6二元相图

材料科学基础（A）材料物理－学科基础课西南科技大学材料学院曹林洪[e-mail];13981172758办公室：西5（105）3楼7号二元凝聚系统，f=c－p+1=2－p＋1＝3－p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。二元系统相图的表示方法及杠杠规正则•相图表示方法0102030405060708090100AcontentmMT%BABT1Bcontent杠杠规则G=G1+G2Gb%=G1b1%+G2b2%M1b1b2M2MT%BABb1、E：低共熔点LA＋Bf=0TAE液相线LAf=1TBE液相线LBf=12、M点析晶路程一、具有低共熔点的二元系统相图ATBEA＋BA＋LB＋LTAB％LBMLp=1f=2M(熔体)L1[s1,(A)]LAp=2f=1L2[s2,A]LAp=2f=1E[sE，A＋(B)]LA+Bp=3f=0E(液相消失)[ME,A+B]p=2f=1[M3,A+B]ATBA＋LB＋LTAB％LBMA+BEL2S2L1S1SEMEM33、杠杆规则ATBA＋LB＋LTAB％LBMA+BEL2S2L1S1SEMEM3M2M1T1T2TE(1)T1：固相量S%=0;液相量L％=100%;(2)T2：S%=M2L2/S2L2×100％；L％＝M2S2/S2L2×100％(3)刚到TE:晶体B未析出，固相只含A。S%=MEE/SEE×100％；L％＝MESE/SEE×100％(4)离开TE：L消失，晶体A、B完全析出。SA%=MEB/AB×100％；SB%=MEA/AB×100％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：液相和固相组成一致。AAmBnBMNL＋ALA＋AmBnB+AmBnB+LL+AmBnL+AmBnE1E21、E1、E2均为低共熔点；2、冷却组成变化路线；3、杠杆规则；4、相图作用：当原始配料落在A－AmBn范围内，最终析晶产物为A和AmBn；当原始配料落在B－AmBn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，f＝0，是析晶终点，LA＋C；P：转熔点或回吸点，f＝0，不一定是析晶终点，L＋BC一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成皆不相同。bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaTEEPKL三、生成一个不一致熔融化合物的二元相图bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaEKL12析晶路线Lp=1f=2熔体1K[M,(B)]P[F,开始回吸B＋(C)]P[D，晶体B消失＋C]LPCp=2f=1E[H,C+(A)]E(液相消失)[O,A+C]LA+Cp=3f=0LBp=2f=1LP＋BCp=3f=0PFMGBCLDOH(2)同理可分析组成2的冷却过程。在转熔点P处，L＋BC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。BCLbL+AL+CA+CACBL+BTaEPDJFML2B+C(3)组成3在P点回吸，在L＋BC时L＋B同时消失，P点是回吸点又是析晶终点。bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaEPDL3BCLP点是过渡点，因为无B相生成。bL+AL+CA+CC+BACBL+BTaTEEPLLp=1f=2熔体4F[D,(C)]E[H,C+(A)]E(液相消失)[L，A＋C]LCp=2f=1LA+Cp=3f=04FDLH化合物在低温形成高温分解L+AL+BA+BACBA+CC+BETaTeTd1ABA+BA+CB+CA+BEL+AL+B化合物存在于某一温度范围内2四、固相中有化合物形成或分解的二元系统相图ABA+BA+CB+CL+AL+CL+B3升温形成，降温分解CC/DD/EHOP熔体3的冷却过程：LP+BCp=3f=0Lp=1f=2熔体3C[C/,(B)]LBp=2f=1P[D/,开始回吸B＋(C)]P(液相消失)[D，B＋C]B+Cp=2f=1[H,B+A][O,A+B]B+Ap=2f=1BCLC→A+B两种类型：A、在低共熔点下发生B、在低共熔点以上发生实例应用：1、CaO.Al2O3.2SiO2－SiO2系统相图，石英多晶转变温度在低共熔点1368℃之上，在液相中，-方石英-鳞石英的转变温度1470℃。2、CaO.SiO2－CaO.Al2O3.2SiO2系统相图，CS在低于低共熔点(1307℃)的温度，在固相中发生多晶转变：-CS-CS，转变温度为1125℃。五、具有多晶转变的二元系统相图A、在低共熔点下发生TETPB％ABA＋BA＋BA＋LB＋LETabB、在低共熔点以上发生aCPEA+LA+LA+BB+LLABB%特殊点E：低共熔点，f＝0，是析晶终点，LA＋B；P：晶型转变点，f＝0，不是析晶终点，L＋AL＋A1B％ABA＋BA＋BA＋LB＋LETaTETPPF/FDD/CC/1/b析晶路程：Lp=1f=2熔体1C[C/,(B)]LBp=2f=1E[D/,B＋(A)]A+Bp=2f=1[F，A＋B]E(液相消失)[D,B＋A]A+Bp=2f=1LA+Bp=3f=0[1/，A＋B]L→A+BA→A23aEA+LA+LA+BB+LLABB%DLAp=2f=1F[F/,(A)]F/FCPP[C,(A＋A)]E[D/，A+B]D/Lp=1f=2熔体2P[C,A]L+AA+Lp=3f=0AAE(L消失)[G，A＋B]GLA+Bp=3f=0A+B←LLAp=2f=11、点E：低共熔点LA＋Bf=0F：LGA＋LFf=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TFTEKTaGEbAA+BA+LA+LB+LL2L分相区OB％FBTFTEKTaGEbAA+BA+LA+LB+LL2L分相区OB％FB1两层p=1f=2熔体1L1L1/L1L1/L2L2/两层p=1f=2L2L2/PG[TF，(A)]F[TF，A]LGLF+Af=0LFAp=2f=1E[TE，A+(B)]LA+Bp=3f=0E(L消失)[O，A＋B]LA+B5、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。11、特点：无三相无变量点，即fMIN＝1两个相平衡点，例2点和7点。2、杠杆规则计算固液相量。ABCTTaTbS(AB)LL+S(AB)L+S(AB)B%236745OABTTaTbS(AB)LL+S(AB)B%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TAFGBCDEbaSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)SB(A)LTAFGBCEbaSA(B)+SB(A)SA(BSA(B)+LL+SB(A)SB(A)LD213E[D,(SA(B))＋SB(A)]T2P[S,(SB(A))]PST1SB(A)LLp=1f=2熔体1液态溶液LSB(A)p=2f=11/SB(A)+SA(B)p=2f=1[1/，SA(B)+SB(A)]QNT3ILSB(A)+SA(B)p=3f=0LSB(A)+SA(B)SA(B)SB(A)E(L消失)[H，SA(B)＋SB(A)]H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LSA(B)+SB(A)f=0点J：回吸点，f=0L+SA(B)SB(A)123AOPBbaFGJSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+SB(A)TAOPBbaSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LL+SB(A)T3J[F,开始回吸SA(B)＋(SB(A))]FJSA(B)L+SA(B)SB(A)p=3f=0SB(A)SB(A)p=1f=2[X，SA(B)+SB(A)]SB(A)HXLp=1f=2熔体3J[G，SB(A)]GD[C,(SA(B))]CDLSA(B)p=2f=1LSB(A)p=2f=1EFF(L消失)[E，SB(A)]L＋SB(A)SB(A)SA(B)+SB(A)刚离开J时组成SA(B)先消失L＋SA(B)同时消失L先消失J点:L＋SA(B)SB(A)312组成点123AOPBbaFGJSA(B)+SB(A)SA(B)SA(B)+LSB(A)L+SB(A)T专业相图：分析步骤：•了解系统中各种物质的性质，如是否有化合物、化合物是否一致熔融、在固相中生成还是分解、是否有固溶体形成以及多晶转变等。•以一致熔融化合物的等组成线为分界线，把复杂系统分解为若干简单分二元系统。•分析各分二元系统中的点、线、区所表达的相平衡关系。•分析熔体的冷却析晶过程或混合物的加热过程。应用杠杠规则计算系统中成平衡两相相对数量或百分含量。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)具体分析SiO2-CS分系统，解释为何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1250～2150℃之间。(5)会应用相图指导实际生产。C2S的多晶转变图10-14C2S的多晶转变要求：(1)会划分分二元系统；(2)无变量点的性质及相间平衡；(3)在SiO2-A3S2分系统中，(4)在A3S2－SiO2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料。分析粘土砖，其矿物组成?分析生产硅砖中Al2O3存在降低耐火度的影响?2、Al2O3-SiO2系统相图分析粘土砖，其矿物组成?石英和莫来石(A3S2),A3S2含量增加，耐火度增大，其中含Al2O3大约33％。注意：配料组成在E1F范围内，必须注意液相线的变化。分析生产硅砖中Al2O3存在降低耐火度的影响?因为此系统中在1595℃低共熔点处生成含Al2O35.5wt%d的液相，E1点靠近SiO2,当加入1wt％的，在1595℃就产生1：5.5=18.2％液相，与SiO2平衡的液相线从熔点1723℃迅速降为1595℃，因而使耐火度大大降低。图10-15Al2O3-SiO2系统相图20001800160014001200温度℃SiO220406080Al2O3摩尔％20406080L+Al2O31723L+SiO2E11595L+A3S2固溶体1850L1840E2Al2O3+A3S2固溶体A3S2固溶体SiO2+A3S2固溶体重量％2050L+A3S2固溶体F(1)划分二元分系统；(2)确定各无变量点的性质及相间平衡；(3)应用：镁质耐火材料配料中MgO含量应大于Mg2SiO4中MgO含量，否则配料点落入Mg2SiO4－SiO2系统，开始出现液相温度及全融温度急剧下降，造成耐火度急剧下降。注意：镁质砖(T共＝1850℃)与硅质砖