科学基础第三章2要点分析.ppt

2017-5-28 1第三章材料的相结构及相图(之二) 2017-5-28 2 本章主要内容?相与相平衡的基本概念,杠杆规则; ?二元系统各种类型相图的基本特点和阅读分析; ?三元相图的基本概念,三元匀晶相图, 简单三元共晶相图。 2017-5-28 3 为什么要研究相图? 2017-5-28 相图的基础知识?一、相与相平衡? 1. 相(Phase) ?在一个系统中, 成分、结构相同,性能一致的均匀的组成部分叫做相,不同相之间有明显的界面分开,该界面称为相界面。?注意: ?相在物理性能和化学性能上是均匀的。?相界面和晶界的区别。 2017-5-28 5 2. 相平衡?在某一温度下,系统中各个相经过很长时间也不互相转变,处于平衡状态, 这种平衡称为相平衡。(反之称为非平衡相) ?各组元在各相中的化学势相同。 A AB热力学动态平衡 2017-5-28 6 ? ?组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来, 并能独立存在的化学纯物质,在一个给定的系统中,组元就是构成系统的各种化学元素或化合物。?化学元素: Cu, Ni, Fe 等?化合物: Al2O3, MgO , Na2O, SiO2 等独立组分是指决定一个相平衡系统中多相组成所需要的最少数目的化学纯物质,它的数目称为独立组分数,用字母 C表示。按(独立)组元数目,将系统分为:一元系统、二元系统、三元系统…… 2017-5-28 7 ?4 自由度和吉布斯相律自由度是指在平衡系统中那些独立可变因素的最大数目,以符号 f表示。吉布斯相律是指处于热力学平衡状态的系统中自由度与组元数和相数之间的关系定律: f+p=c+n 2017-5-28 8 ?只考虑温度和压力对系统平衡状态的影响: ? F=C-P+2 ?凝聚系统: ? F=C-P+1 ?式中的 P称为相数,显然在 f=0时, P最大。 2017-5-28 9几点说明: ?(1) 相平衡是研究多相体系的平衡状态如何随温度、压力和组分浓度等变数而改变的规律; ?(2) 相图是根据多相平衡的实验结果而绘制的几何图形;又称状态图; ?(3)相图中的平衡状态的概念。只适用于热力学平衡状态,各相温度相等(热量平衡)、各相压力相等(机械平衡)、各相化学势相等(化学平衡)。?(4)相律只表示体系中组元和相的数目,不能指明组元和相的类型和含量。?(5)不能预告反应动力学(即反应速度问题)。 2017-5-28 10 单元系统的相图?组元数 C=1 ?根据相律: F=1-P+2=3-P ?∵F≥ 0, ∴P≤3?若, P=1 ,则 F=2 ?∴可以用温度温度和压力压力作坐标的平面图( p- T图) 来表示系统的相图。若, F=0 ,则 P=3 ,即最多有三相平衡。