Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
1) гомогенная система жидкого раствора из Bi и Cd (рис. 150, а), в этом случае число степеней свободы С ~ 2 + 1 — — 1=2, т. е. и температура и состав раствора могут изменяться независимо;
5 в
Рис. 150. Фазовые состояния в системе Cd—Bi
2) из общего раствора Bi + Cd могут выпадать кристаллы либо Bi, либо Cd в зависимости от. состава (рис. 150, б, г), и системы имеют лишь одну степень свободы: ? = 2+1—2 = 1, т. е. температура является функцией концентрации T — f{(C) или, наоборот, концентрация является функцией температуры С = fbil);
3) из общего раствора Bi + Cd одновременно выпадают кристаллы Bi и Cd (рис. 150, в). Система трехфазная и число степеней свободы равно нулю: С —2'+ 1 — 3 = 0.
Такая нонвариантная система, содержащая жидкий раствор Bi + Cd, кристаллы Bi и кристаллы Cd, может существовать только при строго определенных температуре и концентрации.
Эта система, создающая условия сплошной кристаллизации, называется эвтектикой, а температура и состав, определяющие условия ее существования, называются эвтектическими. Сплавы этого типа тоже называются эвтектическими.
Функциональные связи .между температурой и концентрацией находят экспериментально путем построения диаграмм плавкости. Для этого приготовляют ряд сплавов определенного состава:
№ сплава......1 .2 3 4 5 6
Компонент А.....100 80 60 40 20 0
Компонент В..... 0 20 40 60 80 100
271
Каждый сплав в отдельности расплавляют и записывают кривые охлаждения при помощи термографа, регистрирующего изменение температуры во времени (Н. С. Курнаков). Для сплавов 1 н 6 получим кривые охлаждения чистых веществ (рис. 151). Горизонтальная площадка на этих кривых соответствует кристаллизации при температуре плавления. Кривые охлаждения всех остальных сплавов имеют более сложную форму, отражающую процесс кристаллизации сплава. Температура начала кристаллизации сплава ниже температуры кристаллизации чистого вещества А или В (закон Рауля).
Сначала кристаллизуется избыток растворителя и температура понижается в соответствии с изменением состава жидкого раствора, концентрация которого возрастает за счет уменьшения количества растворителя, выпадающего в виде твердых кристаллов (кривые охлаждения 2, 3, 5, рис. 151).
Время
Рис. 151. Построение диаграммы плавкости по кривым охлаждения для эвтектического сплава
При эвтектической температуре (7Л) начинается сплошная кристаллизация расплава, имеющего эвтектический состав, — на кривых охлаждения 2, 3 и 5 появляются горизонтальные площадки, соответствующие этому процессу. Сплав, строго соответствующий эвтектическому составу (кривая 4, рис. 151), кристаллизуется как чистое вещество, образуя площадку кристаллизации при эвтектической температуре Те, т. е. при наиболее низкой температуре существования жидкой фазы.
Построим по полученным данным диаграмму плавкости в координатах «температура — состав», перенося с кривых охлаждения все особые точки (начало кристаллизации, эвтектика), как это показано на рис. 151.
В качестве примера рассмотрим реальную диаграмму плавкости системы Ы— Со!, возможные состояния которой мы уже разбирали по правилу фаз Гиббса — Коновалова (рис. 152). На диаграмме
272
5731 Г'
т
! с I
т ! 1 Е
Ь---- .....Г"
—г -— 419 'Л ВТ
-—н
I
1
1 1
1 , 1 1 1
1 1
1
Г1
Рис. 152. Диаграмма плавкости Сс1—В1
плавкости показаны область жидкого раствора 593\ (/),.. области кристаллизующихся ЕМ и Сс1 из растворов (//, IV) и область эвтектики (///). Пунктирными линиями показаны связи Г=/!,(С) и С = [2(Т). Схематически ^ приведены структуры "образующихся сплавов. Структура эвтектического сплава (рис. 152, а) состоит из мелких кристалликов ЕИ И Са\ рост которых был задержан в процессе сплошной кристаллизации при наинизшей — эвтектической — температуре.
Структуры (рис. 152, б и е) состоят из довольно крупных кристаллов ЕИ и, соответствен-1 но, Со, спаянных между собой мелкими кристалликами эвтектики, количество которых уменьшается по мере приближения к чистым металлам. Более крупные кристаллы формировались из жидкой фазы при температурах более высоких, чем эвтектическая.
Сплавы с образованием твердых растворов. Твердым раствором, как известно, называется твердое вещество, в кристаллическую решетку которого входят атомы или ионы двух или нескольких компонентов. Образование растворов в твердом состоянии требует большой энергии взаимодействия между атомами металлов для построения общей кристаллической решетки.
Твердые растворы по растворимости компонентов можно разделить на непрерывные твердые растворы (Ag—Аи, Си—N1) с постепенно меняющейся концентрацией от 0 до 100% и ограниченные твердые растворы, в которых существует предел растворимости одного металла в другом (Си—А1, РЬ—-Бп и др.), зависящий от температуры.
По физическому строению их делят на ряд типов, основными из которых являются растворы замещения и растворы внедрения. Растворы замещения образуются между металлами, имеющими близкие атомные радиусы и сходные электронные структуры, а следовательно, и сходные кристаллические формы. Атомы одного металла последовательно заменяют в кристаллической решетке атомы другого металла, и постепенно кристаллическая структура одного металла переходит в структуру другого. Непрерывные твердые растворы относятся главным образом к этому типу.
