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文档简介
11Chapter2StructureandpropertyofmaterialsChapter4
ChemicalThermodynamicsofMaterials材料化学热力学24.2
EllinghamDiagramsanditsapplication(埃灵罕姆图的应用)4.2.1EllinghamDiagramsΔG0-TlineLinearrelationshipB=-ΔS03stableunstable4Slope(斜率)ofG0-Tline:※Ifthenumberofgasdecreaseduringtheoxidationprocess,S0<0,(-S0)>0,slopispositive.(金属氧化物形成过程中,反应中有气体,而生成物为固体,反应结果是熵减少,斜率为正。即在高温下)Metal(s)+O2(g)-----Metaloxide(s)※Ifthenumberofgasincreaseduringtheoxidationprocess,S0>0,(-S0)<0,slopisnegative※Ifthenumberofgasunchangeduringtheoxidationprocess,S0=0,(-S0)=0,slopiszero,thatistosay,
G0isunrelatedtotemperature.5
wecanstudythethermodynamicsandoxidativepropertiesofvariousmaterialsinalargetemperaturerangeaccordingtoEllinghamdiagrams,andthenprovideprovidenceanddataforthedevelopmentofnewmaterials.4.2ApplicationofEllinghamDiagrams(埃灵罕姆图的应用)61)EquilibriumandControlofoxideformation
(氧化物生成平衡及控制)
Underacertaintemperature,wecancontrolthedirectionoftheinteraction(相互作用)bymodifytheO2pressure.
72)Comparisonofstabilityofoxide
(氧化物稳定性比较)MetaloxidewithG0-Tlineinthebeloworthe-G0hasbigger
negativevalue,theoxideismorestable.曲线越在下方,G0
负值越大,越稳定Atagiventemperature,correspondingelementinthebelowlinemaymaketheelementreductionoftheaboveline.
在给定的温度,在相应元素线下面的可使上面的元素还原。MetaloxidelieabovetheH2OgeneratinglinewillbereducedbyH.
金属氧化物在水生成线上的可被H还原ThedistancebetweentwolinesofoxidativeandreductivereactionsstandfortheG0。8i.e.ComparisonofTiO2andMnOTiO2generatinglineliesbelowtheMnOgeneratingline,sotheTiO2ismorestable.
1000℃,thedistancebetweentwolines:
G0<0,MnOwillbereducedbyTiatthestandardcondition.93)Reverseofreducingcapacity
还原能力的相互反转Whenthetwogeneratinglinesconvergeatcertaintemperature(当两根氧化物生成线在特定温度相交时),therelativereducingcapacityoftwoelementsmayreverse.SlopofCOgeneratinglineisnegative,soCOismorestablewiththeincreaseoftemperature.
Alltheoxidecouldbereducedaslongasthetemperatureishighenough.Bywhat?104.3PhasebalanceandphasediagramKeyterms:
Phasebalance,phasediagram,component,unitarysystem,binarysystem,ternarysystem,isomorphous,leverrule,eutecticphasediagram,peritecticphasediagram,monotectic11
f——isthenumberofdegreesoffreedom,whichmeansthenumberofpropertiessuchastemperatureorpressure,whichareindependentofothervariables.(自由度数)
c
——
isthenumberofcomponent(独立组元数)
p——
isthenumberofphasesinthermodynamicequilibriumwitheachother(平衡相的数目)
2
——
temperatureandpressure;ifitisasolidsystem,itshouldbe1.GibbsPhaseRule
wasproposedbyJosiahWillardGibbsinthe1870sastheequality
f=c-p+2
Binaryphasediagrams
二元相图c=2Condensedstatussystem:f=c-p+1=3-pMaximumnumberofdegreesoffreedom:f=3-1=2Componentandtemperature2Dplane
?132curves(liquidlineandsolidusline)2single-phaseregions1two-phaseregion1)Binaryisomorphousdiagramandleverrule
二元匀晶相图与杠杆规则P103ABTATBLαL+αwB/%※Twocomponentshaveanalogouschemicalpropertiesandsamecrystalstructure.※Theydissolveeachotheratbothliquidandsolidusstate.※Theyforminfinite(successive)solidsolution.14LeverruleTACuNiC0CLCαTBT1LαL+αacb0100.wNi/%15Deduceofleverrule16PhaseanalysisBinaryisomorphousdiagram液相线固相线液相区L固相区α两相共存区ABTATBL+αwB,%2curves(liquidlineandsolidusline)c=2,p=2,f=12single-phaseregionsc=2,p=1,f=21two-phaseregionc=2,p=2,f=1f=c-p+117m1818Atextremumpoint,itisnotaccordwithphaserule.Cshouldbeconsideredasaspecificcomponent.thephasediagramshouldbeconsideredasacombinationoftwobinaryisomorphousdiagram(ACandCB).Binaryisomorphousdiagramwithextremum极值MaximumpointMinimumpoint192)Eutecticphasediagram二元共晶相P105
20SoliduslinewB21Twosolidusphasewereprecipitatedsimultaneouslyfromaliquidphase.Accordingtophaserule,whenthreephaseinaequilibriumstate,f=c-p+1=2-3+1=0,sointhiscase,thecomponentandtemperaturearecertain,itappearaplateau(平台).CEDthree-phaselineCharacteristicsofeutecticreaction(共晶反应)22eutecticpoint共晶点,thelocationisdefinedbyeutecticcomponentandtemperature(E).eutectictemperature共晶温度eutecticcomposition共晶成分Eutecticreactionline2324Pb-SnAlloy1ABEFP113/8.吉布斯相律通常为f=c-p+2,为什么在固体材料的研究中,相律一般可表达成f=c-p+1?Gibbs
phase
rule
is
usually
expressed
as
f
=
c-p+2,
why
in
the
study
of
solid
materials,
the
phase
rule
be
expressed
as
f
=
c-p+1?
答:在固体材料的研究中,压力对固相反应的影响很小,通常可以忽略,所以非成分的变量只有温度这一项,所以相律一般可表达成f=c-p+1。In
the
study
of
solid
materials,
pressure
has
little
effect
on
the
solid
phase
reaction,
usually
it
can
be
ignored,
so
temperature
is
the
only
non-composition
variable,
so
the
phase
rule
generally
be
expressed
as
f
=
c-p+1.重点题目P113/9.一合金之成分为90Pb-10Sn。(a)请问此合金在100℃、200℃、300℃时含有哪几种相?(b)在哪个温度范围内将只有一相存在?Compositionofanalloyis90Pb-10Sn.(a)Whichphasesiscontainedat100℃,200℃,300℃?(b)Inwhichtemperaturerangewillbeonlyonephaseexists?(a)Compositionofalloyis90Pb-10Snalloywhichcorrespondingtotheredverticalline,itintersectwiththetemperaturelevellineata,bandcpoints.So,therearetwophasesat100℃,αandβ;thereisonlyonephaseat200℃,α;pointcliesontheliquidusline,sotherearetwophasesat300℃,Landα.(b)Drawaperpendicularlineacrosstheingredientlineof90Pb-10Snalloy,wecangetthreepoints,d,eandf,thendrawhorizontallinestogetthecorrespondingtemperature.Sowhenthetemperatureishigherthan300℃,liquidphaseLexists.Whenthetemperatureisbetween148~268℃,thereisonlyαphase.答:(a)成分为90Pb-10Sn的合金对应的为红色的垂直线,分别在100℃、200℃、300℃作水平线得到交点a,b,c,所以
100℃时,交点a位于α+β相区,所以有α和β两相。
200℃时,交点b位于α单相区,所有只有α一相。
300℃时,交点c位于液相线上,此为两相共存线,所以有液相L和α两相。(b)过成分为90Pb-10Sn的线作垂直线,可得到交点d和e,然后作水平线得到相应的温度。所以在温度大于300℃时,只有液相L存在。在温度为148~268℃时,只有α相存在。
P113/10.固溶体合金的相图如下图所示,试根据相图确定:Phasediagramofsolidsolutionalloyisshowninthefigure,pleasedeterminethefollowingquestionsaccordingtoit.成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分是什么?若首先凝固出来的固体成分含60%B,合金的成分是什么?成分为70%B的合金最后凝固的液体成分是什么?合金成为为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固体含有80%B,此时液体和固体各占多少分数?a)Whatisthecompositionofthesolidfirstfrozenfromalloycontain40%B?b)Ifthesolidfirstfrozencontaining60%B,pleasedeterminecompositionofthealloy.c)Whatisthecompositionoftheliquidfinalsolidifiedfromalloycontaining70%B?d)Analloycontaining50%B,whenitarriveatsometemperature,theliquidphasecontaining40%B,andthesolidphasecontaining80%B,pleasedeterminethefractionoftheliquidandsolid.Thecompositionofthesolidfirstfrozenfromalloycontain40%Bcorrespondtothepointa’,whichcontaining80%Band20%A.b)Ifthesolidfirstfrozencontaining60%B,wecangetpoin
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