4-4-二组元材料热力学课件

1、1材料热力学与动力学北京航空航天大学材料科学与工程学院1材料热力学与动力学北京航空航天大学2理想溶体模型规则溶体模型溶体的性质亚规则溶体模型化学势与活度两相平衡(含固-液平衡)溶解度曲线与固-固平衡2理想溶体模型化学势根据Gm-X曲线可求出对应一定成分的两个组元的化学势。既然此二式描述了自由能和化学势的关系，一定会体现在Gm-X图上。规则溶体模型化学势的具体表达式因溶体模型而异：理想溶体化学势中没有与IAB有关的过剩项；规则和亚规则溶体中有与IAB有关的过剩项。小 结化学势根据Gm-X曲线可求出对应一定成分的两个组元的化学势。4* 固溶体中原子定向迁移的驱动力是化学势梯度，而不是浓度梯度。但是

2、化学势的梯度经常和浓度梯度方向一致，因此表现出原子沿着浓度梯度的方向迁移。化学势梯度与浓度梯度的方向是否一致, 取决于自由能曲线的形状。Gm-X无拐点: 一致Gm-X有拐点: 在某一浓度范围内可以与浓度梯度相反,将发生上坡扩散。扩散方向判定溶体性质IAB4* 固溶体中原子定向迁移的驱动力是化学势梯度，而不是浓度梯5化学势表述存在缺点: (1) 无法求得绝对值(2) 在 i 组元的成分Xi0时，i-活 度活度既能克服化学势的缺点,又能保存化学势基本特征此定义与溶体模型无关对于二元系规则溶体fi : 活度系数活度系数的产生原因：相互作用能 IAB0如果 IAB = 0 (理想溶体), fi = 1

3、, ai = Xi如果 IAB 0, 则: fi 1, ai 0, 则: fi 1, ai Xi5化学势表述存在缺点: (1) 无法求得绝对值(2) 在 iHenrys Law(稀溶体的溶质定律）：在温度一定时，稀溶体中溶质的活度系数为常数.以B为溶质的稀溶体以B为溶剂的稀溶体Raoults Law(稀溶体的溶剂定律):当溶质的浓度极低时,稀溶体中溶剂的活度系数接近于1，即:Henrys Law(稀溶体的溶质定律）：在温度一定时，稀处于热力学平衡中的两相，遵守： 热平衡(两相温度相同) 力平衡 (压力相同) 化学平衡 (传质相同)两相平衡的基本判据: 体系的Gibbs自由能为极小值A-B二元系

4、，在P,T一定时,在和两相平衡共存的状态下，根据平衡态判据应该有：两 相 平 衡二组元材料的热力学理论是材料热力学最基本的内容。二元系相平衡(Phase equilibrium)是分析多组元体系材料中相平衡的基础。以此为基础，掌握运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。处于热力学平衡中的两相，遵守：两相平衡的基本判据: 体系的G两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学势相等.等温等压和nB不变条件下，nA的微小变化引起自由能的变化组元A在和相中摩尔数之和为常数同理等温等压下两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学势相等.等温等压9两相平衡的化学势相等条件 - 公切线法则切点

5、成分满足同一组元在两相中化学位相等 - 两相平衡的条件对两相的自由能曲线作公切线，可求出：平衡相的成分点两相平衡的成分范围某一温度 T化学势反映了某一组元从某一相中逸出的能力。某一组元在某一相中化学势越高，它从这一相迁移到另一相中的倾向越大。化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。9两相平衡的化学势相等条件 - 公切线法则切点成分满足同一组10 切点成分：给定温度下的两平衡相成分。 成分位于公切点之间的合金，处于多相平衡，因为此时自由能的值最低。公切线法则(Common tangent law): 成分位于公切点之外，自由能？单相的液体或者固体的自由能？（体积分数）10 切点成分

6、：给定温度下的两平衡相成分。公切线法则(Com11公切线确定偏聚固溶体的分解吉布斯自由能成分公切线确定两相平衡GxEBxFBxBEFxBxBxoGabPQ11公切线确定偏聚固溶体的分解吉布斯自由能成分GxEBxF12-L及-L的两相平衡二元合金系中的3相平衡+LL+LLABXBX1X3X4X2AB12-L及-L的两相平衡二元合金系中的3相平衡+L13固溶体与中间相的平衡二中间相的两相平衡GABXBABXB13固溶体与中间相的平衡二中间相的两相平衡GABXB14固-液两相平衡A-B二元系固-液两相(-L)平衡的条件为A、B组元在固、液相中的化学势相等计算给定温度下固液两相平衡成分当固、液两相均用

7、规则溶体模型描述时14固-液两相平衡A-B二元系固-液两相(-L)平衡的条件15纯组元液态摩尔自由能可用固态的摩尔自由能和熔化焓表示同上，当温度处于熔点TB附近时:当温度处于熔点TA附近时，可以认为:15纯组元液态摩尔自由能可用固态的摩尔自由能和熔化焓表示同上16固-液平衡时当热力学参数 已知时，求解上面的联立方程组可以求得各个温度下的相平衡成分 16固-液平衡时当热力学参数 17【例】：A-B二元系的液相及固相均为理想溶体， A和 B两 组元的熔点为TA1000K，TB=700K，试求该二元系的液相线和固相线。解：将题中的各参数代入下式对于理想溶体17【例】：A-B二元系的液相及固相均为理想

8、溶体， A和 B18液固相线之间的距离取决于熔化熵，熔化熵越大，液固相线间的距离就越大。将已知条件代入18液固相线之间的距离取决于熔化熵，熔化熵越大，液固相线间的例： 试利用规则溶体模型和Richard经验定律，分析液固两相相互作用能之差对液固相线极值的影响。 解：假设IABL=0, 按规则溶体模型：液固两相平衡时：Richard经验定律：TA、TB ：纯金属A、B的熔点固溶体相规则溶体液体相理想溶体 (IAB=0)纯金属组元例： 试利用规则溶体模型和Richard经验定律，分析液固两20在液固相线的极大或极小值处，液固两相的成分相等，即在温度Tm处20在液固相线的极大或极小值处，液固21相互

9、作用能对液固相线影响的基本公式：21相互作用能对液固相线影响的基本公式：4-4-二组元材料热力学课件23【例】现代信息产业中使用的半导体测量如Ge、Si等都是纯度非常高的材料。有时纯度甚至高达8N。试分析如何利用固液相平衡原理来提纯材料。解：普通的冶金方法无法获得如此高的纯度，利用液固两相平衡成分的差异可实现-区域熔炼。将微量的杂质B与元素A构成以B为溶质的二元合金系统。可能出现两种情况固溶体中B含量小于液相固溶体中B含量大于液相(Pfann-贝尔实验室-Si、Ge 提纯)23【例】现代信息产业中使用的半导体测量如Ge、Si等都是纯24合金的初始成分为a的合金在温度T1 熔化后，液体平衡成分为

10、结晶出的固溶体成分为, 固溶体杂质含量低于液体相合金成分为p的合金在温度T2 熔化后，液体平衡成分.合金成分为r 的合金在温度T3 熔化后，液体平衡成分. 重凝区的杂质含量低于熔化区24合金的初始成分为a的合金在温度T1 熔化后，液体平衡成分25 合金的初始成分为a 的液体凝固后，固体平衡成分为n液体相中的杂质含量低于固溶体杂质含量重凝区域的杂质含量高于熔化区域25 合金的初始成分为a 26【例】 近年来，Mg合金以其轻质的优势在航空、航天、汽车等工业领域备受关注。其中Mg-Al合金系是最重要的基础系统，Mg17Al12 (相)是最重要的第二相。试通过Mg-Al合金相图中液固相线的分析，了解相

11、中Mg和Al原子间的相互作用特点。26【例】 近年来，Mg合金以其轻质的优势在航空、航天、汽车27根据Mg-Al相图可以看出，Mgl7Al12相的液固相线有极大值。这说明相对于假定为理想溶体的液相， Mg17Al12相中Mg和Al之间的相互作用能IAB是负值。相互作用能对液固相线影响的基本公式以相外推27根据Mg-Al相图可以看出，Mgl7Al12相的液固相线28上列计算假设了IMgAlL=0，了解Mg17Al12相中 Mg和Al之间的实际相互作用能还需要估算IMgAlL的数值。固液+L两相平衡时：A-Al, B-Mg28上列计算假设了IMgAlL=0，了解Mg17Al12相中29因此，Mg1

12、7Al12相中Mg和Al之间的实际相互作用能的数值应该为:Mg17Al12相中 Mg和Al之间有很强的吸引作用查化学物理手册29因此，Mg17Al12相中Mg和Al之间的实际相互作用能11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历

13、五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。

14、关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，

15、标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：

16、“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明

17、变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四

18、季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”

19、，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶

20、下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其

21、乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之意不在酒，在乎山水之间也”前后呼应，并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索，曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六：赏析文本，感受文本艺术特色1在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。2反复朗读，请同学说说本文读来有哪些特点，为什么会有这些特点。(1)句法上大量运用骈偶句，并夹有散句，既整齐又富有变化，使文章越发显得音调铿锵，形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香，佳木秀而繁阴”“朝而往，暮而归，四时之景不同，而乐亦无穷也”。(2)文章多用判断句，层次极其分明，抒情淋漓尽致，“也”“而”的反复运用，形成回