无机材料科学基础第6章相图热力学基本原理及相平衡PPT课件下载推荐.ppt
- 文档编号:14648357
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:PPT
- 页数:124
- 大小:3.58MB
无机材料科学基础第6章相图热力学基本原理及相平衡PPT课件下载推荐.ppt
《无机材料科学基础第6章相图热力学基本原理及相平衡PPT课件下载推荐.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无机材料科学基础第6章相图热力学基本原理及相平衡PPT课件下载推荐.ppt(124页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
有几种物质就有几个相,但如果是固溶体时为一个相。
因为在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,因而几个组分形成的固溶体是一个相。
液体:
视其混溶程度而定。
p相数,p=1单相系统,p=2双相系统,p=3三相系统,1、相:
指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。
注:
均匀微观尺度上的均匀,而非一般意义上的均匀。
2、组分、独立组分(组元)组分:
组成系统的物质。
独立组分:
足以表示形成平衡系统中各相所需要的最少数目的组分:
c=组分数独立化学反应数目限制条件例如:
c=310=2系统中化学物质和组分的关系:
当物质之间没有化学反应时,化学物质数目组分数;
当物质之间发生化学反应时,组分数=化学物质数-在稳定条件下的化学反应数。
在硅酸盐系统中经常采用氧化物作为系统的组分。
SiO2一元系统Al2O3SiO2二元系统CaOAl2O3SiO2三元系统注意区分:
2CaO.SiO2(C2S);
CaOSiO2;
K2O.Al2O3.4SiO2SiO2,3、自由度(f)定义:
温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中,可以在一定范围内改变而不会引起旧相消失新相产生的独立变量的数目具体看一个二元系统的自由度。
相律应用必须注意以下四点:
1.相律是根据热力学平衡条件推导而得,因而只能处理真实的热力学平衡体系。
2.相律表达式中的“2”是代表外界条件温度和压强。
如果电场、磁场或重力场对平衡状态有影响,则相律中的“2”应为“3”、“4”、“5”。
如果研究的体系为固态物质,可以忽略压强的影响,相律中的“2”应为“1”。
3.必须正确判断独立组分数、独立化学反应式、相数以及限制条件数,才能正确应用相律。
4.自由度只取“0”以上的正值。
如果出现负值,则说明体系可能处于非平衡态。
单元系统中,只有一种组分,不存在浓度问题。
影响因素只有温度和压力。
因为c=1,根据相律f=cp+2=3p,一、水的相图,二、一元相图的型式,三、可逆和不可逆的多晶转变,四、SiO2系统的相图,五、ZrO2系统,第二节单元系统,蒸发,溶解,升华,一、水的相图,f-2,f=1,单变量系统,f=0,无变量系统,状态点:
代表一种热力学平衡态,介稳态,四、SiO2系统的相图SiO2在自然界储量很大,以多种矿物的形态出现。
如水晶、玛瑙、砂岩、蛋白石、玉髓、燧石等。
在常压和有矿化剂存在的条件下,固态有7种晶型,其转变温度如下:
石英,重建型转变(慢),鳞石英,方石英,熔融石英,熔体(1600),石英,鳞石英,鳞石英,方石英,石英玻璃,SiO2相图,1、平衡加热:
以使材料任意两个微区的温差区域无限小的速度加热。
2、鳞石英在加热较快时,过热到1670时熔融。
当缓慢冷却时,在870仍可逆地转变为石英;
当迅速冷却时,沿虚线过冷,在163转变为介稳态的鳞石英,在117转变为介稳态的鳞石英。
加热时鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为鳞石英和鳞石英。
3、鳞石英缓慢加热,在1470时转变为方石英,继续加热到1713熔融。
当缓慢冷却时,在1470时可逆地转变为鳞石英;
当迅速冷却时,沿虚线过冷,在180270转变为介稳状态的方石英;
当加热方石英仍在180270迅速转变为稳定状态的方石英。
4、熔融状态的SiO2由于粘度很大,冷却时往往成为过冷的液相石英玻璃。
虽然它是介稳态,由于粘度很大在常温下可以长期不变。
如果在1000以上持久加热,也会产生析晶。
熔融状态的SiO2,只有极其缓慢的冷却,才会在1713可逆地转变为方石英。
综述:
1、在SiO2的多晶转变中,同级转变:
石英鳞石英方石英转变很慢,要加快转变,必须加入矿化剂。
同类转变:
、和型晶体,转变速度非常快。
2、不同的晶型有不同的比重,石英的最大。
3、SiO2的多晶转变的体积效应(见表61)结论:
同级转变V大,石英鳞石英的VMAX16同类转变V小,鳞石英V最小,为0.2;
方石英V最大,为2.8。
同类转变速度快,因而同类转变的危害大。
4、对SiO2的相图进行分析发现:
SiO2的所有处于介稳状态的熔体的饱和蒸汽压都比相同温度范围内处于热力学稳定态的熔体的饱和蒸汽压高。
理论和实践证明,在给定的温度范围,具有最小蒸汽压的相一定是最稳定的相,而两个相如果处于平衡状态其蒸汽压必定相等。
以耐火材料硅砖的生产和使用为例。
原料:
天然石英(-石英)生产方式:
高温煅烧晶型转变:
很复杂(原因:
介稳状态的出现)要求:
鳞石英含量越多越好,而方石英越少越好。
实际情况:
相图的应用:
加热至573很快转变为-石英,当加热至870不转变为鳞石英,在生产条件下,常过热到12001350直接转变为介稳的-方石英。
石英、鳞石英和方石英三种变体的高低温型转变中,方石英V变化最大,石英次之,而鳞石英最小。
如果制品中方石英含量大,则在冷却到低温时,由于-方石英转变成-方石英有较大的体积收缩而难以获得致密的硅砖制品。
原因:
1、在870适当保温,促使鳞石英生成;
2、在12001350小心加快升温速度避免生成-方石英;
3、在配方中适当加入Fe2O3、MnO2、CaO或Ca(OH)2等矿化剂,在1000左右产生一定量的液相,-石英、-方石英在此液相中的溶解度大,而-鳞石英的溶解度小,因而-石英、-方石英不断溶入液相,而-鳞石英则不断从液相中析出。
采取的措施:
二元凝聚系统,f=cp+1=2p13p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:
1、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;
3、生成不一致熔融化合物的二元系统;
4、固相中有化合物形成或分解的系统;
5、具有多晶转变的系统;
6、具有液相分层的系统;
7、形成连续固溶体的系统;
8、形成不连续固溶体的系统。
第三节二元系统,学习相图的要求:
1、相图中点、线、面含义;
2、析晶路程;
3、杠杆规则;
4、相图的作用。
1、E:
低共熔点LABf=0TAE液相线LAf=1TBE液相线LBf=12、M点析晶路程,一、具有低共熔点的二元系统相图,TE,CE,L1s1,(A),L2s2,A,EsE,A(B),E(液相消失)ME,A+B,M3,析晶路程要素,液相点的位置及变化路径液相点在各区间的相态及自由度固相点的位置及变化路径固相点在各区间的相组成,3、杠杆规则,
(1)T1:
固相量S%=0;
液相量L=100%;
(2)T2:
S%=M2L2/S2L2100;
LM2S2/S2L2100(3)刚到TE:
晶体B未析出,固相只含A。
到TE后:
S%=MEE/SEE100;
LMESE/SEE100(4)离开TE:
L消失,晶体A、B完全析出。
SA%=MEB/AB100;
SB%=MEA/AB100,4、相图的作用
(1)知道开始析晶的温度,析晶终点,熔化终点的温度;
(2)平衡时相的种类;
(3)平衡时相的组成预测瓷胎的显微结构预测产品性质(4)平衡时相的含量。
一致熔融化合物:
具有固定的熔点,熔化形成的液相和固相组成一致。
1、E1、E2均为低共熔点;
2、冷却组成变化路线;
4、相图作用:
当原始配料落在AAmBn范围内,最终析晶产物为A和AmBn;
当原始配料落在BAmBn范围内,最终析晶产物为B和AmBn;
二、生成一致熔融二元化合物的二元系统相图,不一致熔融化合物:
是不稳定化合物,加热这种化合物到某一温度便分解成,讨论1、E:
低共熔点,f0,是析晶终点,LAC;
P:
转熔点或回吸点,f0,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相同。
三、生成一个不一致熔融化合物的二元相图,1、如何判断化合物的性质2、如何判断无变量点的性质3、如何判断两项共存区,2析晶路线,KM,(B),PF,开始回吸B(C),PD,晶体B消失C,EH,C+(A),E(液相消失)O,A+C,G,同理可分析组成2的冷却过程。
在转熔点P处,LBC时,L先消失,固相组成点为D和F,其含量由D、J、F三点相对位置求出。
P点是回吸点又是析晶终点。
组成3在P点回吸,在LBC时LB同时消失,P点是回吸点又是析晶终点。
P点是过渡点,因为无B相生成。
FD,(C),EH,C+(A),E(液相消失)L,AC,总结规律:
四、固相中有化合物形成或分解的二元系统相图,两种类型:
A、在低共熔点下发生B、在低共熔点以上发生,五、具有多晶转变的二元系统相图,A、在低共熔点下发生,B、在低共熔点以上发生,特殊点E:
低共熔点,f0,是析晶终点,LAB;
晶型转变点,f0,不是析晶终点,LALA,1、点E:
低共熔点LABf=0F:
LGALFf=02、线GKF为液相分界线;
3、帽形区GKFG为二液存在区,区域的存在与温度有关。
4、析晶路程:
六、具有液相分层的二元系统相图,L1L1/,L2L2/,E(L消失)O,AB,5、应用:
CaO-SiO2及MgO-SiO2系统相图,在SiO2含量高处都有一个二液分层区。
连续固溶体:
化学式相似,结构相同,离子半径相近的物质能够形成。
1、特点:
无三相无变量点,即fMIN1两个相平衡点,例2点和7点。
2、杠杆规则计算固液相量。
七、形成连续固溶体的二元系统相图,3、举例:
2MgO.SiO2和2FeO.SiO2在高温能以各种比例互溶形成连续固溶体。
举例:
铁钙黄长石(Ca2FeSiAlO7)与镁方柱石(Ca2MgSi2O7)形成连续固溶体中间有一交点。
SA(B)表示B组分溶解到A组分中所形成的固溶体;
SB(A)表示A组分溶解在B组分中所形成的固溶体。
八、形成不连续固溶体的二元相图,4,另一类:
生成不连续固溶体且具有回吸点的二元系统相图,1、点G:
低共熔点LSA(B)+SB(A)f=0点J:
回吸点,f=0L+SA(B)SB(A),结论,1、CaO-SiO2系统相图要求:
(1)会划分分二元系统;
(2)无变量点的性质,相间平衡;
(3)分析SiO2-CS分系统,为何CaO可作为硅砖生产的矿化剂;
(4)C2S-CaO分系统含有硅酸盐水泥的重要矿物C3S和C2S,C3S是不一致熔融化合物,仅能稳定存在于12502150之间。
(5)会应用相图指导实际生产步骤:
1)寻找一致熔融化合物,以此为界把相图分为若干子相图
(2)按基本类型的分析方法分析相图局部特征。
专业相图(复杂的二元系统相图):
C2S的多晶转变,图10-14C2S的多晶转变,要求:
(2)无变量点的性质及相间平衡;
(3)在SiO2-A3S2分系统中,,(4)在A3S2SiO2分系统,莫来石质(Al2O372%)及刚玉质耐火砖(Al2O390%)都是性能优良的耐火材
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机 材料科学 基础 相图 热力学 基本原理 相平衡