硅酸盐相图PPT课件

.,1,相图,.,2,相图描述材料系统的状态随系统的温度、压强、浓度等变化的关系图。从相图上可以看出材料内部由哪些相构成、各相的组成是什么、含量多少以及它们随温度、压强和材料成分与生产工艺、使用条件等变化的规律。相图上每一个点都表示一个状态，都有明确的物理意义。,.,3,相关的基本概念Gibbs相律,自由度数,独立组分数,相数,外界因素,.,4,f：自由度数：在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。,f=0，无变量系统f=1，单变量系统f=2，双变量系统,.,5,组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质。,独立组分数(C)：决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组分数。,盐水溶液：NaCl、H2O组分Na+、Cl-、H+、OH-不是组分,C=1，单元系统C=2，二元系统C=3，三元系统,.,6,组分数和独立组分数只有在特定的条件下，其含义才相同。,系统中不发生化学反应，则独立组分数=组分数系统中如果发生化学反应，则每一个独立化学反应都要建立一个化学反应平衡关系式，就有一个化学反应平衡常数K。独立组分数=组分数-独立化学平衡关系式数,例如CaCO3加热分解：,独立组分数=3-1=2,.,7,相/Phase,相是体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和，相与相之间有界面，各相可以用机械方法加以分离，越过界面时性质发生突变。,特征：一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相；一种物质可以有几个相；固体机械混合物中有几种物质就有几个相；一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。,空气、盐水等,水有固相、液相和气相,.,8,凝聚态系统：凡是能够忽略气相影响，只考虑液相和固相的系统。,n=1，温度,.,9,非凝聚态系统：需要考虑气相影响的系统。,n=2，温度、压力,.,10,3.2一元系统相图,一元系统：c=1,相律,不可能出现4相或更多相平衡,温度、压力,.,11,3.2.1水的相图,3个单相区,2个自由度：温度、压力,水的饱和蒸汽压曲线（蒸发曲线）,冰的饱和蒸汽压曲线（升华曲线）,冰的熔融曲线,O点：三相点,系统中冰、水、汽三相平衡,f=0，无变量,曲线oc向左倾斜，斜率为负值,冰融化吸热：H0体积收缩：V0,水型物质,硫型物质,.,12,3.2.2可逆和不可逆多晶转变的单元相图,4个单相区,晶型I的升华曲线,晶型II的升华曲线,熔体的蒸汽压曲线,3相平衡点：晶型I、晶型II和气相,3相平衡点：晶型II、熔体和气相,晶型转变线,晶型II熔融曲线,.,13,图中虚线表示系统中可能出现的介稳平衡状态,BFGH：过热晶型I的介稳单相区,HGCE：过冷熔体的介稳单相区,crystalII,G,BGC和ABK：过冷蒸汽的介稳单相区,介稳两相平衡过热晶型I熔融曲线,KBF：过冷晶型II的介稳单相区,BG：过热晶型I升华曲线,GC：过冷熔体蒸汽压曲线,KB：过冷晶型II蒸汽压曲线,G：介稳三相点,.,14,图3-3a可逆多晶转变的单元相图,特点：晶型转变温度低于二个晶相的熔点，晶型转变温度点处在稳定相区之内。,G,过热晶型蒸汽压曲线与过冷熔体蒸汽压曲线的交点：晶型的熔点,B,C,晶型和晶型的转变点,晶型的熔点,转变关系为：,可逆转变,.,15,图3-3b不可逆多晶转变的单元相图,特点：晶型转变温度高于二个晶相的熔点，晶型转变温度点处在稳定相区之内。,1,晶型的熔点,2,晶型的熔点,3,晶型和的转变点实际上不能得到点3,转变关系为：,不可逆转变,.,16,3.2.3SiO2系统,6个单相区、9条界线、4个三相点,蒸汽,.,17,.,.,18,.,19,3.3二元系统典型的二元系统有:Me2O-SiO2;MeO-SiO2;MeO-Al2O3；Me2O3-SiO2;Me2O3-Al2O3;MeO-ZrO2；Si3N4-Al2O3;Si3N4-AlN；Me2O3-ZrO2;Al-Ti；Al-Mg。,.,20,3.3.1二元相图的基本类型,二元系统：c=2,相律,不可能出现4相或更多相平衡,温度、浓度,凝聚系统,.,21,具有一个低共熔点的简单二元相图,特点：两个组分在液态时能以任何比例互溶，形成单相溶液；但在固态时则完全不互溶，二个组分各自从液相中分别结晶。组分间无化学作用，不生成新的化合物,A的熔点,B的熔点,A和B的二元低共熔点,液相线,固相线,4个相区：L、L+A、L+B、A+B,.,22,以组成为M的配料加热到高温完全熔融,然后平衡冷却析晶。,M的熔体M,T=T，Lp=1,f=2,t=TC,C点,液相开始对A饱和，L+Ap=2,f=1,t=TE,E点,从液相中不断析出A晶体,液相同时对晶体A和B饱和p=3,f=0,当最后一滴低共熔组成的液相析出A晶体和B晶体后，液相消失,.,23,3个概念：系统组成点、固相点、液相点,简称：系统点。取决于系统的总组成，由原始配料组成决定对于M配料，系统点在MM线上,系统中的液相组成和固相组成随温度不断变化，液相点和固相点的位置也随温度不断变化,.,24,杠杆规则,如果一个相分解为2个相，则生成的2个相的数量与原始相的组成点到2个新生相的组成点之间线段成反比。,TD温度下的固相量和液相量,.,25,析晶路程表示法,液相点,固相点,.,26,生成一个一致熔化合物的二元相图,相当于两个具有低共熔点的简单相图,.,27,一致熔化合物与不一致熔化合物,一致熔化合物是一种稳定的化合物；与正常的纯物质一样具有固定的熔点；熔化时，产生的液相与化合物组成相同。,不一致熔化合物是一种不稳定的化合物；加热到一定温度会发生分解；分解产物是一种液相和一种固相；液相和固相的组成与化合物组成都不相同。,.,28,生成一个不一致熔化合物的二元相图,Tp：化合物分解,P点组成的液相,B晶体,CLp+Bp=3,f=0,平衡冷却过程,转熔点/回吸点,.,29,熔体2,T，Lp=1,f=2,Tk,LBp=2,f=1,TP,LP+BCp=3,f=0,液相点在P点不变，液相量在减少，同时固相组成中B晶体在不断减少，C晶体在不断增加，至D点B晶体被回吸完毕p=2,f=1,TE,低共熔点析晶结束,.,30,析晶路程表示法,液相点,固相点,.,31,生成一个在固相分解的化合物的二元相图,.,32,具有多晶转变的二元相图,.,33,形成连续固溶体的二元相图,液相线aL2b以上相区为高温熔体,特点：没有无变量点，系统中只存在液态溶液和固态溶液。,固相线aS2b以下相区为固溶体,液态溶液与固溶体平衡的固液二相区,M高温熔体平衡冷却,.,34,形成有限固溶体的二元相图,特点：组分A、B间可以形成固溶体但溶解度有限，不能以任意比例互溶。,2个固溶体7条线6个相区3个无变量点,.,35,析晶路程表示法,液相点,固相点,.,36,具有液-液相分相的二元相图,特点：二个组分在液相不完全互溶，只能有限互溶。CKD：帽形区,液相分为二相：组分B在组分A中的饱和溶液L1组分A在组分B中的饱和溶液L2,临界点/临界温度,.,37,Al2O3-SiO2系统二元相图,A3S2(莫来石)：一致熔化合物固溶少量Al2O3,陶瓷、耐火材料,分系统:A3S2-Al2O3,优质耐火材料,.,38,分系统：SiO2-A3S2,在SiO2中加入1%Al2O3根据杠杆规则，1595C下产生1:5.5=18.2%的液相量，硅砖耐火度下降与SiO2平衡的液相线从SiO2熔点1723C向E1点1595C迅速下降，因此硅砖的熔化温度急剧下降。,硅砖中严防混入Al2O3,液相线E1F:15951700C陡，17001850C平缓配料时的组成范围,.,39,Al2O3-SiO2二元相图,自由度:f=3-P,M2,S2,S3,L1,S1,L2,L3,A2,A1,M1,L1S2:F=1,结晶,S1L1:F=2,冷却,S2点：F=0,转熔L2+A2=M1,S2S3:F=1,结晶,S3:F=0,结晶同时析出S和A,.,40,MgO-Al2O3二元相图,S,L1,S1,L3,L2,S1,L1L2:F=2,冷却,L2:F=1,析出方镁石SS,直到S:F=0,共晶析出方镁石SS和尖晶石SS,L3:F=0,低共熔点,.,41,图3.6MgO-Al2O3二元相图,S,L1,S2,L3,L2,S1,L1L2:F=2,冷却,L2:F=1,析出尖晶石SS,直到S,液相消失,F=2,液想终点L3,固相点S,SS2:F=2,冷却,直到S2,尖晶石SS分解为尖晶石和刚玉,F=1,S3,.,42,3.4三元系统典型的三元系统有:Me2O-MeO-SiO2；Me2O-Al2O3-SiO2；Me2O-MeO-SiO2；ZrO2-Al2O3-SiO2；Si3N4-Al2O3-AlN；Fe-Cr-Ni；Mg-Al-Si,.,43,3.4.1三元相图的基本概念,三元系统：c=3,相律,不可能出现5相或更多相平衡,温度、浓度,凝聚系统,.,44,3.4.2表示方法,初晶区,将立体图向浓度三角形底面投影成平面图,D,.,45,MgO-Al2O3-SiO2三元相图,石英,方镁石,莫来石,刚玉,橄榄石,顽火辉石,堇青石,.,46,三元系统中的杠杆规则,N,.,47,三元系统重心规则,重心位置,低共熔点+=L,含共晶转变点的四相区,在此三角形中的无变点为三元低共熔点,.,48,交叉位置,双升点+=+L,含包共晶转变点的四相区,在此三角形中的无变点为转熔点,系统中存在一个三元不一致熔融化合物,.,49,交叉位置,双降点=+L,是含包晶转变点的四相区,在此三角形中的无变点为转熔点,系统中存在一个三元不一致熔融化合物,.,50,连接线规则:在三元系统里两个晶相初晶区相交的界线(或其延长线),如果和这两个晶相的组成点的连接线(或其延长线)相交,则界线上的温度随着离开上述交点而降低。,.,51,切线规则:S1、S2为两种晶相组成点；ABCD为相应的相界线；C为由S2向界线ABCD所作切线的交点。LL1:低共熔过程；LS1+S2(+L1):转熔过程,+S1+S2切线规则,.,52,作界线上任一点的切线,若切线与界线相应的两晶相组成点连线的延长线相交,则冷却时该点上进行的是转熔过程,并且是远离交点的那个晶相被转熔。若交点在两组成点连线之间,则进行的时低共熔过程。,.,53,3.4.3三元相图的基本类型,具有一个低共熔点的简单三元相图,三个组分各自从液相中分别析晶，不形成固溶体。不生成化合物，液相无分层现象,高温熔体,对C晶体饱和：p=2,f=2,定比例规则,到达界线：同时对晶体C、A饱和;p=3,f=1,低共熔点:同时对晶体C、A、B饱和，p=4,f=0;至液相消失,.,54,在CCAA平面内,.,55,析晶路程：,液相点,固相点,CFM,.,56,杠杆规则计算液相量和固相量,液相到达D点时：,.,57,生成一个一致熔二元化合物的三元相图,在三元系统中某二个组分间生成的化合物称为二元化合物,相当于2个简单三元相图的组合,二元化合物的组成点在浓度三角形的一条边上,一致熔化合物的组成点在其初晶区内,正确划分副三角形,正确应用相应各规则判断点线的性质,.,58,生成一个不一致熔二元化合物的三元相图,不一致熔二元化合物组成点不在其初晶区,界线pP由二元相图的转熔点p发展而得：,转熔线,冷却时pP界线上的液相回吸晶体B而析出晶体S,.,59,生成一个固相分解的二元化合物的三元相图,R点:没有相应的副三角形,R点是一个双转熔点,过渡点不是析晶的结束点,.,60,具有一个一致熔三元化合物的三元相图,三元化合物,一致熔,正确划分副三角形,正确应用相应各规则判断点线的性质,.,61,具有一个不一致熔三元化合物的三元相图,正确划分副三角形,正确应用相应各规则判断点线的性质,.,62,具有液相分层的三元相图,.,63,3.4.4三元相图的应用举例,CaO-Al2O3-SiO2系统,.,64,分析复杂相图的主要步骤,判断化合物的性质。根据化合物组成点是否落在其初晶区内，判断化合物性质是一致熔或不一致熔。划分分三角形；标出界线上的温降方向；判断界线的性质；确定无变量点性质；分析冷却析晶路程,.,65,1.化合物：12个,4个一致熔二元化合物,6个不一致熔二元化合物,CS、C2S、C12A7、A3S2,C3S2C3SC3ACACA2CA6,2个一致熔三元化合物,CAS2、C2AS,2.温降方向,3.无变量点性质,4.有否液相分层、多晶转变、固溶体,.,66,CaO-Al2O3-SiO2相图,A,C,S,9,1,2,5,6,7,10,O,G,.,67,.,68,图3.14CaO-Al2O3-SiO2相图,A,C,S,10,9,1,2,5,6,7,O,G,L1,L2,L3,M1,M2,2,线：f=1,面：f=2,2点：f=0低共熔S+CS+CAS2=L,.,69,图3.14CaO-Al2O3-SiO2相图,A,C,S,10,9,1,2,5,6,7,O,G,L1,L2,L3,M3,M2,2,线：f=1,面：f=2,2点：f=0低共熔S+CS+CAS2=L,M2,.,70,MgO-Al2O3-SiO2系统中的无变量点及性质,.,71,四元相图,组成为正四面体,每个顶点代表一个组分,每个面为一个三元系,常用平行某个底面的截面图表示,棱为二元系,.,72,3.5典型微晶玻璃体(1)CaO-Al