硅酸盐相图学习教案

1、会计学1硅酸盐相图硅酸盐相图(xin t)第一页，共75页。第1页/共74页第二页，共75页。相关(xinggun)的基本概念 Gibbs相律npcf自由度数独立(dl)组分数相数外界(wiji)因素第2页/共74页第三页，共75页。 f ：自由度数：在温度、压力、组分浓度(nngd)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(binling)系统f =1，单变量(binling)系统f =2，双变量(binling)系统第3页/共74页第四页，共75页。组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学(huxu)均

2、匀物质。独立组分数(C)：决定一个(y )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(zfn)Na+、Cl-、H+、OH-不是组分(zfn)C=1，单元系统C=2，二元系统C=3，三元系统第4页/共74页第五页，共75页。 组分数和独立(dl)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(huxu fnyng)，则独立组分数=组分数系统中如果发生化学反应(huxu fnyng)，则每一个独立化学反应(huxu fnyng)都要建立一个化学反应(huxu fnyng)平衡关系式，就有一个化学反应(huxu fnyng)平衡常数K。独立组分数 = 组分数 -

3、 独立化学平衡关系式数例如(lr) CaCO3加热分解：23COCaOCaCO独立组分数=3-1=2第5页/共74页第六页，共75页。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(jxi)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(gt)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(kngq)、盐水等水有固相、液相和气相第6页/共74页第七页，共75页。l 凝聚态系统：凡是(fnsh)能够忽略气相影响，只考虑液相和固相的系统。1

4、pcfn=1，温度(wnd)第7页/共74页第八页，共75页。l 非凝聚态系统：需要考虑(kol)气相影响的系统。n=2，温度(wnd)、压力1pcf第8页/共74页第九页，共75页。相律ppcf32不可能(knng)出现4相或更多相平衡温度、压力2, 1maxminfp3, 0maxminpf第9页/共74页第十页，共75页。3个单相(dn xin)区2个自由度：温度(wnd)、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VTHdTdP冰融化吸热：H0体积收缩： V0水型物质硫型物质

5、第10页/共74页第十一页，共75页。4个单相(dn xin)区晶型I的升华(shnghu)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熔融曲线第11页/共74页第十二页，共75页。图中虚线(xxin)表示系统中可能出现的介稳平衡状态BFGH：过热(u r)晶型I的介稳单相区HGCE：过冷熔体(rn t)的介稳单相区crystal IIGBGC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

6、三相点第12页/共74页第十三页，共75页。图3-3a 可逆多晶转变的单元(dnyun)相图特点：晶型转变温度(wnd)低于二个晶相的熔点， 晶 型 转 变 温 度(wnd)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(jiodin)： 晶型的熔点BC晶型和晶型的转变点晶型的熔点转变关系为：L可逆转变第13页/共74页第十四页，共75页。图3-3b 不可逆多晶转变(zhunbin)的单元相图特点：晶型转变温度高于二 个 晶 相 的 熔 点(rngdin)，晶型转变温度点处在稳定相区之内。1晶型的熔点(rngdin)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

7、：L不可逆转变第14页/共74页第十五页，共75页。6个单相(dn xin)区、9条界线、4个三相点蒸汽(zhn q)第15页/共74页第十六页，共75页。 870 1470 1713 -石英 -鳞石英 -方石英 SiO2(液) 163 150573 -鳞石英 -方石英 -石英 117 -鳞石英图3.2 石英的多晶转变第16页/共74页第十七页，共75页。 -方石英 150275 -方石英 半安定 高于1470 方石英 半安定方石英 无矿化剂 石英 (10501300) 玻璃-石英 -石英 573 矿化剂 (9001450) 熔融 半安定 石英 方石英 (12001470) -鳞石英 -鳞石英

8、 -鳞石英 半安定 117 163 方石英 图1. 3.3 石英的实际多晶转变第17页/共74页第十八页，共75页。第18页/共74页第十九页，共75页。二元系统(xtng)：c=2相律ppcf31不可能(knng)出现4相或更多相平衡温度、浓度2, 1maxminfp3, 0maxminpf凝聚系统第19页/共74页第二十页，共75页。特点： 两个组分在液态(yti)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(rngdin)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第20

9、页/共74页第二十一页，共75页。 以组成(z chn)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(rn t)MT=T，Lp=1, f = 2t=TC, C点液相开始(kish)对A饱和，L+Ap=2, f=1t=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，液相消失第21页/共74页第二十二页，共75页。3个概念(ginin)：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(judng)对于M配料，系统点在MM线上系统中的液相组成(z chn)和固相组成(z chn)随温

10、度不断变化，液相点和固相点的位置也随温度不断变化第22页/共74页第二十三页，共75页。杠杆(gnggn)规则如果(rgu)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(wnd)下的固相量和液相量OFOD液相量固相量FDOFFDOD)()(原始配料量固液总量液相量原始配料量固液总量固相量第23页/共74页第二十四页，共75页。析晶路程(lchng)表示法液相点固相点EMLf=2Cf=1AL 0,fBALKGIBAA第24页/共74页第二十五页，共75页。相 当 于 两 个(lin )具有低共熔点的简单相图第25页/共74页第二十六页，共7

11、5页。相同。相同。第26页/共74页第二十七页，共75页。Tp：化合物分解(fnji)P点组成(z chn)的液相B晶体C Lp+Bp=3, f=0平衡冷却过程转熔点/回吸点第27页/共74页第二十八页，共75页。熔体(rn t)2T，Lp=1, f=2TkLBp=2, f=1TPLP+ B Cp=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(jngt)在不断减 少 ， C 晶 体(jngt)在不断增加， 至 D 点 B 晶 体(jngt)被回吸完毕p=2, f=1TE低共熔点析晶结束(jish)第28页/共74页第二十九页，共75页。析晶路程(lchng)表示法液相点固相

12、点HJDFMACCCBB0,fCALEE2Lf=2Kf=1BL P0,fCBLPCL f=1第29页/共74页第三十页，共75页。第30页/共74页第三十一页，共75页。第31页/共74页第三十二页，共75页。液相线aL2b以上(yshng)相区为高温熔体特 点 ： 没 有 无 变 量(binling)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高温熔体平衡冷却第32页/共74页第三十三页，共75页。特点：组分A、B间可以形成固溶体但溶解度有限(yuxin)，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(binling)点第33

13、页/共74页第三十四页，共75页。析晶路程(lchng)表示法液相点固相点HDSBAABABSSS )()()(10,)()(fSSLABBAEEMLf=2L1f=1)(ABSL 第34页/共74页第三十五页，共75页。特点：二个组分在液相不完全互溶(h rn)，只能有限互溶(h rn)。CKD：帽形区液相分为(fn wi)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/临界温度第35页/共74页第三十六页，共75页。A3S2(莫来石)：一致(yzh)熔化合物固溶少量Al2O3陶瓷(toc)、耐火材料分系统:A3S2-Al2O3优质耐火材料第36页/共74页第三十七

14、页，共75页。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(pnghng)的液相线从SiO2熔点1723C向E1点1595 C迅速下降，因此硅砖的熔化温度急剧下降。硅砖(u zhun)中严防混入Al2O3液相线E1F:15951700 C陡，17001850 C平缓 配料(pi lio)时的组成范围第37页/共74页第三十八页，共75页。自由度:f=3-PM2S2S3L1S1L2L3A2A1M1L1S2:F=1,结晶(jijng)S1L1:F=2,冷却(lngqu)S2点：F=0,转熔L2+

15、A2=M1S2S3:F=1,结晶S3:F=0,结晶同时析出S和A第38页/共74页第三十九页，共75页。SL1S1L3L2S1L1L2:F=2,冷却(lngqu)L2:F=1,析出(xch)方镁石SS直到S:F=0,共晶析出方镁石SS和尖晶石SSL3:F=0,低共熔点第39页/共74页第四十页，共75页。SL1S2L3L2S1L1L2:F=2,冷却(lngqu)L2:F=1,析出(xch)尖晶石SS直到S,液相消失,F=2,液想终点L3,固相点SSS2:F=2,冷却直到S2,尖晶石SS分解为尖晶石和刚玉,F=1,S3第40页/共74页第四十一页，共75页。第41页/共74页第四十二页，共75页

16、。三元(sn yun)系统：c = 3相律ppcf41不可能(knng)出现5相或更多相平衡温度、浓度3, 1maxminfp4, 0maxminpf凝聚系统第42页/共74页第四十三页，共75页。表示(biosh)方法初晶区将立体图向浓度三角形底面投影(tuyng)成平面图D第43页/共74页第四十四页，共75页。MgO-Al2O3-SiO2三元(sn yun)相图石英(shyng)方镁石莫来石刚玉(gngy)橄榄石顽火辉石堇青石第44页/共74页第四十五页，共75页。mnPM C A m p n B 图3.8 三元系统中的杠杆规则 P M Q RN第45页/共74页第四十六页，共75页。重

17、心(zhngxn)位置低共熔点+=L含共晶转变(zhunbin)点的四相区,在此三角形中的无变点为三元低共熔点第46页/共74页第四十七页，共75页。交叉(jioch)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(sn yun)不一致熔 融化合物 第47页/共74页第四十八页，共75页。交叉(jioch)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(y )三元不一致熔 融化合物第48页/共74页第四十九页，共75页。 C m n p S (a) (b) (c) 相界线的性质与温度变化方向第49页/共74页第五

18、十页，共75页。L1LL1L第50页/共74页第五十一页，共75页。第51页/共74页第五十二页，共75页。具有一个(y )低共熔点的简单三元相图三 个 组 分(zfn)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; 至液相消失第52页/共74页第五十三页，共75页。在CCAA平面(pngmin)内第53页/共74页第五十四页，共75页。析晶路程(lchng)：液相点固相点MLCf =

19、2DLC+Af = 1E (L C+A+B, f = 0)C F M第54页/共74页第五十五页，共75页。杠杆(gnggn)规则计算液相量和固相量液相到达(dod)D点时：MDCM液相量固相量CDMDCDCM)()(原始配料量固液总量液相量原始配料量固液总量固相量第55页/共74页第五十六页，共75页。 在三元系统中某二个组分间生成(shn chn)的化合物称为二元化合物相当于2个简单(jindn)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第56页/共74页第五十七页，共75页。不一致(yzh)熔

20、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(rngdin)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第57页/共74页第五十八页，共75页。R点:没有(mi yu)相应的副三角形R点是一个双转熔点(rngdin)SBALR过渡点不是析晶的结束点第58页/共74页第五十九页，共75页。三元(sn yun)化合物, 一致熔正确(zhngqu)划分副三角形正确应用相应各规则判断点线的性质第59页/共74页第六十页，共75页。正确(zhngqu)划分副三角形正确应用(yngyng)相应各规则判断点线的性质第60页/共74页第六十一页，共75页。第61页/共74页第六十二

21、页，共75页。 CaO-Al2O3-SiO2系统(xtng)第62页/共74页第六十三页，共75页。第63页/共74页第六十四页，共75页。1. 化合物：12个 4个一致(yzh)熔二元化合物 6个不一致(yzh)熔二元化合物CS、C2S、C12A7、A3S2C3S2 C3SC3ACACA2CA6 2个一致(yzh)熔三元化合物CAS2、C2AS2. 温降方向3. 无变量点性质4. 有否液相分层、多晶转变、固溶体第64页/共74页第六十五页，共75页。ACS91256710OG第65页/共74页第六十六页，共75页。第66页/共74页第六十七页，共75页。ACS10912567OGL11L3L2LL2L3M1M22线：f=1面：f=22点：f=0低共熔S+CS+CAS2=L第67页/共74页第六十八页，共75页。图3.14 CaO-Al2O3-SiO2相图(xin t)ACS10912567O