第五章相平衡和相图单元系2ppt课件.ppt

第五章相平衡与相图 材料科学基础 第二节单元系相图 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 单组元系统中 相与 相的Gibbs自由能曲面 G P T 单组元系统中 相的Gibbs自由能曲面 G P T 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 概述C 1 F C P 2 3 PP 1 f 2 P 2 f 1 P 3 f 0 1 单元系中平衡共存的相数最多为3 三相平衡共存时 自由度为零 压力和温度有确定值 在相图上表示为一个点 2 系统由单相组成时 系统的自由度最大 单相可以在一定温度和压力范围存在 单相在对应于相图中一定面积的区域 3 两相平衡共存时 自由度为1 压力和温度不能独立变化 T和P之间存在定函数关系 两相平衡共存对应于相图中的一条曲线 材料科学基础 第五章相平衡与相图 1 第二节单元系相图 简单相图 水 1 点 线 区的意义相区 单相平衡区 固相S 液相L 气相G线 两相平衡共存线AO 固气两相平衡共存S G 固相升华曲线 两相平衡反应S G OC 固液两相平衡共存S L 固相熔化曲线 两相平衡反应S L OB 气液两相平衡共存L G 液相蒸发曲线 两相平衡反应L G 点 液固气三相平衡共存点O临界点C 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 在单组元相图中 面上的最平淡无奇 它只不过表明物质处于某一相的状态 最有兴味的是线上的点 不仅代表了两相平衡的状态 而且标志着物质相状态的突变 同时伴随着系统体积的变化 热的吸收和释放 还代表了两相平衡时温度与压力的函数关系 最为奇妙的是临界点C 在临界点以上 液气不可区分 经过临界点的相变没有体积突变和潜热 没有亚稳状态 而物理性质却发生突变 这是物理学家最为感兴趣的课题 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 2 两相平衡线的斜率保持两相平衡 温度和压力不可以任意独立改变 改变压力 两相平衡的温度相应改变 不同的压力条件下 对应着不同的平衡温度 两相平衡线的斜率可以用克拉贝龙 克劳修斯方程表达 材料科学基础 第五章相平衡与相图 平衡温度随压力增大而升高 两相平衡线随压力升高远离压力轴 平衡温度随压力增大而降低 两相平衡线随压力升高靠近压力轴 第二节单元系相图 固相比容大于液相比容固相比容小于液相比容 材料科学基础 第五章相平衡与相图 A 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 曲线斜率的的大小和正负取决于两相的摩尔体积和相变潜热 同一物质 升华 蒸发 熔化 固态下低温相转变为高温相 系统吸热 升华和蒸发时系统体积总是增大 两相平衡温度随压力增大而升高 曲线随压力升高远离压力轴 吸热为正 第二节单元系相图 熔化时系统体积膨胀 熔化曲线随压力升高远离压力轴 固相的熔点随压力增大而升高 大多数物质熔化时体积膨胀 统称为硫型物质 图中三相点O点代表液体能够稳定存在的最低温度 熔化时系统体积收缩 熔化曲线随压力升高靠近压力轴 固相的熔点随压力增大而降低 冰 铋 镓 锗等少数物质熔化时体积缩小 统称为水型物质 图中三相点O点代表固体能够稳定存在的最高温度 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 有晶型变化的相图 纯Fe 1 在固态下 在不同的温度和压力范围存在不同晶型的相 称为同素异晶体 2 随温度和压力的变化发生晶型的变化 称为同素异构的转变 3 纯Fe是同素异构晶体 在固态下可以形成四种晶体结构 Fe体心立方结构 Fe面心立方结构 Fe密排六方结构 高压相 Fe体心立方结构 高温相 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 材料科学基础 第五章相平衡与相图 纯Fe相图 Tm A4 A3 A2 L Fe Fe Fe T 第二节单元系相图 1 点 线 区单相区两相平衡线三相平衡点 2 固态两相平衡线斜率分析密排六方和面心立方结构均为密堆结构 具有较高的配位数 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 3 SiO2的相图 1 晶型在常压下 有7种晶型 可分为三种同素异构系列 每个系列中又有高温变体和低温变体 石英 鳞石英 方石英 2 根据转变速度和转变类型 石英个变体之间的转变可分为 一级变体之间的转变二级变体之间的转变 材料科学基础 第五章相平衡与相图 第二节单元系相图 一级变体之间的转变 不同系列之间石英 鳞石英 防石英 熔体之间的转变 这种转变是高温型态之间的转变 各晶型之间的结构差别很大 转变时要破坏原来结构 即所有的结合键都要打破 即发生重建型转变 转变速度非常缓慢 二级变体之间的转变 同系列中的 晶型的转变 也称为高 低温晶型的转变 各变体的结构差别不大 转变时不必打开结合键 只是原子的位置发生位移和Si O Si键角稍有变化 即发生位移型转变 转变速度迅速 转变可逆 当冷却速度不够缓慢时 高温型变体常以介稳态存在 转