Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
2) относительные количества различных фаз, входящих в смесь, т. е. фазовый состав: например, соотношение В и жидко
466
11. Интерпретация фазовых диаграмм
сти составляло —3:2 (см. ниже объяснение правила рычага);
3) общий состав смеси по компонентам без учета присутствующих фаз, т. е. компонентный состав; компонентный состав смеси f равен —22% А и 78% В.
Необходимо проявлять особое внимание при интерпретации и употреблении термина «состав», поскольку единой договоренности о его смысле нет.
В качестве степени свободы состав можно рассматривать лишь тогда, когда речь идет о составе равновесных фаз, т. е. лишь в первом случае. Относительные количества различных фаз в смеси (второй случай) не являются степенью свободы. Поэтому, например, вдоль изотермы К'уТъ относительные количества фазы В и жидкости меняются, но состав индивидуальных фаз остается постоянным. Компонентный состав (третий случай) также учитывается правилом фаз, но не как степень свободы, а в виде числа компонентов.
Кривая ликвидуса хуг определяет зависимость наивысшей температуры, при которой еще могут существовать кристаллы, от состава системы. Точки, соответствующие жидкостям, состав которых лежит между А и е, при охлаждении пересекают ликвидус на участке х—у и попадают в двухфазную область «А+ + жидкость». Для этих составов А — первичная фаза, поскольку при охлаждении в первую очередь кристаллизуется эта фаза. Линия суй называется линией солидуса; она определяет минимальную температуру равновесного существования жидкости в охватываемом ею интервале составов. Точка у является точкой нонвариантного сосуществования трех фаз: А, В и жидкости. Эта точка носит название эвтектики, она соответствует минимальной температуре, при которой система (в данном случае состава е) может целиком находиться в жидкой фазе. Кроме того, температура эвтектики есть самая низкая для всей системы температура существования жидкости. В простых эвтектических системах, подобных изображенной на рис. 11.6, температура эвтектики совпадает с линией солидуса.
Для пояснения поведения смесей А и В различного состава при плавлении или кристаллизации обратимся вновь к рис. 11.6. Рассмотрим состав /. Ниже Т\ он состоит из смеси фаз А и В, а выше становится полностью жидким. В интервале Т\—Г4 сосуществуют жидкость и кристаллическая фаза В, относительные количества которых меняются с температурой и могут быть определены по правилу рычага. Относительные количества сосуществующих фаз обратно пропорциональны расстояниям по оси составов от составов этих фаз до суммарного состава системы. Так, при Т2 жидкость имеет состав /г'; ее доля в смеси определяется соотношением /В: В/г, а доля фазы В — отношением /7г: В/г. Правило рычага в некотором роде
11.3. Двухкомпонентные конденсированные системы
467
аналогично правилу моментов в механике, но вместо веса грузов (подвешенных к палочке на разных расстояниях от оси) здесь выступают различные количества двух фаз, образующих общий заданный или компонентный состав. Правило рычага можно вывести на основании правила моментов следующим образом. Состав / при температуре Т2 представлен двумя равновесными фазами—В и жидкостью К'. Их относительные количества определяются условием:
(доля жидкости /г')-(расстояние ]\\) = (доля твердой фазы В)• (расстояние В/) доля жидкости 1г' доля жидкости К' В/
доля В 1 — доля жидкости к' Ь$
в/ в/
доля жидкости /г' =„.,,. = ~ В/ -\- рг Вп
Пользуясь правилом рычага, можно определить изменения относительного состава смеси (количества отдельных фаз) с температурой. Так, при температуре Т2 для состава / доля жидкости равна отношению В/: В/г. («0,38). При более высокой температуре Т3 она равна В/: В/ («0,5), а при более низ-кон температуре, лишь немного превышающей температуру со-лндуса Т[, доля жидкости определяется отношением В/:Вбг (»0,33). При 7\|. вся смесь представляет собой расплав, т. е. доля жидкости равна 1, что означает завершение плавления. Поскольку доля расплава с повышением температуры возрастает, то соответствующим образом должен меняться состав жидкой фазы: она обогащается компонентом В, поскольку кристаллы фазы В постепенно растворяются в жидкой фазе. Первые порции жидкости, возникающие при Т\, содержат ~33% В и 67% А (состав е). При продолжении плавления состав жидкости следует по кривой ликвидуса ф.г\'ц до полного плавления при ТА. Здесь, в точке I, жидкость имеет состав —78% В и 22% А. При охлаждении жидкости в равновесных условиях должен происходить обратный процесс: при 74 начинается образование кристаллов В из жидкости и чем ниже температура, тем дальше сдвигается состав жидкости от точки ц к точке у в результате выпадения все большего количества 'кристаллов В.
Рассмотрим так называемую эвтектическую реакцию, которая происходит в тот момент, когда в результате охлаждения температура достигает значения Т\. Применим к этому случаю правило рычага. Чуть выше Т{ доля фазы В определяется отношением /е:Ве«0,67, а чуть ниже этой температуры доля фазы В равна /А:ВА«0,78. Таким образом, оставшаяся жидкость состава е кристаллизуется в виде смеси фаз А и В, причем кристаллы А образуются впервые, а количество кристаллов В при этом просто увеличивается.
