第五章相平衡和相图单元系2

1、整理ppt第五章第五章相平衡与相图相平衡与相图材料科学基础第二节第二节 单元系相图单元系相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图dGPGdGTGdGTPVdGSdGdGVPG,STGTPPPTTTPdPPGdTTGTPGG00000),(整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图P相相TG=GG单组元系统中单组元系统中 相与相与 相的相的Gibbs自由能曲面（自由能曲面（G-P-T）GTP相单组元系统中单组元系统中 相的相的Gibbs自由能曲面（自由能曲面（G - P - T）整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图

2、材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图概述概述 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）单元系中平衡共存的相数最多为3，三相平衡共存时，自由，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。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）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。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

3、平衡共存时，自由度为）两相平衡共存时，自由度为1，压力和温度不能独立变化，压力和温度不能独立变化，T和和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。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） 整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图简单相图简单相图- -水水（1 1）点、线、区的意义）点、线、区的意义q相区：相区：单相平衡区，单相平衡区，固相固相S S，液相液相L L，气相气相G Gq线：线：两相平衡共存线两相平衡共存线AOAO：固气两相平衡共存固气两相平衡共存S+GS+G，固相升华曲线，两相平衡反应固相升华曲线，两相平衡反

4、应S SG G。 OCOC：固液两相平衡共存固液两相平衡共存S+LS+L，固相熔化曲线，两相平衡反应固相熔化曲线，两相平衡反应S SL L。 OBOB：气液两相平衡共存气液两相平衡共存L+GL+G，液相蒸发曲线，两相平衡反应液相蒸发曲线，两相平衡反应L LG G。q点：点：液固气三相平衡共存点液固气三相平衡共存点O O 临界点临界点C C材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图 在单组元相图中：在单组元相图中：q面面上的上的最平淡无奇最平淡无奇，它只不过表明物质处于某一相的状态。，它只不过表明物质处于某一相的状态。q最有兴味最有兴味的是的是线上的点线上的点，

5、不仅代表了两相平衡的状态，而且标，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。收和释放。还代表了两相平衡时温度与压力的函数关系。q最为奇妙最为奇妙的是的是临界点临界点C，在临界点以上，液气不可区分，经过，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。质却发生突变。 这是物理学家最为感兴趣的课题。这是物理学家最为感兴趣的课题。材料科学基础第五章

6、相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图（2 2）两相平衡线的斜率两相平衡线的斜率q 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。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。q 两相平衡线的斜率可以用克拉贝龙两相平衡线的斜率可以用克拉贝龙克劳修斯方程表达：克劳修斯方程表达：材料科学基础第五章 相平衡与相图VTHdTdP0dTdP0dTdP平衡温度随压力增大而升高，两相平衡线随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。

7、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。压力升高靠近压力轴。整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图PTABCO固相比容大于液相比容固相比容大于液相比容 固相比容小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ACPTBO整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图0蒸升HH0升Vq 曲线斜率的的大小和正负取决于两相的

8、摩尔体积和相变潜热。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。0蒸升dTdPdTdP0H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。 v 升华和蒸发时系统体积总是增大。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，两相平衡温度随压力增大而升高， 曲线曲线随压力升高远离压力轴。随压力升高远离压力轴。（吸热（吸热为正）为正）0蒸V整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图v 熔化时系统体积膨胀。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。熔化曲线随压力升

9、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点代点代表液体能够稳定存在的最低温度。表液体能够稳定存在的最低温度。v 熔化时熔化时系统系统体积收缩。体积收缩。固液VV0熔dTdP熔化曲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。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。图中三相点中三相点O O点代表固体能够稳定存在的最高温度。点代表固体能够稳定存在的最高温度

10、。固液VV0熔dTdP材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图有晶型变化的相图有晶型变化的相图- -纯纯FeFe（1 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）在固态下，在不同的温度和压力范围存在不同晶型的相，称为同素异晶体同素异晶体。（2 2）随温度和压力的变化发生晶型的变化，称为）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同素异构的转变。（3 3）纯）纯FeFe是同素异构晶体，在固态下可以形成四种晶体结构：是同素异构晶体，在固态下可以形成四种晶体结构： -Fe -Fe 体心立方结构体心立方结构， -Fe -Fe 面心立方结构面

11、心立方结构， -Fe -Fe 密排六方结构密排六方结构，高压相高压相 -Fe -Fe 体心立方结构，高温相体心立方结构，高温相材料科学基础第五章 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图材料科学基础第五章 相平衡与相图P-FeTLGACDEHIJB1个大气压-Fe-Fe-FeFJ纯纯FeFe相图相图TmA4A3A2L-Fe-Fe-FeT整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图（1 1）点、线、区）点、线、区 单相区单相区 两相平衡线两相平衡线 三相平衡点三相平衡点（2 2）固态两相平衡线斜率分析）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。密

12、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VV0dTdPVV0dTdPVVVV0dTdP0dTdP整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图3. SiO2的相图的相图(1)(1)晶型晶型 在常压下，有在常压下，有7种晶型，可分为三种同素异构系列种晶型，可分为三种同素异构系列, ,每个系列中又每个系列中又有高温变体和低温变体：有高温变体和低温变体：石英：石英： ， 鳞石英：鳞石英： ， ， 方石英：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：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一级变体之间

13、的转变二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 相平衡与相图整理ppt第二节第二节 单元系相图单元系相图q 一级变体之间的转变：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。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。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。合键都要打破，即发生重建型转变。转变速度非常缓慢。转变速度非常缓慢。q 二级变体之间的转变：二级变体之间的转变：同系列中的同系列中的 、 、 晶型的转变，也称为高、低温晶型的转变。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发生位移和Si-O-Si键角稍有变化，即发生位移型转变。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，转变为他它们自身的低温形态。以介稳态存在，转变为他它们自身的低温形态。材料