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第8章 相平衡與相圖 |
| 8.4 三元系相圖簡(jiǎn)介(3) 4）重心規(guī)則 杠桿規(guī)則只能用在兩相混合形成一個(gè)新相或者一相分解為兩相的組成點(diǎn)確定與含量計(jì)算。在三元系統(tǒng)中最大平衡相數(shù)是4個(gè)，處理4相平衡問(wèn)題時(shí)，重心規(guī)則十分有用。但是它是在杠桿規(guī)則基礎(chǔ)上，分步使用杠桿規(guī)則而推出重心規(guī)則。 處于平衡的4相組成設(shè)為M、N、P、Q，其中M、N、Q為原來(lái)三個(gè)組分，P為新形成的組分。當(dāng)P點(diǎn)位于△MNQ內(nèi)部時(shí)，根據(jù)杠桿規(guī)則，M與N可以合成得到S相，而S相與Q相可以合成出P相，可見(jiàn)此時(shí)P組成點(diǎn)必然落在△MNQ內(nèi)部。 由M + N = S，S + Q = P，因而有： M + N + Q = P （8-19） 表明P相可以通過(guò)M、N、Q三相合成而得。反之，由P相也可以分解出M、N、Q三相。因?yàn)镻相處于△MNQ內(nèi)部，且是△MNQ的幾何重心上，這種位置稱為重心位置（圖8-42）。   5）交叉規(guī)則 當(dāng)P點(diǎn)位于△MNQ某條邊（如MN）的外側(cè)，且在另兩條邊（QM，QN）延長(zhǎng)線范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)杠桿規(guī)則，P + Q = t，M + N = t，因而 P + Q = M + N （8-20） 即從P和Q兩相可以合成出M和N兩相；反之，從M和N兩相也可以合成出P和Q兩相。將上式改寫為：P = M + N – Q，表明為了得到P組成，需從M和N兩個(gè)組成中拿掉Q組成。反之，當(dāng)組成P分解為混合物M、N時(shí)，需要加入一定量的組分Q。由于P組成點(diǎn)所處的這種位置，被稱為交叉位置（圖8-43）。  6）共軛規(guī)則 當(dāng)P點(diǎn)位于△MNQ某一頂角（如M）的外側(cè)，且在形成此頂角的兩條邊（QM，NM）的延長(zhǎng)線范圍內(nèi)，根據(jù)杠桿規(guī)則，Q + N = t，t + P = M，所以 P + Q + N = M （8-21） 此即意味著由P、Q、N可以合成得到M，M相當(dāng)于△NPQ的重心位置。 改寫上式成： P = M – Q – N （8-22） 可見(jiàn)，要想得到組成P，需要從混合物M中提取出一定量的混合物Q+N；反之，組分P分解時(shí)，加入Q+N才能得到M。P組成點(diǎn)所處的這種位置叫做共軛位置（圖8-44）。 3. 三元系統(tǒng)相圖的構(gòu)成要素 （1）立體狀態(tài)圖 前已述及，三元系統(tǒng)相圖立體狀態(tài)圖是一個(gè)以濃度三角形為底，以垂直于底面的縱坐標(biāo)為溫度的三面棱柱體（參見(jiàn)圖8-35）。相圖的棱邊AA’、BB’、CC’分別表示純組分A、B、C的狀態(tài)，最高點(diǎn)A’、B’、C’即為它們各自的熔點(diǎn)。每一個(gè)側(cè)面分別表示最簡(jiǎn)單的二元系統(tǒng)A-B、B-C、C-A的相圖，E1、E2、E3為相應(yīng)的二元低共熔點(diǎn)。 （2）液相面 連接所有三元組成恰好完全熔融的溫度（固液平衡的溫度），可以得到相圖的液相面，它是形如花瓣?duì)钕蛳聫澢那�，共�?個(gè)液相面。液相面上各點(diǎn)表示與一種晶相處于平衡的三元液體的狀態(tài)點(diǎn)，即液相與一種晶相處于平衡，為2相平衡，因而在液相面上尚有2個(gè)自由度，即液相狀態(tài)可沿著曲面朝任意方向移動(dòng)。在液相面以上只有液體單相，有3個(gè)自由度。 （3）（相）界線 每?jī)蓚�(gè)液相面之間相交得到一條曲線，共有3條，稱為（相）界線。界線上的各點(diǎn)表示同時(shí)與兩種晶相處于平衡的三元液體的狀態(tài)點(diǎn)，即液相同時(shí)對(duì)兩種組分的晶相達(dá)到飽和，為三相平衡。界線的形狀是從二元低共熔點(diǎn)開(kāi)始，隨著向三角形內(nèi)延伸而逐漸降低。界線上只有1個(gè)自由度，液相狀態(tài)只能沿著界線移動(dòng)。 （4）三元無(wú)變量點(diǎn) 三條界線交匯于一點(diǎn)，亦即三個(gè)液相面相交的最低點(diǎn)，是三元系統(tǒng)的低共熔點(diǎn)，此時(shí)液相對(duì)A、B、C三個(gè)組分的晶相都達(dá)到飽和，為4相平衡，自由度為0，所以三元低共熔點(diǎn)又稱三元無(wú)變量點(diǎn)。只有等有一相消失后，三元系統(tǒng)的狀態(tài)才能改變，否則將一直維持在該低共熔點(diǎn)。 （5）等溫截面 等溫截面又稱水平截面，是用一代表某一溫度的平面與三元系統(tǒng)的立體狀態(tài)圖相截所得的圖形，表示三元系統(tǒng)在該溫度下的狀態(tài)，圖8-45中示出了在t1、t2、t3三個(gè)溫度的等溫截面。在液相區(qū)和固相區(qū)，等溫截面上得不到任何相交曲線或者點(diǎn)，這種等溫截面一般不畫出來(lái)，沒(méi)有意義。在最高熔點(diǎn)以下及在低共熔點(diǎn)以上的溫度范圍內(nèi)，等溫截面與液相面相交得到曲線，與熔點(diǎn)、界線及二元或三元低共熔點(diǎn)相交得到一個(gè)點(diǎn)，一般情況下，等溫截面只畫出后者的情況，即只畫出相交的曲線或者熔點(diǎn)與低共熔點(diǎn)。由于在立體狀狀態(tài)中不易清楚表達(dá)，一般將每個(gè)等溫截面圖單獨(dú)畫出來(lái)，如圖8-45所示。實(shí)際上，很多等溫截面圖的疊加就可復(fù)原立體狀態(tài)圖。  （6）投影圖 三元相圖的等溫截面只能反映一個(gè)溫度下的情況，使用范圍很有限。如果把一系列等溫截面上的有關(guān)曲線畫到底面濃度三角形內(nèi)，使用起來(lái)就方便多了，參見(jiàn)圖8-36。三元系統(tǒng)相圖立體狀態(tài)圖，雖然反映了相圖的整體情況，但使用起來(lái)很麻煩。比如直接在立體狀態(tài)圖中讀取各個(gè)組分的熔點(diǎn)、二元低共熔點(diǎn)、三元低共熔點(diǎn)等，要分析熔體析晶路程，都很不方便。解決的辦法就是作投影圖。投影圖的作法是： ① 將三個(gè)純組分的熔點(diǎn)投影到三個(gè)相應(yīng)的頂角上，并將熔點(diǎn)標(biāo)示出來(lái)； ② 將三個(gè)二元低共熔點(diǎn)投影到三條對(duì)應(yīng)邊上，并將低共熔點(diǎn)標(biāo)示出來(lái)； ③ 將三條界線投影到底面上，用箭頭將界線溫度降低的方向標(biāo)示出來(lái)； ④ 將三元低共熔點(diǎn)投影到底面上，并標(biāo)示出來(lái)； ⑤ 在底面濃度三角形內(nèi)畫出一定溫度間隔（如100°C）的等溫截面，從等溫線分布的疏密，即可判斷液相面的陡勢(shì)，分布愈密，說(shuō)明液相面愈陡。 如果在一個(gè)投影圖中，等溫線畫得太多，會(huì)對(duì)閱讀和分析三元相圖造成干擾，不清晰。為了使投影圖簡(jiǎn)潔、明了，便于分析與應(yīng)用，往往不畫出任何等溫線或者盡量少畫等溫線。 |
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