Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
3.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ
ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ И ПРАВИЛА РАБОТЫ С НИМИ
Диаграммы состояния позволяют прежде всего определить для любого состава в данной системе путь кристаллизации и путь плавления. Под условным термином «путь кристаллизации» понимается описываемая на диаграмме последовательность фазовых изменений и изменений составов жидкой и твердой фаз при охлаждении расплава данного состава; под «путем плавления» — та же последовательность, но для твердой смеси, подвергающейся нагреванию вплоть до ее полного расплавления. Следует отметить, что для одного и того же состава графически путь кристаллизации и путь плавления идентичны, но противоположны по направлению и последовательности фазовых превращений.
Определение последовательности фазовых изменений на диаграммах состояния основывается на правилах работы с ними. Эти правила удобно рассматривать на отдельных типах двухкомпонентных диаграмм состояния в их общем выражении (тип диаграммы определяется наиболее характерным набором элементов строения этой диаграммы). При графическом построении путей кристаллизации или плавления следует иметь в виду, что при пересечении любого элемента строения на диаграмме происходят определенные фазовые изменения.
3.2.1. Правило определения содержания компонентов в исходном составе и конечных фаз кристаллизации
Для определения концентрации компонентов в жидкой фазе или их содержания в твердом веществе данного состава в двухкомпонентных диаграммах состояния необходимо из фигуративной точки, выражающей этот состав, опустить на ось концентраций вертикаль состава и отсчитать по этой оси содержание компонентов.
Например (см. рис. 43), содержание компонентов в жидкой фазе состава точки а (или любой другой точки, лежащей на соответствующей вертикали состава) определится точкой Ь на оси кон-
221
центраций (вертикаль состава аЬ), т. е. ~76% А и 24% В (отсчет содержания данного компонента ведется от противоположной стороны оси концентраций с нулевым содержанием данного компонента) .
Диаграмма состояния дает возможность даже без построения пути кристаллизации сразу же определить конечные для данного состава фазы кристаллизации (под конечными фазами кристаллизации понимаются условно твердые кристаллические фазы, образующиеся не только после окончания кристаллизации расплава, но и после дальнейшего охлаждения твердой системы до минимальной температуры, обозначенной на диаграмме). Для определения конечных фаз кристаллизации необходимо из точки состава исходного расплава опустить вертикаль состава на ось концентраций.
Конечными фазами кристаллизации являются те кристаллические фазы (соединения), между точками составов которых (на оси концентраций) попадает указанная вертикаль состава.
Например (см. рис. 43), конечными фазами кристаллизации состава а, будут соединения А2В2 и А3В3, так как вертикаль состава ахЬх попадает на оси концентраций между точками (А2В2 и А3В3) составов этих соединений; конечными фазами кристаллизации состава а2 будут соединения А3В3 и А4В4 и т. д. Любые составы, точки которых лежат на одной и той же вертикали состава, дадут одни и те же конечные фазы кристаллизации.
3.2.2. Правило определения характера поведения химического соединения при нагревании
Положение на диаграмме состояния вертикалей составов индивидуальных химических соединений по отношению к кривым ликвидуса и изотермам определяют характер поведения этих соединений при нагревании или вообще при изменении температуры.
Если вертикаль состава (например, А2В2—й на рис. 43) соединения (А2В2) доходит до кривой ликвидуса, которая в точке их пересечения имеет максимум (точка й), то это соединение плавится без разложения (конгруэнтно).
Точка (й) температурного максимума на кривой ликвидуса называется дистектикой.
Если вертикаль состава (например, А3В3—т) соединения (А3В3) не доходит до кривой ликвидуса, а ограничена изотермой (г„), пересекающей кривую ликвидуса, которая имеет в точке пересечения п перегиб, то это соединение плавится с разложением (инконгруэнтно).
Если вертикаль состава \рц на рис. 43) соединения (А]В]) ограничена изотермами (гр и („), лежащими ниже изотермы этектической температуры, то это соединение устойчиво только в интервале температур, соответствующих этим изотермам, т. е. при изменении температуры вне этого интервала оно разлагается в твердом состоянии.
222
3.2.3. Правила определения путей кристаллизации и путей плавления в двухкомпонентной системе с эвтектикой
На рис. 44 представлен тип диаграммы состояния двухкомпонентной системы А—В с эвтектикой (без бинарных химических соединений и твердых растворов). Рассмотрим путь кристаллизации расплава состава а. Прежде всего определим, что конечными фазами кристаллизации любого бинарного состава в этой системе будут компоненты А и В, а кристаллизация всех подобных составов будет заканчиваться при эвтектической температуре и в точке эвтектики. При понижении температуры от точки а до Ь будет происходить только охлаждение расплава. При достижении температуры ликвидуса ?6 жидкая фаза (расплав) состава Ь окажется насыщенной по отношению к компоненту А (в области ipJ.eE в равновесии с жидкостью находятся кристаллы А, что указывается на диаграмме соответствующим обозначением: А + ж) и последний при дальнейшем охлаждении будет кристаллизоваться из расплава. Состав жидкой фазы будет изменяться при этом по кривой ликвидуса от точки Ь к
