上海交大-材料科学基础-第五章

第五章单组元相图一、基本概念组元：组成材料最基本、独立的物质。可以是单

一元素也可以是稳定的化合物。2.系统（体系）：选择的研究对象称为系统；系统

以外的一切物质都称为环境。凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统如：合金、硅酸盐系统第一节相与相平衡例：（1）一般系统水、空气、酒精溶液、水与油、水与冰（2）凝聚系统机械混合物、化合物、固溶体、同质多晶3.单元系：由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，该系统称为单元系。4.二元系和多元系：由二组元及多组元组成的系统。一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相。空气、NaCl水溶液一种物质可以有几个相。水（冰、液、汽）；碳（石墨、金刚石）固体机械混合物中有几种物质就有几种相。铁粉+碳粉一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。水中的冰块5.相：体系中具有相同的物理与化学性质的，且与其他部分以界面分开的均匀部分。6.相变：从一种相转变为另一种相的过程。若转变前后均为固相，则成为固态相变。从液相转变为固相的过程称为凝固。若凝固后的产物为晶体称为结晶。二、相平衡机械平衡：合力为零；热平衡：温差为零；化学平衡：各相化学势相等相平衡就是指各相的化学热力学平衡（简称热力学平衡或平衡）热力学平衡1.平衡2.相平衡条件系统中每一组元在所有各相中的化学势相等。例：1）NaCl水溶液；2）CaCO3（S）、CaO（S）、CO2（g）三种物质形成的系统3.组元：组成系统的物质独立组元：形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的化学纯物质；其数目称为独立组元数，用C表示。C=组元数-独立化学反应数目-限制条件C＝1，单元系统；C＝2，二元系统；C＝3，三元系统4.相数：一个系统中所含相的数目，用P表示。P＝1，单相系统；P＝2，二相系统；P＝3，三相系统气体物质一般只能是一个相：相平衡条件下，不同气体可以任何比例均匀混合在一起；固体有几种物质就有几个相，但固溶体时为一个相；液体视其混溶程度而定5.自由度

在相平衡系统中，可以独立改变的变量（如温度、压力或组分浓度等）称为自由度。这些变量的数目叫自由度数，用f表示。f＝0，无变量系统；f＝1，单变量系统；f＝2，双变量系统蒸发曲线升华曲线溶解曲线6.外界影响因素影响系统平衡状态的外界因素包括：温度、压力、电场、磁场、重力场等。外界影响因素的数目称为影响因素数，用n表示。

一般系统：n＝2（T、P）

凝聚系统：n=1（T）吉布斯相律：f＝C－P＋n7.相律描述系统的组元数、相数和自由度间关系的法则

一般系统相律：f＝C－P＋2

凝聚系统相律：f＝C－P＋1根据相律，可以判断在一定条件下系统最多可能平衡共存的相数目f＝C－P＋nC一定，f越小，P越大，f最小为0P＝C＋2n=2P＝C＋1n=1压力一定C=1P=？C=2P=？C=3P=？根据相律，可以判断系统中可以独立改变的自由度数二元凝固系统单相f=C-P+1=2-1+1=2温度和成分可变

两相f=C-P+1=2-2+1=1温度和成分可变一个

三相f=C-P+1=2-3+1=0温度和成分都固定不变8.相图

描述在平衡条件下，体系的相平衡状态与成分和温度、压力等外部条件之间关系的图解。又称状态图或平衡图。单元系相图、二元系相图、三元系相图。

三、相图的应用及重要性1）合金工业2）硅酸盐工业3）新材料的开发从相图可以了解该体系在各种温度和压力下所存在的相态、相成分和各个相的含量以及当温度和压力变化时，将发生什么类型的相转变，在什么条件下转变等第二节单元系相图一、单元系统相图的表示和实验测定方法单相系相律

f=C-P+2=1-P+2=3-P单相状态p=1f=2两相状态p=2f=1三相状态p=3f=0二、相图分析相区:相界线：三相点：水的相图蒸发曲线溶解曲线升华曲线熔点沸点一个大气压f=C-P+1=1-P+1=2-P三、具有晶型变化的单元系统相图1、纯铁的相图同素异构转变（多晶型转变）：

许