材料科學(xué)基礎(chǔ) (6.3)二元相圖(2)


?前言:
? ?最近對(duì)學(xué)習(xí)的興趣驟然喪失了許多,很奇怪,筆者需要通過(guò)別的信息來(lái)重新洗腦自己喜歡學(xué)習(xí)。在寫(xiě)這篇文章之前,筆者不得不感慨一下人與人之間聯(lián)系所帶來(lái)的溫暖,我又充滿力量了(bushi)
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? ?今天我們接著來(lái)討論二元相圖的主要種類

四 固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖
? ????這類相圖的特點(diǎn)是,化合物AmBm不會(huì)直接隨著液相溫度降低而析出生成,而是在生成A+B的固相后,由A+B反應(yīng)生成,此種化合物只在特定溫度區(qū)間范圍內(nèi)存在。
? ? ?因?yàn)榛衔锸怯晒滔嗟腁與B反應(yīng)生成,故A和B在反應(yīng)后可能會(huì)有所剩余。哪種物質(zhì)更多,則反應(yīng)結(jié)束后會(huì)與AmBm組成相應(yīng)混合的固相。接下來(lái)我們一起來(lái)看相圖

? ? ?左邊的相圖是化合物固相分解發(fā)生在一個(gè)溫度的相圖,右邊的相圖是化合物固相分解在兩個(gè)溫度的相圖。
? 我們可以看出,固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖是具有一個(gè)低共融點(diǎn)相圖的加強(qiáng)版,僅僅在溫度更低的時(shí)候根據(jù)初始組成成分的不同,最終產(chǎn)物也不同。
五 具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖
? ? 具有多晶轉(zhuǎn)變的情況時(shí),主要針對(duì)多晶轉(zhuǎn)變的條件對(duì)相圖進(jìn)行調(diào)整,以確保該物質(zhì)的每一種穩(wěn)定晶型都有其穩(wěn)定存在的相區(qū)。
? ? 如果多晶轉(zhuǎn)變溫度高于低共熔溫度,這意味著在多晶轉(zhuǎn)變發(fā)生的時(shí)候,仍然存在有液相。發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變的溫度成為一條界限,該溫度之上是一種穩(wěn)定的晶型,溫度之下變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定的晶型。

? 另一種情況就比較簡(jiǎn)單了,由于多晶轉(zhuǎn)變溫度低于低共熔溫度,在晶相轉(zhuǎn)變的時(shí)候已經(jīng)沒(méi)有液體的存在,直接在固相區(qū)完成轉(zhuǎn)變。

?六 形成連續(xù)固溶體的二元相圖
? ? ?溶質(zhì)和溶劑能以任意比例互相溶解的固溶體稱連續(xù)固溶體。
? ? ?因?yàn)榻M元A和組元B在任何情況下都可以任意互溶,這意味著沒(méi)有低共熔點(diǎn),所以液相線和固相線是平滑的曲線,沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。同樣,這樣的組成意味著,該圖中不存在真正的無(wú)變量點(diǎn)。

? ?固溶體的凝固依靠組元的擴(kuò)散,在析晶過(guò)程中固溶體要不斷地調(diào)整組成以便與液相保持平衡。而固溶體是晶體,這意味著在晶體中原子的擴(kuò)散遷移速度很慢,不像液態(tài)溶液那樣容易調(diào)節(jié)組成,要達(dá)到“平衡凝固”,只有冷卻的過(guò)程足夠緩慢,在相變過(guò)程中有充分的時(shí)間進(jìn)行組元間的擴(kuò)散,以達(dá)到平衡相的成分。
?? 如果冷卻的太快會(huì)怎么樣呢?
? ? 組元來(lái)不及進(jìn)行充分的擴(kuò)散,導(dǎo)致原子分布不均勻,而在析晶時(shí)發(fā)生不平衡的現(xiàn)象,即產(chǎn)生偏析現(xiàn)象。
? ?為了更好的描述偏析現(xiàn)象,我們根據(jù)溶質(zhì)在固相中的濃度組成的比值,引入分布系數(shù)K0。

?Cs是溶質(zhì)在固相中的濃度
?CL是溶質(zhì)在液相中的濃度
?如果溶質(zhì)使得體系熔點(diǎn)降低,K0<1。因?yàn)榇藭r(shí)溶質(zhì)在液相中濃度更高了,這意味著體系中的物質(zhì)更容易變?yōu)橐合唷?/p>
?反之可推,?如果溶質(zhì)使得體系熔點(diǎn)升高,K0>1。
?而固液同成分點(diǎn),K0=0。

? 在連續(xù)固溶體相圖中還有兩種特殊情況即具有“最高熔點(diǎn)”和“最低熔點(diǎn)”的系統(tǒng)。這兩種相圖可以看成是由兩個(gè)簡(jiǎn)單連續(xù)固溶體二元相圖構(gòu)成的。體系中的平衡關(guān)系可由分相圖來(lái)分析,也可以把相圖中的最高熔點(diǎn)C和最低熔點(diǎn)M看成是“同成分熔點(diǎn)”/“同成分點(diǎn)”。
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七 形成不連續(xù)固熔體的二元相圖
? 不連續(xù)固溶體意味著,溶質(zhì)只能以一定的限量溶入溶劑,超過(guò)限度便會(huì)出現(xiàn)第二相。根據(jù)無(wú)變量點(diǎn)的性質(zhì)不同,我們把這類相圖分為兩部分。
(1)具有低共熔體的有限固溶體的二元系統(tǒng)相圖?

由相圖我們可以看出有三個(gè)無(wú)變量點(diǎn),即C E D。 從過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)可知,E點(diǎn)為低共熔點(diǎn),在液相到達(dá)E點(diǎn)后,繼續(xù)降溫會(huì)共熔生成兩種分別溶解在彼此的固溶體。而C點(diǎn)和D點(diǎn)表示界限,原始組分點(diǎn)如果在C點(diǎn)的左邊,則意味著最終只會(huì)析出B組元溶解在A晶體中所形成的固溶體。畢竟A的含量比較多,此時(shí)作為溶劑。而D點(diǎn)則是B含量較多的情況。
這引出一個(gè)思考,即使相圖中有最低共熔點(diǎn),并不意味著所有的結(jié)晶都在那里結(jié)束。具體的結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)的位置與原始熔體的組成息息相關(guān)。
(2)具有轉(zhuǎn)熔點(diǎn)的有限固溶體的二元系統(tǒng)相圖
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? ? 粗略的一看圖,我們可以看到圖中有三個(gè)無(wú)變量點(diǎn)? P C D,讓我們來(lái)分析一下它們。首先是P點(diǎn),它顯然是一個(gè)轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 。而C D 為界限點(diǎn),它們可以幫助劃分原始組分點(diǎn)所在的位置,從而了解其結(jié)晶路徑。
所有在PD范圍內(nèi)冷卻到此溫度是都會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)熔,而區(qū)別在于A和B的原始組分。

? 還有一種是具有液相分層的二元系統(tǒng)相圖,在此不做分析。


? ? ? ?下次更新將是三元系統(tǒng)相圖喵