晶终点。点是析晶终点。4、 P点点:在多边形在多边形PCSQ范围内，经过范围内，经过P点时发生转熔，点时发生转熔， 晶相晶相B先消逝，先消逝， 液相沿液相沿PE挪动，在挪

55、动，在E点液相消逝；点液相消逝； 在在 SPQ内存在穿晶区；内存在穿晶区； 在在 BSC内，在内，在P点液相先消逝；点液相先消逝； 在连线在连线SC上，上，B和液一样时消逝。和液一样时消逝。1、无变量点性质、无变量点性质 P点：点：L+B S+C E点：点： L AS+C2、界限性质、界限性质PQ是转熔线是转熔线 L+B S 其它为共熔线。其它为共熔线。 特点：三个无变量点，但只能划分两个特点：三个无变量点，但只能划分两个副三角形，即能够的析晶终点是副三角形，即能够的析晶终点是P点或点或E点。点。(1) 点的性质：点的性质： P 单转熔点单转熔点 LA SC ； E 共熔点共熔点 L SCB

56、R 过渡点，双降点过渡点，双降点 LAB S (L起介质作用起介质作用)(2) 用切线规那么判别界限性质。用切线规那么判别界限性质。 PR ： LA S(3) 分析分析1点的析晶路程点的析晶路程 A S e3 BCP E RACSBS+AS+BA+BL+AL+Bae3/b. 13 3、生成一个固相分解的二元化合物的三元系统、生成一个固相分解的二元化合物的三元系统 A S e3 BCP E RACSBL +A S p=3 f=1 Lp=1 f=3熔体熔体11 A , (A)DA , A(S)L S p=2 f=2FS ，S+(C)N (A消逝消逝)S ，SL A p=2 f=2L S+C p=3

57、 f=1E(L消逝消逝)1 ，B+S+CODFN. 1EO ，(B)+S+CL B+S+C p=4 f=0相图特点：相图特点：S的组成点在其初晶区内。系统可划分为三个分系统的组成点在其初晶区内。系统可划分为三个分系统 要求：要求：(1) 由连线规那么确定温降方向；由连线规那么确定温降方向； (2) 由切线规那么判别界限性质；由切线规那么判别界限性质； . S Ae3BCe2e1ABCS (3) 由重心规那么确定无变量点的性质；由重心规那么确定无变量点的性质； (4) 由三角形规那么确定析晶终点及终产物；由三角形规那么确定析晶终点及终产物； (5) 分析析晶路程。分析析晶路程。4 4、 具有一个

58、一致熔融三元化合物的三元系统相具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相 (1) 特点：组成点不在初晶区内；特点：组成点不在初晶区内； (2) 划分三个副三角形；划分三个副三角形； (3) 用重心规那么或温降变化方向判别点的性质，用重心规那么或温降变化方向判别点的性质， 无变量点所处位置有两种能够，交叉位或共轭位，无变量点所处位置有两种能够，交叉位或共轭位， 相应的性质为单转熔点或双转熔点；相应的性质为单转熔点或双转熔点； (4)用切线规那么判别界限性质。有时某一界限具用切线规那么判别界限性质。有时某一界限具 有两种性质，有两种性质， 即共熔线和转熔线。即共熔线和转熔线。E1：低共熔点：低共熔点

59、LASCE2： 低共熔点低共熔点 LBSCP： 单转熔点单转熔点 LA BS线线PE1 ： 转熔线转熔线 LA S. SE1E2PBCASe1e2e3ABC5 5、 具有不一致熔融三元化合物的三元系统相图具有不一致熔融三元化合物的三元系统相图E： 低共熔点低共熔点 L ASCF： 低共熔点低共熔点 L BSCP： 双转熔点双转熔点 LAB S线线PE： 转熔线转熔线 LAS线线FP：兼有两种性质，：兼有两种性质，N点是转机点点是转机点 PN： 转熔线转熔线 LBS NF： 共熔线共熔线 L BS6 6、 具有多晶转变的三元系统相图具有多晶转变的三元系统相图7 7、 构成一个二元延续固溶体的三元

60、系统相图构成一个二元延续固溶体的三元系统相图8 8、 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ABC. . SBSCAEFPN1.五、五、 三元系统相图举例三元系统相图举例图10-28 CaO-Al2O3-SiO2系统相图 1、 CaOAl2O3SiO2系统系统 判读相图的步骤：判读相图的步骤： (1) 判别有多少化合物生成，判别化合物的性质。判别有多少化合物生成，判别化合物的性质。 (2) 用连线规那么判别界限温度变化方向；用连线规那么判别界限温度变化方向； (3) 用切线规那么判别界限性质；用切线规那么判别界限性质； (4) 根据无变量点划分相应的副三角形。根据无变量点划分相应