相图及其应用演示文稿
- 格式：ppt
- 大小：7.40 MB
- 文档页数：176
下载文档原格式
合集下载
第3章二元合金相图及应用PPT课件
31.10.2020
工程材料
99-30
合金I的结晶过程
温度继续下降, 从β中析出二次α。
31.10.2020
工程材料
99-31
合金I的结晶过程
室温组织为 β+二次α 。
组成相和组织组成物的成分和相对重量可根据杠杆定 律来确定。
31.10.2020
工程材料
99-32
相图与性能的关系
具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性 能随成分而变化的一般规律见下图
工程材料
99-38
渗碳体（Cem渗en碳tit体e）组织金相图
定义——C与Fe的化合物（Fe3C）。 代表符号： Cm
性能：含碳6.69%，其硬度高，极脆，塑性几乎 为0，熔点为1227℃。
铁碳合金中渗碳体量多会导致材料力学性能变坏。 适量渗碳体若弥散分布在基体上，可提高材料强 度和硬度。
31.10.2020
31.10.2020
工程材料
99-21
合金Ⅳ的结晶过程
31.10.2020
工程材料
99-22
组织和相的关系
31.10.2020
工程材料
99-23
共析相图
31.10.2020
d点成分(共析成分)的合金从 液相经过匀晶反应生成 γ相后, 继续冷却到d 点温度(共析温度) 时, 在此恒温下发生共析反应: γ → (α+β)
分数相对重量。
液相在共晶反应后全部转变为共晶 体(α+β) , 这部分液相的质量分 数就是室温组织中共晶体 (α+β)
的质量分数。 初生 αc冷却不断析出 βII, 到室 温后转变为 αf和 βII。按照杠杆 定律, 可求出 αf、βII占 αf＋ βII的质量分数(注意, 杠杆支点在 c'点), 再乘以初生 αc在合金中的 质量分数, 求得 αf、βII占合金的 质量分数。
二组分体系的相图及应用.ppt
5.5 二组分体系的相图及应用
•p-x图和T-x图 •理想的完全互溶双液系 •杠杆规则 •蒸馏（或精馏）原 理•非理想的完全互溶双液系 •部分互溶双液系 •不互溶的双液系—蒸气蒸馏 •简单的低共熔混合物 •形成化合物的体系 •完全互溶固溶体 •部分互溶固溶体 •区域熔炼
p-x图 和 T-x图
对于二组分体系，C 2, f 4F 。F 至少为1，则 f 最
沸点高于纯B的沸点，说明蒸馏 时气相中B组分的含量较高，液 相中A组分的含量较高。
一次简单蒸馏，馏出物中 B含量会显著增加，剩余液体 中A组分会增多。
蒸馏（或精馏）原理
如有一组成为x1的A，B二组分溶液，加热到T1时开 始沸腾，与之平衡的气相组为y1，显然含B量显著增加。
将组成为y1的蒸气冷凝， 液相中含B量下降，组成沿 OA线上升，沸点也升至T2， 这时对应的气相组成为y2。
pA*和沸点
T* A
；
同理左边垂直面上是
p* B
和TB*
。
连线
p* A
T* A
和
p* B
T* B
分别代
表了纯A和纯B的蒸气压随温
度的变化曲线。
理想的完全互溶双液系
气-液两相共存的
梭形面沿
p* A
T* A
和
p* B
T* B
两线移动，在空
间画出了一个扁圆柱状
的空间区，这是气-液
两相共存区。
在共存区的上前方 是高温、低压区，所以 是气相区；在共存区的 后下方，是低温、高压 区，是液相区。
计算出对应的气相组成，分 别画出p-x(y)图和T-x(y)图。如图 (b)，(c)所示。
在p-x图上有最低点，在T-x图上就有最高点，这 最高点称为最高恒沸点（maximum azeotropic point）
•p-x图和T-x图 •理想的完全互溶双液系 •杠杆规则 •蒸馏（或精馏）原 理•非理想的完全互溶双液系 •部分互溶双液系 •不互溶的双液系—蒸气蒸馏 •简单的低共熔混合物 •形成化合物的体系 •完全互溶固溶体 •部分互溶固溶体 •区域熔炼
p-x图 和 T-x图
对于二组分体系，C 2, f 4F 。F 至少为1，则 f 最
沸点高于纯B的沸点，说明蒸馏 时气相中B组分的含量较高，液 相中A组分的含量较高。
一次简单蒸馏，馏出物中 B含量会显著增加，剩余液体 中A组分会增多。
蒸馏（或精馏）原理
如有一组成为x1的A，B二组分溶液，加热到T1时开 始沸腾，与之平衡的气相组为y1，显然含B量显著增加。
将组成为y1的蒸气冷凝， 液相中含B量下降，组成沿 OA线上升，沸点也升至T2， 这时对应的气相组成为y2。
pA*和沸点
T* A
；
同理左边垂直面上是
p* B
和TB*
。
连线
p* A
T* A
和
p* B
T* B
分别代
表了纯A和纯B的蒸气压随温
度的变化曲线。
理想的完全互溶双液系
气-液两相共存的
梭形面沿
p* A
T* A
和
p* B
T* B
两线移动，在空
间画出了一个扁圆柱状
的空间区，这是气-液
两相共存区。
在共存区的上前方 是高温、低压区，所以 是气相区；在共存区的 后下方，是低温、高压 区，是液相区。
计算出对应的气相组成，分 别画出p-x(y)图和T-x(y)图。如图 (b)，(c)所示。
在p-x图上有最低点，在T-x图上就有最高点，这 最高点称为最高恒沸点（maximum azeotropic point）
水盐体系相图及其应用6ppt课件
K2（NO3）2+ Na2Cl2+ Na2SO4+ Gla
K2（NO3）2+ Na2Cl2+ K2Cl2 + Gla
K2（NO3）2+ K2SO4+ K2Cl2 + Gla
第一节 交互五元体系图形表示方法
三、简化干基图 （一）简化干基图坐标
在等温立体图中舍去了温度和水这两个因素（三维）， 再在干基中舍去某种盐了（二维）。 六种单盐中舍掉哪一种？
AM—HRGQLP是AM盐的结晶区；BM—HRJWKVP是BM盐结晶区； CM—GQZMUWJR是CM盐结晶区；CN—DUMZES是CN盐结晶区； BN—DUWKVFS是BN盐结晶区；AN—LQZESFVP是AN盐结晶区。
BM
K
BN
H
V
PJ
F
W
S
D
R L
O1
O3
O2
AN
U
AM GQ
E Z
CM
M
CN
图6-3 等温立体干基图
二、等温立体干基图
（一）正三角柱等温干基坐标系
第二、各个盐的位置是按复分解反 应关系（而不是任意）安排的， 这样，正三角柱的各几何要素
30
恰恰与干基组成情况一一对应：
（3）两个三角形底面，表示了两
个简单四元水盐体系，前面的
是Na2SO4- K2SO4- MgSO4-H2O体 系 ， 后 面 的 是 Na2Cl2-K2Cl2-MgCl2-H2O体系。
K2（NO3）2 Na2（NO3）2+Na2Cl2
Na2SO4+Na2Cl2 Na2SO4+Gla K2SO4+Gla K2SO4+ K2Cl2
K2（NO3）2+ Na2Cl2+ K2Cl2 + Gla
K2（NO3）2+ K2SO4+ K2Cl2 + Gla
第一节 交互五元体系图形表示方法
三、简化干基图 （一）简化干基图坐标
在等温立体图中舍去了温度和水这两个因素（三维）， 再在干基中舍去某种盐了（二维）。 六种单盐中舍掉哪一种？
AM—HRGQLP是AM盐的结晶区；BM—HRJWKVP是BM盐结晶区； CM—GQZMUWJR是CM盐结晶区；CN—DUMZES是CN盐结晶区； BN—DUWKVFS是BN盐结晶区；AN—LQZESFVP是AN盐结晶区。
BM
K
BN
H
V
PJ
F
W
S
D
R L
O1
O3
O2
AN
U
AM GQ
E Z
CM
M
CN
图6-3 等温立体干基图
二、等温立体干基图
（一）正三角柱等温干基坐标系
第二、各个盐的位置是按复分解反 应关系（而不是任意）安排的， 这样，正三角柱的各几何要素
30
恰恰与干基组成情况一一对应：
（3）两个三角形底面，表示了两
个简单四元水盐体系，前面的
是Na2SO4- K2SO4- MgSO4-H2O体 系 ， 后 面 的 是 Na2Cl2-K2Cl2-MgCl2-H2O体系。
K2（NO3）2 Na2（NO3）2+Na2Cl2
Na2SO4+Na2Cl2 Na2SO4+Gla K2SO4+Gla K2SO4+ K2Cl2
二组分体系相图及其应用.ppt
要完全描述二组分体系，就必须用三维坐标 ( T, p , xB )
描述二组分体系时通常固定一个变量,做成平面相图
T = 常数 P - x 图 (蒸汽压- 组成图) 较常用
P = 常数 T - x 图 (沸点 - 组成图)
常用
xB = 常数 T - p 图
不常用
条件自由度: f C 1 3
这样，将A 与B粗略分开。 一次简单蒸馏， 馏出物中B含量 会显著增加， 剩余液体中A组 分会增多。
精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区， 温度最高；
塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝 收集的是纯低沸点组分， 纯高沸点组分则留在塔底。
精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式塔板状 精馏塔的示意图。
（一）理想的二组分液态混合物
指两个纯液体可按任意比例互溶，并每个组分 全部浓度范围内都服从拉乌尔定律，及为理想的完 全互溶双液系，或称为理想的液体混合物，如苯和 甲苯，正己烷与正庚烷等结构相似的化合物可形成 这种双液系。
(1) p-x图
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常 在等压下进行。T-x图可以从实验数据直接绘制。 也可以从已知的p-x图求得。
等温 P
P
x1
x2
x3
x4
B
xA
A
将组成与沸点的 P 等温
关系标在下一张以温
度和组成为坐标的图 P
上，就得到了T-x图。
x1
将x1 ，x2，x3和x4 的对应温度 连成曲线
§5-3 二组分体系相图及其应用
对于二组分体系 C 2
相变过程中物质的相图及其应用
相变过程中物质的相图及其应用相变是物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中，物质的性质会发生明显的变化，这种变化在我们的日常生活中无处不在。
相变过程中物质的相图是描述物质在不同温度和压力条件下各个相态之间相互转变的图表。
相图的研究不仅对于理解物质的性质和行为具有重要意义，还有许多实际应用。
一、相变过程中物质的相图相图是研究物质相变的重要工具，它可以帮助我们了解物质在不同温度和压力条件下的相变规律。
相图通常由温度和压力构成的坐标轴表示，不同相态的区域用曲线或面表示。
在相图中，常见的相态包括固态、液态和气态。
以水的相图为例，水在常温常压下处于液态，当温度降低到0摄氏度时，水会发生相变，转变为固态，即冰。
冰和水在相图中通过曲线连接，表示两者之间的相变过程。
当温度继续下降时，冰会进一步转变为更稳定的固态，形成不同的冰相。
同样，水在高温下也会发生相变，转变为气态，即水蒸气。
水蒸气和水在相图中通过曲线连接，表示两者之间的相变过程。
除了固态、液态和气态，还存在一些特殊的相态，如等离子态和凝聚态。
等离子态是物质在高温或高能量条件下电离而形成的，它具有高度的电导性和热传导性。
凝聚态是物质在低温或低能量条件下形成的，包括玻璃态、胶体态等。
二、相图的应用相图的研究对于理解物质的性质和行为具有重要意义，也有许多实际应用。
1. 材料科学：相图在材料科学中起着重要的作用。
通过研究相图，可以确定材料的熔点、沸点、晶体结构等性质，帮助选择合适的材料用于不同的应用。
相图还可以指导材料的合成和加工过程，优化材料的性能。
2. 化学反应：相图可以帮助研究化学反应的进行过程和条件。
通过分析相图，可以确定反应物和产物的相态，预测反应的进行程度和产物的纯度。
相图还可以指导化学反应的优化和控制。
3. 能源利用：相图在能源利用领域也有广泛的应用。
例如，相图可以帮助研究和设计高效的热力学循环系统，提高能源利用效率。
相图还可以指导储能材料的选择和设计，优化能源储存和释放过程。
第五章相图(冶金物理化学)PPT课件
图中无水平线
Au
l s+l s
960.5℃ Ag
重庆科技学院
冶金与材料工程学院
第五章 相图
(3) 完全互溶型
T
T
l
Nl
s
M
s
A
B
A
B
最低熔点（M），最高熔点（N）——少见。
如 KCl-NaCl系，Ag2S-Cu2S系
重庆科技学院
冶金与材料工程学院
第五章 相图
（4） 固态部分互溶的二元系
① 生成部分互溶的共晶类型
Tf,*A E1 ：A物液相线；
T
* f, B
E
2
：B物液相线；
T* f, A
T* f, C
Ⅱ
H
E1
KE1和KE2：C物液相线； 线
HE1D ：A、C共晶线； GE2F ：B、C共晶线；
Ⅵ A
Ⅰ K
Ⅲ D
Ⅳ
G
E2
C
T* f, B
Ⅴ F
Ⅶ B
重庆科技学院
冶金与材料工程学院
第五章 相图
①稳定化合物二元系
冶金与材料工程学院
第五章 相图
5.3.4 常见的几种二元系相图
◆具有简单共晶体（前已讲） ◆生成化合物 ◆完全互熔的固熔体型 ◆固态部分互溶的固熔体型 ◆液态部分互溶型
重庆科技学院
冶金与材料工程学院
第五章 相图
（1）具有简单共晶体的二元系相图 基本要求：
体系最低熔点（共晶点 f=0）；T
共晶线，共晶反应
GEH —— 共晶线：
l(E)
冷 热
(G )
(H)
T* f, A
E
——
物理化学(第五版) 演示文稿5-6 双组分系统复杂相图的分析和应用
MnO-SiO2相图
p一定
包晶线：
QDP3 lP3+s(A)→s(C2) P4RS lP4+s(B)→s(C1) 共晶线：
VE2U lE2→s(C1) +s(C2) 偏晶线（单转线） ：
P1E1B lG →lP1+s(B) 转晶线： P2J；白硅石→鳞石英
相区相遇或相邻规则：
1）单相区和单相区相遇只能在单一点（同成分变化 点），决不能沿某一相线；
2）从每一条三相等温线出发必须有三个二相区，即 必须有六条相线；
ห้องสมุดไป่ตู้
3）两条三相等温线之间必须有一个二相区，假定这 两个三相平衡中有两相是共有的；
4）两相区的相线延伸出去必须伸入连接三相等温线 的二相区内，决不能伸入单相区内。
5）所有的竖线都代表单组分系统，所有的水平线都 代表三相平衡。水平线只能无限靠近竖线，但不能 和竖线相交。
§5-6 双组分系统复杂相图的分析和应用
t*
b,A
p一定
L
t*
f,A
γ+L
γ1
t*
f,C
γ1+α α
γ1+C
D
C E2 H
读图要点： t*
b,B
γ2
把复杂的相图分解
t*
f,B
为基本类型的相图
γ2+B
K
E1
共析线： CD：γ1→α+S（C）
A
C xB
B
HK：γ2→S(C)+ S(B)
图 由三个基本类型的相图组合而成的较复杂的相图
物理化学课件相图绘制及其应用
第五章 相平衡
相图绘制及其应用
1
相图绘制及其应用
具有简单低共熔混合物系统的相图
对于固液平衡体系相图：定压 T-x 图 绘 制 热分析法：熔点随组成的变化，用于合金系。 溶解度法：溶解度随温度的变化，用于水盐系；
热分析法
（1）配制样品系列； （2）使样品熔融； （3）绘制冷却曲线：温度-时间曲线； （4）根据冷却曲线绘制相图；
韦斯顿标准电池
软木塞
饱和 CdSO 4 溶液
8 CdSO 4 H 2 O 3
Hg Hg 2SO4
Cd-Hg齐
Hg
正 负
Weston标准电池结构简图
Weston标准电池的反应 负极
正极 净反应
Cd(Hg)(a) Cd2 2e nHg(l)
2 Hg2SO4 (s) 2e 2Hg(l) SO4
323 271 T1 144 t /min 144
T2
M
E
N
Bi
Bi-Cd 合金冷却曲线
Cd wCd Bi-Cd 合金相图 ——简单低共熔混合物 10
4．完成Bi-Cd T-x相图
将A,C,E点连接，得到Bi(s)与熔液 两相共存的液相组成线；
将H,F,E点连接，得到Cd(s)与熔液 两相共存的液相组成线； 将D,E,G点连接，得到Bi(s),Cd(s)与熔液共存的三相线；熔 液的组成由E点表示。 这样就得到了Bi-Cd的T-x图。
BAC线 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) +溶液三 相共存线。
图中有两个特殊点：
L点 冰的熔点。盐的熔点 极高，受溶解度和水的沸点 限制，在图上无法标出。
A点 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) + 溶液三相共存点。溶液组成在 A点以左者冷却，先析出冰； 在A点以右者冷却，先析出 ( NH4 ) 2 SO4 (s) 。
相图绘制及其应用
1
相图绘制及其应用
具有简单低共熔混合物系统的相图
对于固液平衡体系相图：定压 T-x 图 绘 制 热分析法：熔点随组成的变化，用于合金系。 溶解度法：溶解度随温度的变化，用于水盐系；
热分析法
（1）配制样品系列； （2）使样品熔融； （3）绘制冷却曲线：温度-时间曲线； （4）根据冷却曲线绘制相图；
韦斯顿标准电池
软木塞
饱和 CdSO 4 溶液
8 CdSO 4 H 2 O 3
Hg Hg 2SO4
Cd-Hg齐
Hg
正 负
Weston标准电池结构简图
Weston标准电池的反应 负极
正极 净反应
Cd(Hg)(a) Cd2 2e nHg(l)
2 Hg2SO4 (s) 2e 2Hg(l) SO4
323 271 T1 144 t /min 144
T2
M
E
N
Bi
Bi-Cd 合金冷却曲线
Cd wCd Bi-Cd 合金相图 ——简单低共熔混合物 10
4．完成Bi-Cd T-x相图
将A,C,E点连接，得到Bi(s)与熔液 两相共存的液相组成线；
将H,F,E点连接，得到Cd(s)与熔液 两相共存的液相组成线； 将D,E,G点连接，得到Bi(s),Cd(s)与熔液共存的三相线；熔 液的组成由E点表示。 这样就得到了Bi-Cd的T-x图。
BAC线 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) +溶液三 相共存线。
图中有两个特殊点：
L点 冰的熔点。盐的熔点 极高，受溶解度和水的沸点 限制，在图上无法标出。
A点 冰+ ( NH4 ) 2 SO4 (s) + 溶液三相共存点。溶液组成在 A点以左者冷却，先析出冰； 在A点以右者冷却，先析出 ( NH4 ) 2 SO4 (s) 。
物质的相态水的相图演示文稿
如何确定一个系统有几相？
不论有多少种气体混合，只有一相——气相
根据液体互溶程度可以组成一相、两相或三相 共存。
一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论 混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外， 它是单相）。
14
2022/2/11
第14页，共35页。
二、水的相图
水的相平衡实验数据表
第15页，共35页。
OB 气-固两相平衡线， 即冰的升华曲线，理论上 可延长至0 K附近。
OC 液-固两相平衡线
，当C点延长至压力大
于2108 Pa
时，相
图变得复杂，有不同结
构的冰生成。
第19页，共35页。
OD 是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡 线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸 气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状 态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。
绘制水的相图
P/Pa
气-液平衡数据-水在不同温 度的饱和蒸气压
气-固平衡数据-冰在不同温 度的饱和蒸气压
液-固平衡数据-水和冰在不同
温度时的平衡压力
C
D O
B
A T/K第16页，共35页。
分析水的相图 水的相图是根据实验绘制的。图上有：
三个单相区 在气、液、固三个 单相区内，φ=1， 温度和压力都可以在一定限度内变 化不会引起相的改变。
30
2022/2/11
第30页，共35页。
学习效果检验
（×）1.粉碎得很细的铜粉和铁粉经过均匀混合后
成为一个相。
（√ ）2.为了使水在90℃沸腾，可以降低压力，使
其压力在90℃的保证蒸汽压下温度温度、压力和浓度
都可以在一定范围内自由变化而不致引起相变化。
第四章 二元相图及z应用PPT课件
Le （ cd)
一个完整的两相区： α+β；
11
对Pb-Sn合金相图的构成作归纳：
特殊点：熔点、共晶点、最大溶解度点； 线：液相线、固相线、共晶线（三相区）、溶解
度曲线（析出线）； 相区：三个单相区、三个两相区、一个三相区。 合金按相图分类：
固溶体合金、共晶合金、 亚共晶合金和过共晶合金
33
34
三、铁碳合金的结晶过程：
铁碳合金的分类： （1）工业纯铁（wC<0.0218%）； （2）钢（wC=0.0218%~2.11%）； （3）白口铸铁（ wC= 2.11%~6.69%）。
35
1.共析钢：
电 阻
A
B
强
度
硬
度
A
B
电 阻
A B% B （a）
A B% B （b）
图4-12 相图与合金强度、硬度、电阻 之间关系
A
B
流
动
性
A
B
流
动
性
A
B
A
B
缩孔 形式
分散 集中
A B% B （a）
缩
图4-13 相图与合金铸造性能之间关系
23
第四节 铁碳合金相图
24
AB
HJ
第四章 二元相图及应用 phase diagram
合金：由两种或两种以上的金属，或金 属与非金属经熔炼、烧结或其它方法组 合而成并具有金属特性的物质。
组元：组成合金最基本的、独立的物质。 具有两个组元的合金称为二元合金。
1
第一节 二元相图的建立
1.二元相图的概念： 相图的重要性：
2
2. 二元相图的测绘： 方法：热分析法
晶反应，只发生匀晶反应的相图称为匀晶 相图。 特点：匀晶相图中两组元在液态、固态下都能无 限互溶。 典型合金系： Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、 Cr-Mo等。 相图分析：略。
一个完整的两相区： α+β；
11
对Pb-Sn合金相图的构成作归纳：
特殊点：熔点、共晶点、最大溶解度点； 线：液相线、固相线、共晶线（三相区）、溶解
度曲线（析出线）； 相区：三个单相区、三个两相区、一个三相区。 合金按相图分类：
固溶体合金、共晶合金、 亚共晶合金和过共晶合金
33
34
三、铁碳合金的结晶过程：
铁碳合金的分类： （1）工业纯铁（wC<0.0218%）； （2）钢（wC=0.0218%~2.11%）； （3）白口铸铁（ wC= 2.11%~6.69%）。
35
1.共析钢：
电 阻
A
B
强
度
硬
度
A
B
电 阻
A B% B （a）
A B% B （b）
图4-12 相图与合金强度、硬度、电阻 之间关系
A
B
流
动
性
A
B
流
动
性
A
B
A
B
缩孔 形式
分散 集中
A B% B （a）
缩
图4-13 相图与合金铸造性能之间关系
23
第四节 铁碳合金相图
24
AB
HJ
第四章 二元相图及应用 phase diagram
合金：由两种或两种以上的金属，或金 属与非金属经熔炼、烧结或其它方法组 合而成并具有金属特性的物质。
组元：组成合金最基本的、独立的物质。 具有两个组元的合金称为二元合金。
1
第一节 二元相图的建立
1.二元相图的概念： 相图的重要性：
2
2. 二元相图的测绘： 方法：热分析法
晶反应，只发生匀晶反应的相图称为匀晶 相图。 特点：匀晶相图中两组元在液态、固态下都能无 限互溶。 典型合金系： Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、 Cr-Mo等。 相图分析：略。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相图对于材料科学工作者的作用如同地图对于旅行者那 样重要。
.
2
几个例子
.
3
AG材质设计及改善
C 50%
SiO2 50%
AGL421 AGL424 AGL15
AG409 AG351 AG160
AG276 AGS4 AG810
Al2O3+etc. 1 00%
.
侵蚀速率(mm/hr)
侵蚀速率(mm/hr)
✓ 因此，表示气相的组成时，有关系式： PNH3 = PHCl（或 c NH3 = c HCl）
✓ 所以这时的组分数既不是 3 也不是 2，而是： C=311=1
.
15
组分数（组元，Component）
这种情况下组分数可用以下关系确定： 组分数（C） = 物种数（S） 独立化学平衡数（R） 同一相中独立的浓度关系数（R）
.
6
相 （Phase）
1）气相：对体系中的气体来说，由于在通常条件，不论 有多少种气体混合在一起，均能无限掺合，所以体系中 的气体只可能有一个气相。
2）液相：对体系中的液体来说，由于不同液体的互溶程 度不同，可以有一个液相、两个液相，一般不会超过三 个液相（特殊情况可能超过）。
.
7
相 （Phase）
相图及其应用
.
1
相图的作用
相图是描述相平衡关系的几何图形，其原理属于热力 学范畴。而热力学的一个重要作用是判断一个过程的方 向和限度。 ✓ 几种化合物混合在一起能合成出什么，最后能得到多少 预计的相组成； ✓ 材料在使用条件下的结构稳定性如何？ ✓ 新材料的组成设计； ✓ 材料制备工艺的确定；
这些是材料制备过程中人们迫切关心的问题，而相图能 有效和方便地解决这类问题，
4
Mn 0%
3
Mn 2%
2
1
0
0
10
20
30
40
石墨含量(%)
(含有SiO2 30%)
5 Mn 0%
4 Mn 2%
3
2
1
0
0
20
40
熔融石英含量（%）
(含有石墨 30%)
60
4
相律与相图
金属熔化----固相变为液相 熔点---沸点----升华点----同素异形变化点 温度---压力----成分----相变----相律
R = 1
∴ 组分数：C = S R R = 3 1 1 = 1
✓ 在讨论水溶液体系的组分时，一般不用考虑水的电离因素。
.
18
自由度（degree of freedom）
② 需要指出的是，有时由于考虑问题的角度不同，体系物种 数 (S) 的确定可能不同，但组分数不会改变。
例如纯水液相体系：
✓ 若不考虑水的电离，组分数 C = 1，等于物种数 S。
✓ 若考虑电离：H2O H+ + OH ✓ 则 S = 3 ，但有一化学平衡： R =1；
✓ 液相中浓度关系式
[H+] = [OH] ，
.
16
组分数（组元，Component）
注意：
① 这种物质之间的浓度关系的限制条件：只有在同一相中 方能应用，不同相中不存在此种限制条件。
例如：CaCO3 的分解体系，虽然有
nCaO = nCO2
但因 CaO (s) 和 CO2 (g) 不是同一相，所以不能作为特 殊的浓度制约关系。
.
17
组分数（组元，Component）
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
✓ 这时的组分数应为：
C = S R = 3 1 = 2 而不是 3
✓ 因为三相平衡时，只要两个组分确定，第三个也就定 了。
.
12
组分数（组元，Component）
说明：
1. 究竟选择哪些物质作为独立组分是任意的，从 上例看，可取CaCO3 和 CO2，也可取CaO和 CO2，或CaCO3 和 CaO 作为独立组分。
.
8
组分数（组元，Component）
组分数：是为了表示体系中各种性质所需要的最少
物种数，或者在一定温度、压力下，体系中可以任意 改变其数量的物质数目，用C表示。 注意：
✓ 体系中的物种数(S )和组分数(C )这两个概念的区别 ✓ 体系中有几种物质，则物种数 S 就是多少；而组分数 C 则
不一定和物种数相同。
2. 减去的化学平衡数必须是独立的化学平衡数， 否则将会得出荒谬的结论。
.
13
.
14
组分数（组元，Component）
某些特殊情况下的特殊限制条件，会使独立组 分数减少。
✓ 例如 NH4Cl 分解体系： NH4Cl (s) NH3 (g) + HCl (g)
✓ 当起始体系中没有 NH3 (g) 和 HCl (g) 存在，或存在的 NH3 (g) 和 HCl (g) 的物质量相等，则达到平衡时，NH3 (g) 和 HCl (g) 之间有一定的比例关系。
.
5
吉布斯相率
相律是解决相数目、组分数和自由度这三者之间 关系的定律，它是指导相平衡的普遍规律。
系统：指把任何选定的一部分物质“孤立”起来 进行研究的对象。
相：在系统内部物理和化学性质相同而且完全均 匀的一部分称为相。相与相之间有分界面，可以 用机械的方法把它们分离开。在界面上，从宏观 的角度看，性质的改变是突然的，用P表示。
因为各种物质的平衡组成必须满足平衡常数关系式； 有一个（独立的）化学平衡，就有一个平衡关系式，
体系中就少一个可以任意指定的组成。 所谓独立的化学平衡，指该化学平衡不是由体系中的
其他化学平衡组合得到的。
.
11
组分数（组元，Component）
例如：体系中有CaCO3(s)、CaO (s) 和 CO2(g)三种 物质，在平衡时这三种物质建立了一个化学平衡：
.
9
组分数（组元，Component）
如果体系中各物种之间没有发生化学反应，一般说来 此时组分数等于物种数：C = S
✓ 例如：乙醇 溶于水，组分数
C=S=2 如果体系中各物质之间发生了化学反应，建立了化学
平衡，此时：
✓ 组分数 (C) = 物种数 (S) － 独立化学平衡数 (R)
.
10
组分数（组元，Component）
3）固相： ✓ 固溶体：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固体溶液，固体以分子或原子状态均匀地分 散到另一种固体的晶格中，形成性质均匀的固体溶液。 ✓ 对体系中的固体来说，如果固体之间不形成固溶体，则 不论固体分散得多细，一种固体物质就有一个相。 ✓ 而同一种固体的不同颗粒仍属同一相，因为尽管颗粒之 间有界面，但体相的性质是相同的。 ✓ 例如：糖和沙子混合，尽管混得很均匀，仍然是两个相。
.
2
几个例子
.
3
AG材质设计及改善
C 50%
SiO2 50%
AGL421 AGL424 AGL15
AG409 AG351 AG160
AG276 AGS4 AG810
Al2O3+etc. 1 00%
.
侵蚀速率(mm/hr)
侵蚀速率(mm/hr)
✓ 因此，表示气相的组成时，有关系式： PNH3 = PHCl（或 c NH3 = c HCl）
✓ 所以这时的组分数既不是 3 也不是 2，而是： C=311=1
.
15
组分数（组元，Component）
这种情况下组分数可用以下关系确定： 组分数（C） = 物种数（S） 独立化学平衡数（R） 同一相中独立的浓度关系数（R）
.
6
相 （Phase）
1）气相：对体系中的气体来说，由于在通常条件，不论 有多少种气体混合在一起，均能无限掺合，所以体系中 的气体只可能有一个气相。
2）液相：对体系中的液体来说，由于不同液体的互溶程 度不同，可以有一个液相、两个液相，一般不会超过三 个液相（特殊情况可能超过）。
.
7
相 （Phase）
相图及其应用
.
1
相图的作用
相图是描述相平衡关系的几何图形，其原理属于热力 学范畴。而热力学的一个重要作用是判断一个过程的方 向和限度。 ✓ 几种化合物混合在一起能合成出什么，最后能得到多少 预计的相组成； ✓ 材料在使用条件下的结构稳定性如何？ ✓ 新材料的组成设计； ✓ 材料制备工艺的确定；
这些是材料制备过程中人们迫切关心的问题，而相图能 有效和方便地解决这类问题，
4
Mn 0%
3
Mn 2%
2
1
0
0
10
20
30
40
石墨含量(%)
(含有SiO2 30%)
5 Mn 0%
4 Mn 2%
3
2
1
0
0
20
40
熔融石英含量（%）
(含有石墨 30%)
60
4
相律与相图
金属熔化----固相变为液相 熔点---沸点----升华点----同素异形变化点 温度---压力----成分----相变----相律
R = 1
∴ 组分数：C = S R R = 3 1 1 = 1
✓ 在讨论水溶液体系的组分时，一般不用考虑水的电离因素。
.
18
自由度（degree of freedom）
② 需要指出的是，有时由于考虑问题的角度不同，体系物种 数 (S) 的确定可能不同，但组分数不会改变。
例如纯水液相体系：
✓ 若不考虑水的电离，组分数 C = 1，等于物种数 S。
✓ 若考虑电离：H2O H+ + OH ✓ 则 S = 3 ，但有一化学平衡： R =1；
✓ 液相中浓度关系式
[H+] = [OH] ，
.
16
组分数（组元，Component）
注意：
① 这种物质之间的浓度关系的限制条件：只有在同一相中 方能应用，不同相中不存在此种限制条件。
例如：CaCO3 的分解体系，虽然有
nCaO = nCO2
但因 CaO (s) 和 CO2 (g) 不是同一相，所以不能作为特 殊的浓度制约关系。
.
17
组分数（组元，Component）
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
✓ 这时的组分数应为：
C = S R = 3 1 = 2 而不是 3
✓ 因为三相平衡时，只要两个组分确定，第三个也就定 了。
.
12
组分数（组元，Component）
说明：
1. 究竟选择哪些物质作为独立组分是任意的，从 上例看，可取CaCO3 和 CO2，也可取CaO和 CO2，或CaCO3 和 CaO 作为独立组分。
.
8
组分数（组元，Component）
组分数：是为了表示体系中各种性质所需要的最少
物种数，或者在一定温度、压力下，体系中可以任意 改变其数量的物质数目，用C表示。 注意：
✓ 体系中的物种数(S )和组分数(C )这两个概念的区别 ✓ 体系中有几种物质，则物种数 S 就是多少；而组分数 C 则
不一定和物种数相同。
2. 减去的化学平衡数必须是独立的化学平衡数， 否则将会得出荒谬的结论。
.
13
.
14
组分数（组元，Component）
某些特殊情况下的特殊限制条件，会使独立组 分数减少。
✓ 例如 NH4Cl 分解体系： NH4Cl (s) NH3 (g) + HCl (g)
✓ 当起始体系中没有 NH3 (g) 和 HCl (g) 存在，或存在的 NH3 (g) 和 HCl (g) 的物质量相等，则达到平衡时，NH3 (g) 和 HCl (g) 之间有一定的比例关系。
.
5
吉布斯相率
相律是解决相数目、组分数和自由度这三者之间 关系的定律，它是指导相平衡的普遍规律。
系统：指把任何选定的一部分物质“孤立”起来 进行研究的对象。
相：在系统内部物理和化学性质相同而且完全均 匀的一部分称为相。相与相之间有分界面，可以 用机械的方法把它们分离开。在界面上，从宏观 的角度看，性质的改变是突然的，用P表示。
因为各种物质的平衡组成必须满足平衡常数关系式； 有一个（独立的）化学平衡，就有一个平衡关系式，
体系中就少一个可以任意指定的组成。 所谓独立的化学平衡，指该化学平衡不是由体系中的
其他化学平衡组合得到的。
.
11
组分数（组元，Component）
例如：体系中有CaCO3(s)、CaO (s) 和 CO2(g)三种 物质，在平衡时这三种物质建立了一个化学平衡：
.
9
组分数（组元，Component）
如果体系中各物种之间没有发生化学反应，一般说来 此时组分数等于物种数：C = S
✓ 例如：乙醇 溶于水，组分数
C=S=2 如果体系中各物质之间发生了化学反应，建立了化学
平衡，此时：
✓ 组分数 (C) = 物种数 (S) － 独立化学平衡数 (R)
.
10
组分数（组元，Component）
3）固相： ✓ 固溶体：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固体溶液，固体以分子或原子状态均匀地分 散到另一种固体的晶格中，形成性质均匀的固体溶液。 ✓ 对体系中的固体来说，如果固体之间不形成固溶体，则 不论固体分散得多细，一种固体物质就有一个相。 ✓ 而同一种固体的不同颗粒仍属同一相，因为尽管颗粒之 间有界面，但体相的性质是相同的。 ✓ 例如：糖和沙子混合，尽管混得很均匀，仍然是两个相。