沈阳化工大学无机材料科学基础6-4-专业相图

单元系统专业相图二元系统专业相图三元系统专业相图第五节专业相图SiO2系统相图ZrO2系统相图C2S系统相图CaO－SiO2系统相图Al2O3－SiO2系统MgO－SiO2系统Na2O－SiO2系统CaO－Al2O3－SiO2系统

K2O－Al2O3－SiO2系统

MgO－Al2O3－SiO2系统

Na2O－CaO－SiO2系统（一）SiO2系统相图1、SiO2的多晶转变一级变体间的转变：重建型转变二级变体间的转变：位移型转变573℃160℃117℃268℃一、单元系统专业相图及应用物质在发生多晶转变时，由于其内部结构发生了变化，所以必然伴随着体积的变化，即多晶转变时存在体积效应。

多晶转变体积效应：2、SiO2相平衡图6-17β－方石英、β磷石英和γ－磷石英虽然都是低温下的热力学不稳定态，但由于它们转变为热力学稳定态的速度极慢，实际上可以长期保持自己的形态。在硅酸盐制品中，SiO2常以介稳态晶相出现3、SiO2系统相图实际应用SiO2的实际多晶转变过程并不完全遵循SiO2相图中的变化。（1）硅质耐火材料的生产和使用图6-17我们希望：硅砖中α－磷石英越多越好；而不希望有方石英出现。加入矿化剂：

Fe2O3、CaO矿化剂的作用：矿化剂在1000℃左右产生一定量的液相（约5～7％），（1）α－石英与α－方石英在液相中溶解度大，而α－磷石英溶解度小，使其不断从液相中析出；（2）一定量液相的生成，可以缓解由于α－石英向偏方石英转变时体积膨胀在坯体内产生的应力。1）根据降温和升温时的体积变化，选定以磷石英为主晶相，烧成温度在870～1470℃之间选择一恰当温度，一般取中间偏高，并应有较长的保温期和加矿化剂以保证充分磷石英化；

2）烧成之后降温可以加快，使其按α-磷→β-磷→γ-磷变化；

3）在使用时，烤窑过程中应在120℃、163℃、230℃、573℃均有所注意，要缓慢进行；

4）该种材料在870～1470℃温度范围内使用较为适宜。根据SiO2相图，在硅质耐火材料的制备和使用时应遵循以下几条原则：（2）对压电材料制备的指导作用图6-17（二）ZrO2系统相图相图分析：相图应用:（1）ZrO2制品在烧成过程中开裂生产上：加入稳定剂，6～8％CaO和15％Y2O3。（2）增韧陶瓷利用四-ZrO2方向单斜-ZrO2转变时体积膨胀PSZ（部分稳定二氧化锆材料）（三）C2S系统相图当发生β－C2S向γ－C2S转变时，伴随9％的体积膨胀，造成水泥熟料粉化；且γ－C2S不具有胶凝性质，因此会使水泥质量下降。多晶转变：生产上的措施：（1）急冷，使C2S以过冷β－C2S介稳态存在；（2）加入稳定剂：P2O5、Cr2O3、VO、BaO、MnO2复杂相图研究方法：（1）系统中生成化合物的个数；（2）生成化合物的性质：一致熔融、不一致熔融；（3）根据一致熔融化合物，将系统划分为若干简单的分二元系统；（4）分别讨论各分二元系统：液相线、相区、无变点性质二、二元元系统专业相图（一）Al2O3－SiO2系统生成一个一致熔融型化合物A3S2（莫来石）Al2O3－SiO2系统相图应用：——硅铝质耐火材料（1）硅铝质耐火材料分类及相应矿物组成材料Al2O3wt％主要矿物相硅质<1磷石英、方石英、玻璃相半硅质15～30方石英、磷石英、少量莫来石及玻璃相粘土质30～48莫来石、方石英、磷石英高铝质48～90莫来石、少量硅氧晶体及玻璃相莫来石质70～72莫来石、玻璃相刚玉质>90刚玉、玻璃相（2）Al2O3含量对硅质耐火材料性能的影响在硅砖生产和使用过程中，要严防Al2O3的混入，否则，硅砖耐火度会下降。随Al2O3含量的增加，引起材料耐火性能的变化如：硅砖（3）由组成估计其液相量

如在1600℃、Al2O3＝5.5～72％范围内，用杠杆规则确定的组成于液相量的对于关系如下：Al2O3％1020304672液相％968064400（痕量）（4）由液相线的倾斜度判断液相量随温度变化情况（二）CaO－SiO2系统相图（1）CaO－SiO2系统中生成的化合物有：CS、C3S2、C2S、C3S（2）生成化合物的性质：

一致熔融化合物：CS、C2S

不一致熔融化合物：C3S2、C3S（3）划分分二元系统：

SiO2

－CS分二元系统；

CS－C2S分二元系统；

C2S

－CaO分二元系统。（4）分别讨论各分二元系统：1、SiO2

－CS分二元系统低共熔点：C点、TC＝1436℃，组成为37％CaO液相分层：富SiO2液相区多晶转变：为什么在硅砖生产中可以采取CaO作矿化剂，而不严重影响其耐火度？2、CS－C2S分二元系统有一个不一致熔融化合物C3S2低共熔点E：1460℃转熔点F：1464℃晶型转变：1125℃3、C2S－CaO分二元系统低共熔点H：2050℃晶型转变：C2S的α、α`、β、γ晶型转变不一致熔融化合物C3S：1250℃2150℃CaO－SiO2系统中的无变量点（三）MgO－SiO2系统（1）MgO－SiO2系统中生成的化合物有：M2S、MS（2）生成化合物的性质：

一致熔融化合物：M2S

不一致熔融化合物：MS（3）划分分二元系统：

MgO－M2S分二元系统；

M2S

－SiO2

分二元系统。（4）分别讨论各分二元系统：液相线、相区、无变点性质1、相图介绍※应用：原顽火辉石是滑石瓷中的主要晶相冷却：加热：2、MgO－SiO2系统相图应用（1）MS晶型转变×（2）镁质耐火材料MgO含量应高于M2S中MgO含量，否则耐火度会下降在炼钢等工业窑炉上，禁止镁砖与硅砖砌在一起（四）Na2O－SiO2系统（1）Na2O－SiO2系统中生成的化合物有：N2S、NS、NS2、N3S8（2）生成化合物的性质：

一致熔融化合物：NS、NS2

不一致熔融化合物：N2S、N3S8

（3）划分分二元系统：

Na2O－NS分二元系统

NS－NS2分二元系统

NS2－SiO2分二元系统（4）分别讨论各分二元系统：

液相线、相区、无变点性质（一）CaO－Al2O3－SiO2系统三、三元系统专业相图CaO－Al2O3－SiO2系统相图1）判断化合物的性质：共有十个二元化合物、二个三元化合物

一致熔融二元化合物：

CS、C2S、C12A7、A3S2

不一致熔融二元化合物：

C3S2、C3S、C3A、CA、CA2、CA6

一致熔融三元化合物：CAS2、C2AS2）界线上温度及性质：——连线规则和切线规则3）判断无变点性质：15个无变量点4）副三角形：有多少无变点就对应多少副三角形5）观察相图中是否存在晶型转变、液相分层或固溶体等1、相图介绍2、高钙区CaO－C2S－C12A7（1）硅酸盐水泥配料范围的选择水泥的配料组成（化学组成wt％）：原料石灰石粘土Fe粉成份CaOAl2O3SiO2Fe2O3

wt％60～675～720～244～63、CaO－Al2O3－SiO2系统相图应用水泥的矿物组成（wt％）：C3S：40～60％C2S：15～30％C3A：6～12％C4AF：10～16％CaO——水化慢，放热大C12O7——胶凝性质差有用矿物无用矿物根据△规则，配料点落在何副△内，最后析晶产物便为这个副△顶点所表示的晶相。可知，配料点在△C3S－C2S－C3A浓度三角形内。平衡冷却：急冷：介于两者之间：——独立析晶（2）烧成（3）冷却不同的冷却制度，水泥熟料的相组成和含量不同非平衡加热过程（二）Na2O－CaO－SiO2系统1、相图介绍2、相图应用——钠钙硅酸盐玻璃（1）确定玻璃的配料组成范围（2）分析玻璃生产中产生失透现象的原因a）考虑析晶性能——选择析晶能力小的熔体b）综合考虑玻璃的其它工艺性能和使用性能析晶能力：低共熔点处<界线上<初晶区内低共熔点6处组成的玻璃析晶能力最小，但其中的Na2O含量高（22％），其化学稳定性和强度不能满足使用要求。（三）K2O－Al2O3－SiO2系统1、相图介绍2、相图应用——长石质陶瓷配料组成：粘土、长石、石英矿物组成：莫来石、石英、长石配料三角形：△QWD产物三角形：△QWm

配料三角形与产物三角形1）产品中的莫来石量取决于配料中的粘土量（等含量规则）；2）烧成温度范围宽——日用瓷的实际烧成温度在1250～1450℃；3）估计烧成时的液相量的多少和烧成后获得的制品中的相组成。

配料1－5：莫来石、石英、玻璃相配料6：莫来石、玻璃相配料7－8：莫来石、长石、玻璃相

应用：（四）MgO－Al2O3－SiO2系统1、相图介绍本系统中，各组分氧化物及多数二元化合物熔点都很高，但三元无变点T降低，∴不同二元系列的耐火材料不应混合使用，否则，会降低液相出现温度及耐火度2、相图应用1）滑石瓷：主晶相MS2）堇青石瓷：M2A2S53）低损耗滑石瓷4）镁橄榄石瓷：M2S滑石——偏滑石粘土