相图应用课件-09

相图应用陈树江辽宁科技大学1、系统：选择的研究对象。2、相(P)：体系中物理化学性质均匀的部分，有界面包围，可用机械法分离。3、组元（独立组元C）：构成平衡体系中各相所需要最少的独立成分，组元数往往不等于体系中存在的物质数。独立组元数=物种数-独立化学平衡关系式数-独立浓度关系数。独立组分数=3-1-1=14、自由度数（F)：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。§1-1、相图基础知识复习343()()(HclNHNHClNHgHClgnn分解摩尔比）5、相律：F=C-P+22—外界温度、压力影响F=C-P+1（凝聚系统）规律：系统组分数越多，F越大。相数越多，F越小。m1点：F=1-1+2=2m2点：F=1-2+2=1O点：F=1-3+2=06、相图：根据多相平衡的实验结果制成几何图形来描述温度、压力、组分的浓度在平衡状态下的变化关系。简单的说就是表示温度、压力、组分的浓度之间关系的图形。研究相图的方法1、动态法和静态法1）动态法：研究物质在加热和冷却过程中发生的热效应。固定一个组成研究温度的变化引起的热效应变化。方法：①由测温度时间曲线（步冷曲线）绘制相图;②由差热曲线（吸热放热峰）绘制相图;③由热膨胀曲线绘制相图;④电导法绘制相图。该方法不适合相变慢的情况。2)静态法（淬冷法）：在室温下研究高温相平衡状态。固定温度，研究不同组成的物质在该温度下的变化。相分析方法：显微镜、X射线衍射、高温显微镜、高温X射线衍射。该方法工作量大。热力学推导相图、计算机绘制相图。§1-2相图基本类型一、一元相图具有单向转变的单元相图具有双向转变的单元相图晶型Ⅰ晶型Ⅱ熔体实际一元相图经常接触的一元实际相图：SiO2、ZrO2、C2S、H2O、石墨等。870C1470C1723C-573163C180~270C--C石英鳞石英方石英熔体急冷石英鳞石英方石英石英玻璃117C-鳞石英重建相变：引起化学键的断裂及原子的重新组合，相变需要较大能量，过程进行缓慢，但体积效应较大。位移相变：不需要化学键破坏及原子的重新组合，可以由原子从原位置微位移（或键角转动）而实现，相变需要能量少，速度快，在一定温度下可迅速完成，该转变难控制。SiO2多晶转变的体积变化一级变体间的转变计算采取的温度/℃在该温度下转变时体积效应/%二级变体间的转变计算采取的温度/℃在该温度下转变时体积效应/%鳞石英石英方石英石英石英玻璃石英方石英石英玻璃1000100010001000+16.0+15.4+15.5-0.9石英石英鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英方石英方石英573117163150+0.82+0.2+0.2+2.8从相图可直接看出各晶型转变的温度及其稳定存在的温度范围，SiO2相图最重要的应用是在耐火材料中的硅砖，主要是对选择，控制硅质制品相组成的烧成条件有指导作用，如怎样应用相图来控制硅砖生产工艺得到理想制品？根据SiO2相变时的体积效应动力学因素，纵向相变时体积效应决定性影响。从这一点要制造稳定致密的硅砖，希望制品中鳞石英越多越好，这是硅砖烧成的核心问题，所以硅砖烧成T=1400~1430℃,另外就是确定合理的升温、降温速度，如，相变比较集中的温度＜600℃,冷却速度一定要慢，只有很好地控制这些，才能保证得到理想产品。二、二元相图1、十种基本类型二元相图①具有一个低共熔点的二元相图A+BA+LB+LLt,℃EGHABtAtB②具有一个一致熔化合物的二元系统相图一致熔化合物：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，将这种化合物加热熔化，生成液相，其液相组成与化合物组成相同。③具有一个不一致熔化合物的二元系统相图ABA+CA+LB+LLabtAtBt,℃B+CC+LCEPDTPTEJ不一致熔化合物：一种不稳定的化合物，加热这种化合物到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。④有一个化合物在固相分解的二元系统相图⑤具有多晶转变的二元系统相图⑥具有液相分层的二元系统相图⑦形成连续固溶体的二元系统相图⑧具有低共熔型的不连续固溶体的二元系统相图⑨具有转熔型的不连续固溶体的二元系统相图⑩具有最高点的连续固溶体型的二元系统相图ABtAtBSS+LS+LLht,℃二元实际相图常见的实际二元相图：Al2O3-SiO2、MgO-铁氧、Na2O-SiO2MgO-SiO2、MgO-Al2O3、MgO-CaO、MgO-Cr2O3CaO-SiO2、CaO-Al2O3、PbTiO3-PbZrO31.Al2O3－SiO3系相图Al2O3-SiO2系相图从1909年发表第一篇相图开始至今已有十几篇，Al2O3-SiO2系在耐火材料中应用相当广泛，从耐火砖划分可见，硅质、半硅质、粘土质、高铝质。(1)对硅砖而言，从相图可见，液相线非常陡，说明在硅砖中引入少量Al2O3会使SiO2熔点急剧降低，如按重量百分比在硅砖中引入1%Al2O3则在1595℃产生18.2%L相，因此对硅砖生产要严格控制Al2O3含量，防止原料中混入Al2O3，在使用中避免与高铝砖，MA砖接触，以免造成材料耐火度下降。(2)从相图可见，在E1点右侧，开始L相线较陡，以后较平缓，L相线陡对温度不敏感，L相线平缓对温度较敏感，如对一普通粘土砖组成33mol%Al2O3，67%SiO2，由相图可见，温度升到1595℃时产生50%L相，直到1700℃，L量为60%，当温度高于1700℃由于液相相线平缓，随温度升高，L量急剧增加，这使粘土砖软化，不能完全使用。(3)Al2O3＜5.5%，杂质Al2O3＞5.5%,Al2O3含量增加，高温性能增强，因为液化温度升高，生成高温相刚玉。(4)由组成估计L相量。Al2O3=5.5%-71.8%范围,在1600℃时:Al2O3(%)1020304671.8L(%)9680644002.CaO-SiO2二元相图组成（%）图中标点相平衡关系性质CaOSiO2温度(℃)ABCDEFGHIJKMNα-方石英+LBLAα-方石英+LBLAα-鳞石英+α-CSLCα-CSLDα-CSβ-CSα-CS+C3S2LFC3S2α-C2S+Lα-C2SLHα-C2Sα，-C2Sα，-C2Sγ-C2Sα-C2S+C3SLKC3SCaO+LC3Sα，-C2S+CaO熔融分解熔融分解低共熔一致熔双向转变低共熔不一致熔一致熔双向转变双向转变低共熔不一致熔固相反应0.6283748.248.254.555.565656567.573.673.699.4726351.851.845.544.535353532.526.426.4170517051436154411251460146421301450725205020701250（1）指出其中分解熔融化合物，并写出反应式？（2）CS与SiO2以1：4混合，求该混合物在1600℃的平衡相及其比例，若此状态下有液相生成，指出该液相的组成（3）请绘图描述CaO：SiO2=20:80，50:50，60:40的混合物随温度升高液相生成量的变化特征？（4）硅砖生产中以石灰乳为结合剂和矿化剂，一般加入量以CaO计不超过3%，求这个加入量随加热液相生成量的变化？207031464322CCCSLCaOCSLCS（1）指出其中分解熔融化合物，并写出反应式？（2）CS与SiO2以1：4混合，求该混合物在1600℃的平衡相及其比例，若此状态下有液相生成，指出该液相的组成。2222%100%42%%=100%58%CaOCSiO%=100%68%SiOCaOSiOCCaO%100%32%SiOCaOoaLabobab方石英液相组成为：aobC（3）请绘图描述CaO：SiO2=20:80，50:50，60:40的混合物随温度升高液相生成量的变化特征？XYZ（4）硅砖生产中以石灰乳为结合剂和矿化剂，一般加入量以CaO计不超过3%，求这个加入量随加热液相生成量的变化？L%T(℃)14001600180020406080100(1436,8.1)(1470,18.5)(1705,100)3.CaO-Al2O3二元相图现有两种铝酸盐水泥的化学成分及耐火度如下：试用Al2O3-CaO系统相图分析下列问题:(1)此两种水泥的主要矿物组成;(2)解释两种水泥的耐火度为什么不同;(3)Al2O3含量为40%的原始物料熔融后冷却过程的相变化，并计算在1500℃时液相和固相的百分含量。水泥品种主要化学成分，%耐火度，℃Al2O3CaOSiO2Fe2O3低钙铝酸盐水泥69．8019．904．433．401690矾土水泥57．0133．104．582．1914504.CaO-MgO二元相图在CaO-MgO系统相图中（见图）有一原始配料点P，其组成为CaO60%，MgO40%，试分析下列问题（1）组成P加热过程中相变化；（2）组成P在2400℃时有哪几相平衡共存及各相相对百分含量；PP’abo2400℃有L和MgOss%100%,100%ssoaLabobMgOab在CaO-MgO系统相图,有一原始配料点P，其组成为CaO60%，MgO40%，试分析下列问题（1）组成P加热过程中相变化；（2）组成P在2400℃时有哪几相平衡共存及各相相对百分含量；5.MgO-SiO2二元相图组成，%图中符号相间平衡关系平衡性质MgOSiO2平衡温度，℃ABCDEFF‘MgOLM2SLMgO+M2SLM2S+LDMSMS+SiO2LFLLF+SiO2FLLF+SiO2熔点熔点低共熔点转熔点低共熔点熔融分相熔融分相10057.2643836.5310.8042.8366263.56999.22805(2800)18901860155715431703(1695)1703(1695)6、MgO-Al2O3系统有一个化合物MA尖晶石，熔点2105℃，具有许多优良性质，可与MgO形成固溶体，是有很大价值的高温相组成，MA作为方镁石陶瓷结合相可显著改善热震稳定性。（1）从相图可见，Al2O3在高温下可部分固溶到MgO中，max=18%，从提高耐火度角度，MA制品的配料组成应偏于MgO侧，即Al2O3量＜18%,这可使系统具有较高的T始和T液化，如Al2O3含量5%，10%时，T始=2500℃,2250℃,T液化=2780℃,2750℃。（2）已知组成（15wt%Al2O3，85wt%MgO）计算2400℃,2000℃各相量？abo%100%%,100%2400abobaboaLC方镁石7.MgO-MgO·Cr2O3二元相图（1）30%Cr2O3，70%MgO组成的熔体自高温缓慢和急速两种方式冷却至1700℃，请分别推断描绘它们的显微结构特点？（2）上述问题若MgO、Cr2O3各50：50的熔体，其显微结构又有何不同？三、三元相图1、三元相图十种基本类型①具有三元最低共熔点的相图②具有一个一致熔二元化合物的三元相图③具有不一致熔二元化合物的三元系统相图④具有一致熔三元化合物三元系统相图⑤具有不一致熔三元化合物的三元相图具有双升点型的相图具有双降点型的相图⑥具有高温稳定(低温分解)的二元化合物的三元系统⑦具有低温稳定(高温分解)的二元化合物的三元相图C⑧具有多晶转变的三元相图⑨具有液相分层的三元相图2、等温截面图等温截面:用一定温度的平面，即平行于底平面的等温截面去截相图的立体图，把所得交线画于平面上就是等温截面，等温截面又称横截面或等温断面图。这些截面的截痕就是液相等温线和固相等温线，通过在这些等温线上的平衡相各点，在等温线的中间可以做出许多直线（结线），结线两端为在此温度下相平衡的两相