第二章 相平衡与相图 无机材料物理化学 教学课件
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《⽆机材料物理化学》(2)第六章相平衡 P167§6-1 硅酸盐系统相平衡特点⼀、热⼒学平衡态与⾮平衡态(⼀)平衡态的特征与条件1.平衡态的特征2.条件——要达到平衡,在研究中(⼆)硅酸盐系统的特点(三)相图的指导意义⼆、硅酸盐系统中的组分、相及相律1.相律2.⾃由度数(F)3.相(P)4.凝聚系统的相律§6-2 单元系统⼀、⽔型物质与硫型物质(⼀)单元相图回顾(⼆)⽔型物质与硫型物质相图特征⼆、具有多晶转变的单元相图1.相区——4个;2.界线——5条(BF—晶转线)3.点——2个;(B点—晶转点)三、SiO2系统(⼀)相图简介1.各点、线、⾯的含义2.晶型转变点(⼆)SiO2多晶转变特点(三)多晶转变对⽣产的影响1.各种转变产⽣的体积效应2.体积效应对⽣产的影响(四)SiO2相图应⽤意义四、ZrO2系统 P173(⼀)最简单⼆元相图1.相图特征2.各点线⾯的含义3.析晶路程分析4.杠杆规则及应⽤(⼆)⽣成化合物的⼆元相图1.⽣成⼀个⼀致熔化合物的⼆元相图2.⽣成⼀个不⼀致熔化合物的⼆元相图3.⽣成⼀个固态分解化合物的⼆元相图(三)具有多晶转变的⼆元相图(四)⽣成固溶体的⼆元相图1.形成连续固溶体的⼆元相图2.形成有限固溶体的⼆元相图(五)形成⼆液分层的相图1.相图特征: P182图6-17 2.析晶路程: P182⼆、实际⼆元相图举例(⼀)分析⼆元相图的⼀般⽅法(⼆)Al2O3-SiO2相图1.相图特征 P184图6-202.相图应⽤及意义(三)MgO-SiO2相图1.相图介绍 P186图6-212.相图应⽤及意义三、凝聚系统相图测定⽅法 P186§6-4 三元系统 P188⼀、三元相图概述(⼀)组成表⽰法1.浓度三⾓形2.读数⽅法(⼆)浓度三⾓形中组成变化的规则1.等含量规则2.定⽐例规则3.背向性规则(四)重⼼原理1.重⼼位规则2.交叉位规则3.共轭位规则(五)最简单三元系统⽴体图与投影图1.⽴体图 P192图6-302.平⾯投影图3.温度表⽰法4.析晶路程分析 P192图6-30(C)(1)在初晶区内的析晶(2)在界线上的析晶(3)在三元⽆变点上的析晶(4)各相量的计算⼆、三元相图的基本类型(⼀)⽣成⼀个⼀致熔⼆元化合物的三元相图1.相图特征 P194图6-322.相图分析(⼆)⽣成⼀个不⼀致熔⼆元化合物的三元相图1.相图特征2.分析三元相图的⼏个重要规则(1)连线规则(2)切线规则(3)重⼼原理(4)三⾓形规则(5)划分副三⾓形的原则与⽅法3.析晶路程分析4.熔融(加热)过程分析(1)加热过程分析的⽬的(2)分析⽅法(三)⽣成⼀个固态分解的⼆元化合物的三元相图 P200图6-35 1.相图特征2.过渡点(R)的特性(四)⽣成⼀个⼀致熔三元化合物三元相图 P200图6-361.相图特征(五)⽣成⼀个不⼀致熔三元化合物的三元相图1.具有双升点(单转熔点)的类型2.具有双降点(双转熔点)的类型(六)其他类型简介1.具有多晶转变的相图 P202图6-392.形成⼀个⼆元连续固溶体的相图(1)相图特点(2)析晶路程分析⽰例3.具有液相分层的相图 P202图6-41(七)分析三元相图⽅法与步骤归纳1.怎样判读三元相图2.⾛析晶路程的⽅法归纳3.分析熔融路程的⽅法三、三元实际相图举例(⼀)K2O-Al2O3-SiO2相图1.相图介绍2.相图应⽤举例(⼆)MgO- Al2O3-SiO2相图1.相图介绍2.相图应⽤[18]补充条件:结合 P208图6-45中配料点12进⾏分析。
第二章 相平衡相平衡是研究物质在多相体系中相的平衡问题。
即研究多相系统的状态(如固态、液态、气态等)随温度、压力、组分浓度、电场、磁场等变量变化而变化的规律。
液体的蒸发、蒸汽的凝结、固体的溶解、液体和熔体的结晶、晶体的熔融以及不同晶型之间的转变都是人们熟悉的相变化过程。
在一个多相系统中,平衡时,系统对组成、温度、压力及其他施加的条件而言处于最低自由能状态。
随着温度、压力和浓度的变化,相的种类、数量和含量都要发生相应的变化。
根据多相平衡的实验结果,可绘制成一定的几何图形来描述在平衡状态下多相系统状态的变化关系,这样的几何图形反映了该系统在一定组成、温度、压力的条件下,达到平衡所处的状态,这种图称为相图(状态图)。
从相图可以确定某个组成的系统,在指定条件下达到平衡时存在的相的数目、每个相的组成和每个相的相对含量。
相图在许多科技领域已成为解决实际问题不可缺少的工具。
例如控制金属的冶炼过程、对物质的高度提纯、确定材料配方、选择陶瓷烧结温度等都要应用相图。
第一节 相平衡特点多相平衡理论是以美国学者吉布斯(Gibbs)于1876年首先提出的相律为基础的。
经过长期实践检验,相律被证明是自然界最普遍的规律之一。
无机非金属材料系统的相平衡当然也符合一般的相律。
但由于无机非金属材料是一种固体材料,其相平衡与以气、液为主的一般化工过程所涉及的平衡体系不同,具有自己的特殊性。
一、 热力学平衡态与非平衡态相图上所表示的一个体系所处的状态是一种热力学平衡态,即一个不再随时间而发生变化的状态。
体系在一定热力学条件下从原来的非平衡态变化到该条件下的平衡态,需要通过相与相之间的物质传递,故需要一定的时间,该时间的长短,依系统的性质而定,即由相变过程的动力学因素决定。
但这种动力学因素在相图中并不能反映出来,因为相图仅指在一定条件下体系所处的平衡状态(即其中所包括的相数、各相的形态、组成和数量),而不涉及达到这个平衡状态所需要的时间。