第1節(jié) 相與相平衡

    1. 相 (Phase)
    在一個(gè)系統(tǒng)中，成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻的組成部分叫做相，這里所謂均勻，意指在這個(gè)部分里溫度、壓力、化學(xué)成分以及結(jié)構(gòu)都相同，不同相之間有明顯的界面分開。
    一個(gè)相必須在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都是均勻的，并且理論上可以機(jī)械分離的。相可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。由于氣態(tài)是互溶的，平衡系統(tǒng)中氣相數(shù)只能為1。但液相和固相則可能有兩種或兩種以上。不同的相之間必然有界面將其分開，但是由界面分開的并不一定就是兩個(gè)不同的相。在界面兩側(cè)性質(zhì)發(fā)生突變的是兩個(gè)不同的相，它們之間的界面稱為相界面。界面兩側(cè)性質(zhì)不發(fā)生突變的則屬于同一種相，同一種晶體相之間的界面稱為晶界。在顯微組織（此為金屬學(xué)常用名稱，陶瓷則常稱為顯微結(jié)構(gòu)）中如果是由成分、結(jié)構(gòu)互不相同的幾種晶粒組成，該組織（或稱結(jié)構(gòu)）就有幾種不同相。但是如果是由成分、結(jié)構(gòu)完全相同的晶粒組成，盡管晶粒之間有晶界分開，但是它們都屬于同一種相。
    2. 組元 (Component)
    組元通常是指系統(tǒng)中每一個(gè)可以單獨(dú)分離出來(lái)，并能獨(dú)立存在的化學(xué)純物質(zhì)，在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，組元就是構(gòu)成系統(tǒng)的各種化學(xué)元素或化合物。按照組元數(shù)目的不同，可將系統(tǒng)分為一元系、二元系、三元系和多元系統(tǒng)。在許多合金系統(tǒng)中，組元數(shù)往往就等于構(gòu)成這個(gè)系統(tǒng)的化學(xué)元素的數(shù)目。為了便于分析和研究相圖，將既不分解也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定化合物也視為一種組元。在陶瓷材料體系中，常以氧化物作為組元，各組元之間可能存在化學(xué)反應(yīng)，獨(dú)立組元數(shù)目未必等于所有氧化物種類數(shù)。
3. 相平衡和相律
    在某一溫度下，系統(tǒng)中各個(gè)相經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間也不互相轉(zhuǎn)變，處于平衡狀態(tài)，這種平衡稱為相平衡。相平衡的熱力學(xué)條件要求各個(gè)組元在各相中的化學(xué)位必須相同。因此，相平衡時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部不存在原子的遷移。但是，相平衡是一種熱力學(xué)動(dòng)態(tài)平衡，即在相界兩側(cè)附近原子仍在不停地轉(zhuǎn)移，只不過(guò)在同一時(shí)間內(nèi)相之間原子轉(zhuǎn)移速度相等而已。吉布斯相律（Gibbs Phase Rule）是處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中自由度與組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系定律，通常簡(jiǎn)稱為相律。相律是分析和使用相圖的重要依據(jù)。在一般情況下，只考慮溫度和壓力對(duì)系統(tǒng)平衡狀態(tài)的影響，相律的表達(dá)式為
     F=C-P+2     （8-1）
    沒(méi)有氣相的系統(tǒng)稱為凝聚系統(tǒng)。通常范圍內(nèi)的壓力對(duì)凝聚系統(tǒng)相的平衡影響很小，一般忽略不計(jì)，所以在恒壓條件下，相律可寫成
      F=C-P+1     （8-2）
式中： F是自由度數(shù)； C是組成材料系統(tǒng)的獨(dú)立組元數(shù)； P是平衡相的數(shù)目。自由度是指平衡系統(tǒng)中保持平衡相數(shù)不變的條件下獨(dú)立可變的因素（如溫度、濃度等）的數(shù)目。
    相律是相圖的基本規(guī)律之一，任何相圖都必須遵從相律。相律可以用來(lái)確定系統(tǒng)處于平衡時(shí)可能存在的最多平衡相的數(shù)目，也可以用來(lái)判斷測(cè)繪的相圖是否正確。
（本節(jié)完）