《材料科学基础》 Fundamentals of Materials Science 第六章
--------------------------------------------------------------------------------------
西安工业大学材料与化工学院 王正品 1 第六章 三元相图
Chapter 6 Ternary Phase Diagram
本章基本问题：
1. 三元合金相图的几何原理。
2． 直线定律与重心法则的应用。
3． 三元匀晶相图和三元共晶相图。
4．立体图在浓度三角形上的投影图、水平截面图和垂直截面图。
5．三元合金相图的分析方法。
6．三元合金结晶过程中相与组织的转变规律。
7．实用三元合金相图进行分析。
Questions for chapter 6
1. What is the representation of ternary phase diagram?
2. How to apply the lever rule and a tie triangle to compute the fractions of phases present
at equilibrium?
3. How to understand ternary isomorphous phase diagram and ternary eutectic phase
diagram?
4. How to draw the projection of 3-D ternary phase diagrams on to the base and how to
draw the horizontal sections and vertical sections?
5 . How to analyze a ternary phase diagram?
6. What are phase transformation rules for ternary alloys?
湖南工学院
材料物理化学 第六章 相平衡与相图
1、什么是平衡状态？影响平衡的因素有哪些？
解：平衡态：不随时间而发生变化的状态称为平衡状态。影响平衡的因素有：
温度、压力、组分浓度等。
2、什么是凝聚系统？什么是介稳平衡？
解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。介稳平衡：即热力学非
平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。
3、简述一致熔化合物与不一致熔化合物各自的特点。
解：一致熔化合物是指一种稳定的化合物。它与正常的纯物质一样具有固
定的熔点，熔化时，所产生的液相与化合物组成相同，故称一致熔融。
不一致熔化合物是指一种不稳定的化合物。加热这种化合物某一温度便发生分
解，分解产物是一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成皆不相同，故称不
一致熔融。
4、比较各种三元无变量点（低共熔点、双升点、双降点、过渡点和多晶转变点）
的特点，写出它们的相平衡关系。
解：低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，
或加热时同时融化。
ELASC
双升点：处于其相应的副三角形的交叉位的单转熔点。
PLABS
双降点：处于其相应的副三角形的共轭位的双转熔点。
RLABS
5、简述SiO2的多晶转变现象，说明为什么在硅酸盐产品中SiO2经常以介稳
状态存在？
解：在573℃以下的低温，SiO2的稳定晶型为b －石英，加热至573℃转变
为高温型的a －石英，这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生
逆转变。如果加热速度过快，则a －石英过热而在1600℃时熔融。如果加热速
度很慢，则在870℃转变为a －鳞石英。a －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a －石英；当迅速冷却时，沿
虚线过冷，在163℃转变为介稳态的b －鳞石英，在117℃转变为介稳态的g －湖南工学院
材料物理化学 鳞石英。加热时g －鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为b －鳞石
第六章 相平衡
内容提要：本章系统阐述相图的基本原理并结合实际介绍了相图在无机非金属的研究和生产实践中的具体应用。
硅酸盐系统中的组分、相及相律：
相——体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和称为相。
组元——系统中每一个能单独分离出来并独立存在的化学均匀物质称为物种或组元。
独立组元数——决定一个相平衡系统的成分所必需的最少物种（组元）数成为独立组元数。
独立组元数=物种数-独立化学平衡关系式数
自由度——在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变数称为自由度。相律数学式为：
nPCF
式中P——系统平衡时的相数；
F——独立可变数的数目即自由度；
C——独立组元数即组分数；
n——外界因素的独立变量。
如果外界因素只有温度和压力影响时，相律关系式为2PCF，对于凝聚体系（不考虑压力）相律为：1PCF
凝聚系统相图测定方法：
1、淬冷法（静态法）
在高温充分保温的试样迅速掉入淬冷容器，然后用X射线、电子显微镜等对试样进行物相鉴定。当试验点足够多，温度与组成间隔小时能获得准确的结果。这是凝聚系统相图测定的主要方法，缺点是工作量相当大。
2、热分析法（动态法）
冷却曲线法系通过测定系统冷却过程中的温度-时间曲线、并通过曲线的连续、转折或水平段出现的温度来确定相变化。
差热曲线法试用于相变热效应小的试样，其原理是将被测试样及惰性参比物放在相同热环境中，以相同速率升温，当试样有相变而产生热效应时与参比物之间产生的温差用差热电偶检测，根据差热曲线峰或谷的位置判断试样发生的相变温度。
三元系统相平衡基本原理：
组成表示法：用等边三角形表示三元系统中各组成相对含量，此三角形称为组成三角形或浓度三角形。
等含量规则：平行于浓度三角形某一边的直线上的各点，都含有等量的对面顶点组元。
等比例规则：浓度三角形一顶点和对边上任一点的连线上各点的体系中其它两个组元的含量比值不变。
第六章 相平衡
一
、单项选择题(每题2分,共20题)
1、对于形成简单低共熔混合物的二元相图，当组成为x 的系统平衡冷却到T 时（如下图所示），固液二相的质量比为（ ）。
A、ms:ml=ac:ab
B、ms:ml=bc:ab
C、ms:ml=ac:bc
D、ms:ml=bc:ac
2、在二组分系统恒温或恒压相图中，系统点与相点一致的是（ ）。
A、三相线
B、单相区
C、两相平衡区
D、不存在
3、p 时，A液体与B液体在纯态时的饱和蒸气压分别为40 kPa和46.65 kPa，在此压力下，A，B形成的完全互溶二组分系统在xA=0.5时，组分A和组分B的平衡分压力分别是13.33 kPa和20 kPa，则此二组分系统常压下的T-x图为下列图中的( )。
A、(1) B、(2)
C、(3)
4、A，B双组分液态完全互溶系统，若其p-x图上p-x曲线出现极小值，则其t-x图上，t-x曲线：( )。
A、有极大值；
B、有极小值；
C、没有极值。
5、在相图上，系统只存在一个相的点有（ ）。
A、熔点
B、低共熔点
C、恒沸点
D、临界点
6、根据吉布斯相律，双组分平衡系统的最大自由度数为：( )。
A、2
B、3
C、1
7、在101325 Pa的压力下，I2在液态水和CCl4中达到分配平衡(无固态碘存在)则该系统的条件自由度数为：( )。
A、f’= 1
B、f’=2
C、f’=0
D、f’=3
8、 已知纯液体A和B，其沸点分别为t*A=116 °C，t*B=80 °C，A和B可以形成双组分理想液态混合物，将某一定组成的该液态混合物进行精馏(完全分离)时，则：( )。
