Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
жидкой фазы А и твердого раствора ВС; температура вдоль
11.4. Трехкомпонентные конденсированные системы
501
меняться (жидкости 5 соответствует твердый раствор равновесного состава /г); количество кристаллов обеих фаз (А и твердого раствора ВС) также все время увеличивается. Кристаллизация продолжается до тех пор, пока составы жидкости и твердого раствора не достигнут точек Ь к р. Здесь исчезают последние порции жидкости, и система переходит в субсолидусное равновесие.
Несмотря на применение очень медленных скоростей охлаждения, описанный процесс, как правило, приводит к неравновесным конечным состояниям вследствие происходящей фракционной кристаллизации. Так, если кристаллы твердого раствора состава т, образовавшиеся первыми, не могут достигнуть нового состояния равновесия с жидкостью при более низкой температуре, то они фактически выпадут из системы. Если в таком положении окажутся твердые растворы всех кристаллизующихся сплавов, то в результате образуется неоднородная слоистая структура, в которой состав меняется от т до намного более богатого компонентом С, чем раствор в точке р. Средняя часть таких неоднородных кристаллов обогащена, естественно, компонентом В, а поверхностная — компонентом С. Примеры таких слоистых (или зональных) структур среди металлов и минералов упоминались выше в разделе, посвященном бинарным системам.
Несколько сложнее проходит кристаллизация жидкостей, находящихся в поле первичной кристаллизации твердых растворов ВС (рис. 11.32). Пусть охлаждающаяся жидкость имеет состав Ь, а первые образующиеся из нее кристаллы твердого раствора — состав р. При перемещении точки жидкости вниз по поверхности ликвидуса из неё кристаллизуются твердые растворы, все более богатые компонентом С, а ранее выпавшие кристаллы должны постоянно приходить в равновесие с жидкостью, постепенно также обогащаясь компонентом С. В итоге при понижении температуры состав жидкости проходит криволинейный путь Ьсйе, а состав твердого раствора— рцгэ; точки сопряженных составов жидкости и кристаллов «поворачиваются» вокруг фигуративной точки состава Ь. Каждый из жидких составов, лежащих на конноде ее, проходит при охлаждении свой собственный путь, но все эти пути соединяются в общей точке е на моновариантной кривой ХУ. В этой точке начинают выделяться кристаллы А, и состав жидкости меняется вдоль кривой ХУ до тех пор, пока не исчезнут послед
Рис 11.32. Путь кристаллизации в тройной системе, образующей бинарный твердый раствор.
11. Интерпретация фазовых диаграмм
ние порции жидкости (для жидкости рассматриваемого состава Ь этот процесс происходит в точке /); субсолидусиый комплекс фаз состоит из смеси А и твердого раствора I.
Полное изучение столь, казалось бы, простых диаграмм, как изображенные на рис. 11.30—11.32, требуют, однако, очень большой исследовательской работы, поскольку должны быть экспериментально установлены индивидуальные пути кристаллизации каждого состава, попадающего в область первичной кристаллизации твердых растворов (например, Ьсйе для состава Ь — рис. 11.32). В связи с этим полные исследования выполнены для очень немногих таких систем.
Упражнения
11.1. Рассчитайте содержание (в мольных и массовых процентах) a) AI2O3 в муллите Al6Si20i3; б) Na20 в девитрите Na2Ca3Si60i6; в) Y2O3 в железо-ит-триевом гранате Y3Fes0i2.
11.2. Постройте фазовую диаграмму системы А1203—Si02 по следующим данным: А1203 и Si02 плавятся при 2060 и 1720 °С; эти компоненты образуют одно соединение Al6Si20i3, конгруэнтно плавящееся при 1850 °С; в системе имеются эвтектики при 1595 и 1840 °С (при 5 и 67 мол.% А1203). Сравните полученную диаграмму с изображенной на рис. 20.3,а.
11.3. Поясните на примерах различие между понятиями «фаза» и «компонент». При каких условиях компонент может рассматриваться как фаза?
11.4. Состав на фазовых диаграммах выражают, как правило, в мольных или массовых процентах. Выведите для бинарной системы формулу пересчета составов из одного способа выражения концентрации в другой.
11.5. Постройте фазовую диаграмму бинарной системы по следующим данным; в системе образуются три соединения А2В, АВ и АВ2; А2В и АВ2 плавятся конгруэнтно, а АВ — инконгруэнтно, образуя А2В и жидкость; АВ имеет также нижний температурный предел стабильного существования.
11.6. На основании фазовой диаграммы системы MgO—AI2O3 (рис. 10.3) опишите превращения, которые должны происходить при охлаждении жидкости, содержащей 40 мол.% MgO, 60 мол.% А1203. Могут ли быть получены другие продукты, если использовать высокие скорости охлаждения?
11.7. Система Mg2Si04—Zn2Si04 имеет эвтектику и твердые растворы на основе компонентов с ограниченной растворимостью. Постройте фазовую диаграмму этой системы. Каким образом можно определить экспериментально: а) предельные составы твердых растворов; б) механизм образования каждого из твердых растворов; в) эвтектическую температуру?
11.8. Чистое железо претерпевает а=^у-превращение при 910 °С. В присутствии углерода температура этого превращения понижается до 723 °С. Используя эти сведения, изобразите схематически диаграмму Fe—С в области, примыкающей к чистому железу.
