04 第四章 材料化學(xué)熱力學(xué)

1、Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 主要內(nèi)容 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用 埃靈罕姆圖（埃靈罕姆圖（Ellingham Diagrams）及其應(yīng)）及其應(yīng) 用用 材料界面熱力學(xué)材料界面熱力學(xué) 相平衡與相圖相平衡與相圖 2Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 學(xué)習(xí)目的 體會(huì)化學(xué)熱力學(xué)在材料研究中的一些運(yùn)用；體會(huì)化學(xué)熱力學(xué)在材料研究中的一些運(yùn)用； 掌握界面熱力學(xué)與材料性質(zhì)的關(guān)系掌握界面熱力學(xué)與材料性質(zhì)的關(guān)系 能解讀分析材料工藝中碰到的各種相圖。能解讀分析材料工藝中碰到的各種相圖。

2、 3 3Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.1 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用 內(nèi)能內(nèi)能 焓焓 熵熵 吉布斯自由能吉布斯自由能 反應(yīng)的方向和進(jìn)行的限度反應(yīng)的方向和進(jìn)行的限度 4Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.1.1 化學(xué)熱力學(xué)回顧化學(xué)熱力學(xué)回顧 內(nèi)能（內(nèi)能（Internal Energy） 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律能量具有各種不同的形式，能量具有各種不同的形式， 能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體 傳遞給另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化及傳

3、遞中，能量的傳遞給另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化及傳遞中，能量的 總量保持不變?？偭勘３植蛔?。 對(duì)于對(duì)于凝聚態(tài)封閉體系凝聚態(tài)封閉體系： 5 UQW UQ W= PV=0dUdQ Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 焓（焓（Enthalpy） 6 HUPV ()dHdUd PV dHdQ HQ 凝凝 聚聚 態(tài)態(tài) 封封 閉閉 體體 系系 6Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 熵（熵（Entropy） 可逆過(guò)程熱效應(yīng)（可逆過(guò)程熱效應(yīng)（QR）與絕對(duì)溫度的比值：）與絕對(duì)溫度的比值： 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)

4、第二定律任何自發(fā)變化過(guò)程始終伴任何自發(fā)變化過(guò)程始終伴 隨著隔離體系的總熵值的增加。隨著隔離體系的總熵值的增加。 熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律在絕對(duì)零度時(shí)，任何純物在絕對(duì)零度時(shí)，任何純物 質(zhì)的完整晶體的熵都等于零。質(zhì)的完整晶體的熵都等于零。 7 R Q S T R Q dS T 0 298K0K SSSS 7Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 自由能（自由能（Free Energy） 8 GHTS dGdHTdS GHT S 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 在任何自發(fā)變化過(guò)程中，自由能總是減少的在任何自發(fā)變化過(guò)程中，自由能總是減少的 G0，過(guò)

5、程不能自發(fā)進(jìn)行；，過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行； G=0，過(guò)程處于平衡狀態(tài)。，過(guò)程處于平衡狀態(tài)。 化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)：化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)： 0 ln/KGRT Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.1.2 化學(xué)熱力學(xué)在材料研究中的應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)在材料研究中的應(yīng)用 9 化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué) 原理和方法原理和方法 相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù) 材料制備材料制備 工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì) 新材料開發(fā)新材料開發(fā) Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 材料加工中的焓變：材料加工中的焓變： 材料吸收一定的熱量將導(dǎo)致溫度的上升，上升

6、材料吸收一定的熱量將導(dǎo)致溫度的上升，上升 的程度用熱容的程度用熱容C C表示：表示： 10Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials dT Q C ppp dT dH dT Q C)()( dTCH T T p 2 1 2 cTbTaC p 鋅礦鋅礦ZnO 金屬鋅金屬鋅 還原還原 2 ZnO(s) + CO(g) Zn(s/g) + CO (g) ? 0-1 300K 65.0kJ molH 0-1 1200K 180.9kJ molH 0-1-1 300K 13.7J KmolS 0-1-1 1200K 288.6J KmolS 0-1 300

7、K 60.89kJ molG 0-1 1200K 165.42kJ molG G0= H0-T S0 3 60.89 10 ln10.60 8.314 300 p K 11 2.512 10 p K 3 ( 165.42 10 ) ln7.197 8.314 1200 p K 7 1.574 10 p K 300K1200K 11Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 材料加工條件的確定：冶金工藝材料加工條件的確定：冶金工藝 金屬鋅的冶煉金屬鋅的冶煉 4.1.3埃靈罕姆圖及其應(yīng)用埃靈罕姆圖及其應(yīng)用 Ellingham Diagrams 埃靈罕

8、姆圖埃靈罕姆圖 G0-T關(guān)系圖關(guān)系圖 G0-T為近似線性關(guān)系為近似線性關(guān)系 0 GABT 000 GHT S 埃靈罕姆圖埃靈罕姆圖 12Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 13Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials G0-T線的斜率： 氧化過(guò)程氣體數(shù)目減少，則氧化過(guò)程氣體數(shù)目減少，則 S00， 斜率為正。斜率為正。 金屬金屬+O2金屬氧化物金屬氧化物 氧化過(guò)程氣體數(shù)目增加，則氧化過(guò)程氣體數(shù)目增加，則 S00, (- S0)0， 斜率為負(fù)。斜率為負(fù)。 氧化過(guò)程氣體數(shù)目不變，則氧化過(guò)程氣體數(shù)

9、目不變，則 S0=0, (- S0)=0， 斜率為零，即斜率為零，即 G0幾乎與溫度無(wú)關(guān)。幾乎與溫度無(wú)關(guān)。 22 C(s) +O (g)=CO (g) 2 2C(s) +O (g)=2CO(g) 14Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 利用埃靈罕姆圖，可在很寬的溫度范圍利用埃靈罕姆圖，可在很寬的溫度范圍 內(nèi)研究各種材料的熱力學(xué)性質(zhì)及氧化還內(nèi)研究各種材料的熱力學(xué)性質(zhì)及氧化還 原性質(zhì)，為材料的制備和使用以及新材原性質(zhì)，為材料的制備和使用以及新材 料的研究開發(fā)提供依據(jù)和參數(shù)。料的研究開發(fā)提供依據(jù)和參數(shù)。 埃靈罕姆圖的應(yīng)用埃靈罕姆圖的應(yīng)用 15C

10、hapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 一、氧化物生成平衡及控制一、氧化物生成平衡及控制 2 01 O lnGRTP 溫度溫度T下的平衡壓力下的平衡壓力 2 O ,eqT P 在一定溫度下，通過(guò)調(diào)在一定溫度下，通過(guò)調(diào) 節(jié)氧氣壓力，就可控制節(jié)氧氣壓力，就可控制 反應(yīng)進(jìn)行的方向反應(yīng)進(jìn)行的方向 16Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二、氧化物穩(wěn)定性比較二、氧化物穩(wěn)定性比較 G0-T曲線越在下方，金屬氧化物的曲線越在下方，金屬氧化物的 G0負(fù)值越負(fù)值越 大，其穩(wěn)定性也就越高。大，其穩(wěn)定性也就越高

11、。 在給定溫度下，位于下方的在給定溫度下，位于下方的 G0-T曲線所對(duì)應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng) 的元素能使上方的元素能使上方 G0-T線的金屬氧化物還原。線的金屬氧化物還原。 位于位于H2O生成線上方的金屬氧化物都可被氫生成線上方的金屬氧化物都可被氫 還原。還原。 所研究的氧化還原反應(yīng)兩條直線之間的距離在所研究的氧化還原反應(yīng)兩條直線之間的距離在 給定溫度下就代表了反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變給定溫度下就代表了反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變 G0。 17Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 例：例：TiO2與與MgO的比較的比較 TiO2生成線位于生成線位于MnO生成線的下方

12、，即表明前者生成線的下方，即表明前者 的穩(wěn)定性大于后者。的穩(wěn)定性大于后者。 1000下兩條氧化物生成線之間的距離：下兩條氧化物生成線之間的距離： G G0 00離子鍵的物質(zhì)（氧化物熔體和熔離子鍵的物質(zhì)（氧化物熔體和熔 鹽）鹽）極性共價(jià)鍵的物質(zhì)（水）極性共價(jià)鍵的物質(zhì)（水）非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)（氯）非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)（氯） 表面張力是物質(zhì)分子間相互作用力的結(jié)果，分子間作用力表面張力是物質(zhì)分子間相互作用力的結(jié)果，分子間作用力 越大，相應(yīng)的表面張力也越大?；瘜W(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大。越大，相應(yīng)的表面張力也越大?；瘜W(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大。 影響表面張力的因素影響表面張力的因素 由于表面張力是兩相交界面上的分

13、子受到不均衡的力場(chǎng)所由于表面張力是兩相交界面上的分子受到不均衡的力場(chǎng)所 引起的，所以，當(dāng)同一種物質(zhì)與不同性質(zhì)的其他物質(zhì)接觸時(shí)，引起的，所以，當(dāng)同一種物質(zhì)與不同性質(zhì)的其他物質(zhì)接觸時(shí)， 表面層分子所處的力場(chǎng)不同，致使表面張力有顯著差異。（界表面層分子所處的力場(chǎng)不同，致使表面張力有顯著差異。（界 面張力）面張力） B. 接觸相的性質(zhì)接觸相的性質(zhì) C. 溫度溫度 溫度升高會(huì)導(dǎo)致液體分子間距離增大而作用力減小，因而表面溫度升高會(huì)導(dǎo)致液體分子間距離增大而作用力減小，因而表面 張力下降。純液體的表面張力與溫度具有如下經(jīng)驗(yàn)公式：張力下降。純液體的表面張力與溫度具有如下經(jīng)驗(yàn)公式： n c T T 1 0 gg

14、P93，例題，例題4-4 表面現(xiàn)象基本規(guī)律表面現(xiàn)象基本規(guī)律 29Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.2.2 潤(rùn)濕和接觸角潤(rùn)濕和接觸角 潤(rùn)濕潤(rùn)濕:固體與液體接觸時(shí)所發(fā)生的一種表面現(xiàn)象，屬于固液固體與液體接觸時(shí)所發(fā)生的一種表面現(xiàn)象，屬于固液 界面行為，是指固體表面上的一種液體取代另一種與之不界面行為，是指固體表面上的一種液體取代另一種與之不 想混溶流體的過(guò)程。想混溶流體的過(guò)程。 分為：分為：沾濕沾濕(adhesion)、鋪展、鋪展(spreading) 和浸濕和浸濕(dipping) 潤(rùn)濕類型和潤(rùn)濕功潤(rùn)濕類型和潤(rùn)濕功 附著附著潤(rùn)濕潤(rùn)濕 鋪

15、展?jié)櫇皲佌節(jié)櫇?浸入潤(rùn)濕浸入潤(rùn)濕 潤(rùn)濕功潤(rùn)濕功：拆開單位：拆開單位 面積潤(rùn)濕著的界面面積潤(rùn)濕著的界面 所需的功。所需的功。 潤(rùn)濕功大小與潤(rùn)濕潤(rùn)濕功大小與潤(rùn)濕 的牢固程度。的牢固程度。 潤(rùn)濕程度的度量標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)濕程度的度量標(biāo)準(zhǔn)接觸角接觸角 稱為接觸角稱為接觸角，是指三個(gè)相界面的交點(diǎn)，是指三個(gè)相界面的交點(diǎn)O處包括液體在內(nèi)的兩處包括液體在內(nèi)的兩 界面切線之間的夾角。界面切線之間的夾角。角越小，液體在固體上鋪展得越平，角越小，液體在固體上鋪展得越平， 潤(rùn)濕性能越好；潤(rùn)濕性能越好；角越大，潤(rùn)濕性能越差。所以角越大，潤(rùn)濕性能越差。所以也稱為潤(rùn)濕角。也稱為潤(rùn)濕角。 楊氏方程楊氏方程 lg slsg g gg c

16、os 潤(rùn)濕程度的度量標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)濕程度的度量標(biāo)準(zhǔn)接觸角接觸角 改變潤(rùn)濕程度的方法及應(yīng)用改變潤(rùn)濕程度的方法及應(yīng)用 A、附著潤(rùn)濕（沾濕）與附著功、附著潤(rùn)濕（沾濕）與附著功 分析界面的產(chǎn)生與消失分析界面的產(chǎn)生與消失 固液界面代替固氣界面和固液界面代替固氣界面和 液氣界面液氣界面 附著潤(rùn)濕過(guò)程均能自動(dòng)進(jìn)行附著潤(rùn)濕過(guò)程均能自動(dòng)進(jìn)行 潤(rùn)濕類型和潤(rùn)濕功潤(rùn)濕類型和潤(rùn)濕功 B、浸入潤(rùn)濕與浸潤(rùn)功、浸入潤(rùn)濕與浸潤(rùn)功 界面的產(chǎn)生與消失：界面的產(chǎn)生與消失： 液固界面代替氣固界面液固界面代替氣固界面 潤(rùn)濕功是液體在固體表面上取代氣體能力的一種量度潤(rùn)濕功是液體在固體表面上取代氣體能力的一種量度。 AGG s -gs - ls -

17、gs - l ）（ 浸入 ggG 浸入潤(rùn)濕功浸入潤(rùn)濕功 s - ls -g /ggAGW 浸入浸入 C、鋪展?jié)櫇衽c鋪展功、鋪展?jié)櫇衽c鋪展功 分析界面的產(chǎn)生與消失分析界面的產(chǎn)生與消失 液固界面和液氣界面代替液固界面和液氣界面代替 氣固界面氣固界面 鋪展系數(shù)的物理意義鋪展系數(shù)的物理意義：定溫、定壓下，拆開單位面積潤(rùn)濕著的：定溫、定壓下，拆開單位面積潤(rùn)濕著的 液固界面時(shí)所需的可逆功。液固界面時(shí)所需的可逆功。 潤(rùn)濕現(xiàn)象的熱力學(xué)定義潤(rùn)濕現(xiàn)象的熱力學(xué)定義 若液體與固體接觸后，使體系（固體若液體與固體接觸后，使體系（固體+液體）液體） 的吉布斯自由能降低的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。的吉布斯自由能降低的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。

18、 固體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題固體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題 固體的表面自由能固體的表面自由能（又稱表面張力），（又稱表面張力），g gs-g越大，越易被一些越大，越易被一些 液體所潤(rùn)濕。液體所潤(rùn)濕。高能表面和低能表面高能表面和低能表面。 對(duì)液體來(lái)說(shuō)，一般液體的表面張力（除液態(tài)汞外）都在對(duì)液體來(lái)說(shuō)，一般液體的表面張力（除液態(tài)汞外）都在 100mN/m以下。以下。 高能表面高能表面，例如常見的金屬及其氧化物、硫化物、無(wú)機(jī)鹽等，例如常見的金屬及其氧化物、硫化物、無(wú)機(jī)鹽等， 它們易為一般液體潤(rùn)濕；它們易為一般液體潤(rùn)濕； 低能表面低能表面，包括一般的有機(jī)固體及高聚物，它們的表面自由焓，包括一般的有機(jī)固體及高聚物，它

19、們的表面自由焓 與液體大致相當(dāng)，約在與液體大致相當(dāng)，約在25-100mJ/m2左右，它們的潤(rùn)濕性能左右，它們的潤(rùn)濕性能 與液與液-固兩相的表面組成與性質(zhì)密切相關(guān)。不易被液體潤(rùn)濕。固兩相的表面組成與性質(zhì)密切相關(guān)。不易被液體潤(rùn)濕。 對(duì)于固體表面來(lái)說(shuō)，一般按其自由能的大小可以分為親水及疏對(duì)于固體表面來(lái)說(shuō)，一般按其自由能的大小可以分為親水及疏 水兩大類。較為常見的親水表面有玻璃、金屬等；疏水水兩大類。較為常見的親水表面有玻璃、金屬等；疏水/親油親油 的表面有聚烯烴、硅等；疏水的表面有聚烯烴、硅等；疏水/疏油的表面有聚四氟乙烯（特疏油的表面有聚四氟乙烯（特 氟龍）等。氟龍）等。 固體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題固

20、體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題 低表面能固體的潤(rùn)濕低表面能固體的潤(rùn)濕 較難被液體潤(rùn)濕。如較難被液體潤(rùn)濕。如PTFE、PE、PP等。等。 臨界表面張力臨界表面張力，g gc，反映低能固體表面潤(rùn)濕性能的一個(gè)極重要，反映低能固體表面潤(rùn)濕性能的一個(gè)極重要 的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)； 當(dāng)液體的表面張力等于或小于固體的當(dāng)液體的表面張力等于或小于固體的g gc時(shí)，才能在該固體表面時(shí)，才能在該固體表面 上鋪展；固體的上鋪展；固體的g gc越小，要求能潤(rùn)濕它的液體的表面張力就越越小，要求能潤(rùn)濕它的液體的表面張力就越 低，也就說(shuō)該固體越難潤(rùn)濕。低，也就說(shuō)該固體越難潤(rùn)濕。 固體表面的潤(rùn)濕性與分子的極性有關(guān)。固體表面的潤(rùn)濕性與分

21、子的極性有關(guān)。 固體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題固體材料表面的潤(rùn)濕問(wèn)題 高表面能固體的潤(rùn)濕高表面能固體的潤(rùn)濕 較容易被液體潤(rùn)濕較容易被液體潤(rùn)濕。如煤油在玻璃、金屬上的鋪展等。如煤油在玻璃、金屬上的鋪展等。適用于適用于 非極性液體非極性液體。 極性有機(jī)液體或含有極性有機(jī)物的液體，難在高能表面固體表極性有機(jī)液體或含有極性有機(jī)物的液體，難在高能表面固體表 面鋪展。面鋪展。 單分子層的潤(rùn)濕性，單分子層的潤(rùn)濕性，自憎現(xiàn)象自憎現(xiàn)象，自憎液體。，自憎液體。 極性有機(jī)液體能否鋪展取決于液體表面張力與其在固體表面形極性有機(jī)液體能否鋪展取決于液體表面張力與其在固體表面形 成的單分子層的成的單分子層的g gc大小。大小。 單

22、分子層的單分子層的g gc只取決于表面基團(tuán)的性質(zhì)和這些基團(tuán)在表面排列只取決于表面基團(tuán)的性質(zhì)和這些基團(tuán)在表面排列 的緊密程度，而與單分子層下面的固體無(wú)關(guān)。的緊密程度，而與單分子層下面的固體無(wú)關(guān)。 液體自憎現(xiàn)象的利用。液體自憎現(xiàn)象的利用。 39Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) A附加壓力附加壓力 a）水平面）水平面： 不產(chǎn)生附加壓力不產(chǎn)生附加壓力 b）凸液面）凸液面： 垂直于彎曲液面垂直于彎曲液面 指向曲率中心指向曲率中心 c）凹液面）凹液面： 垂直于彎曲液面垂直于彎曲液面 指向曲率中心指向曲率中心

23、 40Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) A附加壓力附加壓力 凸曲面，凸曲面，r取正值，附加壓力取正值，附加壓力0 凹液面，凹液面，r取負(fù)值，附加壓力取負(fù)值，附加壓力0 附加壓力的推導(dǎo)（附加壓力的推導(dǎo)（力的角度力的角度） r r r r rrF g gg 2 11 11 2 2cos2 rr r r r F p g g 2 2 2 1 2 1 2 1 r pp g2 0 附加壓力的大小與液體的表面張力及液面的曲率半徑有關(guān)附加壓力的大小與液體的表面張力及液面的曲率半徑有關(guān) 附加壓力的推導(dǎo)（附加壓力的

24、推導(dǎo)（能量轉(zhuǎn)化角度能量轉(zhuǎn)化角度） 附加壓力公式說(shuō)明：附加壓力公式說(shuō)明： 解釋現(xiàn)象解釋現(xiàn)象：吹氣球?qū)嶒?yàn)，為什么一開始要使很大的勁？：吹氣球?qū)嶒?yàn)，為什么一開始要使很大的勁？ 例題例題 液體沸騰和過(guò)熱現(xiàn)象液體沸騰和過(guò)熱現(xiàn)象 液體沸騰的先決條件：液體沸騰的先決條件： 克服三種阻力：大氣壓力、液柱靜克服三種阻力：大氣壓力、液柱靜 壓力、凹液面的附加壓力壓力、凹液面的附加壓力 過(guò)熱現(xiàn)象：應(yīng)沸騰而不沸騰的現(xiàn)象過(guò)熱現(xiàn)象：應(yīng)沸騰而不沸騰的現(xiàn)象 主要原因：凹液面上的附加壓力主要原因：凹液面上的附加壓力 過(guò)熱現(xiàn)象的防止：過(guò)熱現(xiàn)象的防止： 暴沸及其防止暴沸及其防止 煉鋼過(guò)程中的煉鋼過(guò)程中的“爐底沸騰爐底沸騰”現(xiàn)象分析

25、現(xiàn)象分析 （1）爐底及爐壁的粗糙多孔或有裂縫、溝槽，在這些空隙中）爐底及爐壁的粗糙多孔或有裂縫、溝槽，在這些空隙中 留存有少量氣體能夠作為形成氣泡的核心；留存有少量氣體能夠作為形成氣泡的核心； （2）粗糙多孔的爐底和爐壁同鋼液相比，與氣體的表面張力）粗糙多孔的爐底和爐壁同鋼液相比，與氣體的表面張力 較小，減少了產(chǎn)生氣泡的阻力，因而在爐底、爐壁上形成氣泡較小，減少了產(chǎn)生氣泡的阻力，因而在爐底、爐壁上形成氣泡 就比較容易些。就比較容易些。 45Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) B毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象 毛

26、細(xì)現(xiàn)象的解釋：毛細(xì)現(xiàn)象的解釋： 玻璃毛細(xì)管中液面上升（水）玻璃毛細(xì)管中液面上升（水） 玻璃毛細(xì)管中液面下降（水銀）玻璃毛細(xì)管中液面下降（水銀） 兩片玻璃片用水潤(rùn)濕貼在一起，不易分開兩片玻璃片用水潤(rùn)濕貼在一起，不易分開 gh R p g 2 gr h gcos2 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) C彎曲表面的飽和蒸汽壓彎曲表面的飽和蒸汽壓 開爾文公式推導(dǎo)：開爾文公式推導(dǎo)： 途徑途徑：分三步進(jìn)行：分三步進(jìn)行 定溫（定溫（T）定壓（）定壓（pR）可逆蒸發(fā)）可逆蒸發(fā) 定溫（定溫（T）壓力變化）壓力變化pR到到pr 定溫（定溫（T）定壓（）定壓（pr）可逆凝結(jié)）可逆凝結(jié) Gm, =Gm, 與路徑

27、無(wú)關(guān)：與路徑無(wú)關(guān)： ) 11 ( 2 ln 121 2 rrRT M p p g 若若p1為水平面上的壓力為水平面上的壓力p，r1=) 11 ( 2 ln 121 2 rrRT M p p g rRT M p pr g2 ln 凹平凸 ppp 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) D微小固體顆粒的微小固體顆粒的溶解溶解與熔融與熔融 溶解度：溶液中溶質(zhì)的蒸氣壓（或化學(xué)勢(shì)）與固體純?nèi)苜|(zhì)的溶解度：溶液中溶質(zhì)的蒸氣壓（或化學(xué)勢(shì)）與固體純?nèi)苜|(zhì)的 蒸氣壓（或化學(xué)勢(shì)）相等時(shí)，溶解達(dá)到平衡時(shí)溶液的濃度蒸氣壓（或化學(xué)勢(shì)）相等時(shí)，溶解達(dá)到平衡時(shí)溶液的濃度 溶解度開爾文方程溶解度開爾文方程 過(guò)飽和現(xiàn)象：過(guò)飽和現(xiàn)

28、象： 金屬的淬火：金屬的淬火： 凝固點(diǎn)：固液兩相平衡時(shí)的溫度，固液兩相的蒸氣壓達(dá)到凝固點(diǎn)：固液兩相平衡時(shí)的溫度，固液兩相的蒸氣壓達(dá)到 相等時(shí)的溫度相等時(shí)的溫度 過(guò)冷現(xiàn)象：過(guò)冷現(xiàn)象： 過(guò)冷度：（過(guò)冷度：（T0T1） 過(guò)冷液體：過(guò)冷液體：T0T1之之 間的液體間的液體 4.2.3 彎曲表面熱力學(xué)彎曲表面熱力學(xué) D微小固體顆粒的溶解與微小固體顆粒的溶解與熔融熔融 Hrd MT Hr TV TTT mmm m gg22 4.2.4 固體表面的吸附固體表面的吸附 什么是吸附？吸附的本質(zhì)是什么？吸附劑？吸附質(zhì)？什么是吸附？吸附的本質(zhì)是什么？吸附劑？吸附質(zhì)？ 分類：物理吸附（一般無(wú)選擇性）和化學(xué)吸附（有選擇

29、性）分類：物理吸附（一般無(wú)選擇性）和化學(xué)吸附（有選擇性） 吸附平衡與吸附量吸附平衡與吸附量 吸附與解吸是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)不同方向的可逆過(guò)程。在吸附與解吸是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)不同方向的可逆過(guò)程。在 定溫、定壓下，當(dāng)吸附速度與解吸速度相等時(shí)，達(dá)到吸附平定溫、定壓下，當(dāng)吸附速度與解吸速度相等時(shí)，達(dá)到吸附平 衡狀態(tài)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量吸附衡狀態(tài)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量吸附 劑所能吸附的氣體的物質(zhì)的量（或這些氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所劑所能吸附的氣體的物質(zhì)的量（或這些氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所 占的體積），稱為吸附量。占的體積），稱為吸附量。 吸附曲線吸附曲線 q = f ( T, P

30、 ) ，在在q、T、P三個(gè)變量中固定一個(gè)而反映另三個(gè)變量中固定一個(gè)而反映另 外兩個(gè)之間關(guān)系的曲線，稱為吸附線。吸附線分為三類：吸外兩個(gè)之間關(guān)系的曲線，稱為吸附線。吸附線分為三類：吸 附等壓線、吸附等量線和附等壓線、吸附等量線和吸附等溫線吸附等溫線。 單分子層化學(xué)吸附單分子層化學(xué)吸附 物理吸附物理吸附 蘭格繆爾（蘭格繆爾（Langmuir）單分子層吸附理論）單分子層吸附理論 基本假設(shè)：基本假設(shè)： 氣氣-固吸附在陶瓷工藝中的應(yīng)用固吸附在陶瓷工藝中的應(yīng)用 1.粉碎工藝粉碎工藝 2.成型工藝成型工藝 3.化學(xué)制粉工藝化學(xué)制粉工藝 添加助磨劑添加助磨劑（表面活性劑）一端帶有極性（親水）（表面活性劑）一端

31、帶有極性（親水） 而另一端為中性（憎水或親油），定向性吸附防止而另一端為中性（憎水或親油），定向性吸附防止 粉粒團(tuán)聚粉粒團(tuán)聚 加入電解質(zhì)加入電解質(zhì)讓吸附后表面帶同一種電荷，由于靜電讓吸附后表面帶同一種電荷，由于靜電 斥力不會(huì)過(guò)度聚集斥力不會(huì)過(guò)度聚集 加入有機(jī)物質(zhì)加入有機(jī)物質(zhì)降低表面張力緩解結(jié)團(tuán)降低表面張力緩解結(jié)團(tuán) 4.3 相圖及其應(yīng)用相圖及其應(yīng)用 相（相（phase）成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致 的均勻的組成部分。的均勻的組成部分。 不同相之間有明顯的界面分開，該界面稱為相不同相之間有明顯的界面分開，該界面稱為相 界面。界面。 相圖（相圖（phase diagram）用幾何

32、（圖解）用幾何（圖解） 的方式來(lái)描述處于平衡狀態(tài)下物質(zhì)的成分、相的方式來(lái)描述處于平衡狀態(tài)下物質(zhì)的成分、相 和外界條件相互關(guān)系的示意圖。和外界條件相互關(guān)系的示意圖。 利用相圖，可以了解不同成分的材料，在不同溫利用相圖，可以了解不同成分的材料，在不同溫 度時(shí)的平衡條件下的狀態(tài)，由哪些相組成，每個(gè)度時(shí)的平衡條件下的狀態(tài)，由哪些相組成，每個(gè) 相的成分及相對(duì)含量等，還能了解材料在加熱冷相的成分及相對(duì)含量等，還能了解材料在加熱冷 卻過(guò)程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變。卻過(guò)程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變。 57Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 4.3.1 相平衡與相律相平衡與

33、相律 組元（組元（Component） 系統(tǒng)中每一個(gè)可以系統(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)。單獨(dú)分離出來(lái)，并能獨(dú)立存在的化學(xué)純物質(zhì)。 單元系、二元系、三元系單元系、二元系、三元系 相平衡（相平衡（Phases Equilibrium） 在一定的在一定的 成分、溫度和壓力下，各組成相之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)成分、溫度和壓力下，各組成相之間的物質(zhì)轉(zhuǎn) 移達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)組成相的成分、數(shù)量移達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)組成相的成分、數(shù)量 不再變化。不再變化。 各組元在各相中的化學(xué)勢(shì)相同：各組元在各相中的化學(xué)勢(shì)相同： 1121 . ii ； ； 58Chapter4 Chemical Thermo

34、dynamics of Materials 吉布斯相律（吉布斯相律（Gibbs Phase Rule） 相律相律處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中自由度處于熱力學(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)系定律與組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系定律 f = c-p+2 f：自由度數(shù)；：自由度數(shù)； c：組成材料系統(tǒng)的獨(dú)立組元數(shù)；：組成材料系統(tǒng)的獨(dú)立組元數(shù)； p：平衡相的數(shù)目；：平衡相的數(shù)目； 2：指溫度和壓力這兩個(gè)非成分的變量：指溫度和壓力這兩個(gè)非成分的變量 如果研究的系統(tǒng)為固態(tài)物質(zhì)，可以忽略壓力的影如果研究的系統(tǒng)為固態(tài)物質(zhì)，可以忽略壓力的影 響響 ，該值為，該值為1 59Chapter4 Chemical

35、Thermodynamics of Materials 4.3.2 相圖相圖 相圖的建立相圖的建立 60Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 單元系相圖單元系相圖 Unary phase diagrams 單相區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：p=1，f=2 兩相共存線上：兩相共存線上： p=2，f=1 三相點(diǎn)：三相點(diǎn)：p=3，f=0 c=1 61Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 單組分材料的多晶轉(zhuǎn)變相圖單組分材料的多晶轉(zhuǎn)變相圖 12002370 222 1000 ZrOZ

36、rOZrO 單斜四方立方 62Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元相圖二元相圖 Binary phase diagrams c=2； 凝聚態(tài)體系：f=c-p+1=3-p； 最大的自由度數(shù)目f=3-1=2 溫度和成分溫度和成分 二維的平面圖二維的平面圖 63Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 勻晶相圖（勻晶相圖（isomorphous system）形成形成 連續(xù)固溶體的相圖連續(xù)固溶體的相圖 AB TA TB L L+ wB, % 64Ch

37、apter4 Chemical Thermodynamics of Materials 杠桿規(guī)則 65 Cu Ni C0CL C TA TB T1 L L+ a c b 0 0 L L CCWbc WabCC Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 杠桿規(guī)則推導(dǎo)杠桿規(guī)則推導(dǎo) 66 0 0 0 L LL WWW W CW CWC 由以上兩式可以得出由以上兩式可以得出 0 0 L L CCWbc WabCC Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 相圖分析相圖分析 二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 液相

38、線液相線 固相線固相線 液相區(qū)液相區(qū) L 固相區(qū)固相區(qū) 兩相共存區(qū)兩相共存區(qū) AB TA TB L+ wB, % 67 2條線：條線： 液相線、固相線液相線、固相線 c=2，p=2，f=1 2個(gè)單相區(qū)：個(gè)單相區(qū)： 固相區(qū)、液相區(qū)固相區(qū)、液相區(qū) c=2，p=1，f=2 1個(gè)兩相區(qū)：個(gè)兩相區(qū)： c=2，p=2，f=1 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 有極值的勻晶相圖有極值的勻晶相圖 具有極大點(diǎn)具有極大點(diǎn)具有極小點(diǎn)具有極小點(diǎn) 68Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials P105P105例題

39、例題4-6 4-6 二元共晶相圖二元共晶相圖 Eutectic phase diagram 兩組元（兩組元（A和和B）在液態(tài)可無(wú)限互溶、）在液態(tài)可無(wú)限互溶、 固態(tài)只能部分互溶發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)形成固態(tài)只能部分互溶發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)形成 的相圖。的相圖。 69Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials L + L+ L+ 液相線 液相線 固相線 固相線 固溶線 固溶線 相圖相圖 分析分析 ：B B原子溶入原子溶入A A基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體 ：A A原子溶入原子溶入B B基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體 固溶線：也稱固溶度曲線，反映不同溫

40、度時(shí)的溶解度變化。固溶線：也稱固溶度曲線，反映不同溫度時(shí)的溶解度變化。 70Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials DCE L 一個(gè)液相同時(shí)析出兩種固相的反應(yīng)，稱為共晶一個(gè)液相同時(shí)析出兩種固相的反應(yīng)，稱為共晶 反應(yīng)反應(yīng) 根據(jù)相律，三相平衡時(shí)有根據(jù)相律，三相平衡時(shí)有 f f= =c c- -p p+1=2-3+1=0+1=2-3+1=0 因此三個(gè)平衡相的因此三個(gè)平衡相的及反應(yīng)及反應(yīng)都是確定的，在都是確定的，在 冷卻曲線中出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。冷卻曲線中出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) eutectic reaction 71Chapter4 Chemi

41、cal Thermodynamics of Materials 共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) eutectic point ：即低共熔點(diǎn)，指在相：即低共熔點(diǎn)，指在相 圖中由共晶成分和共晶溫度確定的點(diǎn)（圖中由共晶成分和共晶溫度確定的點(diǎn)（E點(diǎn)）。點(diǎn)）。 共晶溫度共晶溫度 eutectic temperature：即低共熔溫：即低共熔溫 度，是指共晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度。度，是指共晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度。 共晶成分共晶成分 eutectic composition：即低共熔組：即低共熔組 成，是指共晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的組成。成，是指共晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的組成。 72Chapter4 Chemical Thermodynamics of Mat

42、erials 73 E點(diǎn)的共晶反應(yīng)：從組成為點(diǎn)的共晶反應(yīng)：從組成為CE的液相中同時(shí)結(jié)晶出成分為的液相中同時(shí)結(jié)晶出成分為CC 的的 相和成分為相和成分為CD的的 相。兩相的質(zhì)量比相。兩相的質(zhì)量比W /W 可用杠桿規(guī)則可用杠桿規(guī)則 求得：求得： DE EC WCC WCC 兩相的百分含量為：兩相的百分含量為： 100% DE DC CC w CC 100% EC DC CC w CC Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 74 實(shí)例： Pb-Sn相圖 合金合金1 1共晶反應(yīng)后兩相百分含量：共晶反應(yīng)后兩相百分含量： 97.561.9 100%45

43、.4% 97.5 19 w 61.9 19 100%54.6% 97.5 19 w Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元包晶相圖 Peritectic phase diagram 包晶反應(yīng)（包晶反應(yīng)（peritectic reaction） 在一定溫度下，由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分的在一定溫度下，由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分的 固相作用，生成另一個(gè)成分固相的反應(yīng)。固相作用，生成另一個(gè)成分固相的反應(yīng)。 PDC L 75Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 相圖相圖 分析分析

44、 液相線 固相線 固溶線 76Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 包晶線 包晶反應(yīng)時(shí)的相對(duì)含量計(jì)算包晶反應(yīng)時(shí)的相對(duì)含量計(jì)算 100% PD L CD CC w CC 100% CP CD CC w CC 77Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 實(shí)例：實(shí)例： Pt-AgPt-Ag相圖相圖 78Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 79Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元偏晶

45、相圖二元偏晶相圖 Monotectic phase diagram 偏晶反應(yīng)（偏晶反應(yīng)（ monotectic reaction） 80 1,2,mon LAL 恒溫 偏晶點(diǎn)偏晶點(diǎn) monotectic point Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 具有化合物的二元相圖具有化合物的二元相圖 相圖中間存在化合物，故又稱相圖中間存在化合物，故又稱。 穩(wěn)定化合物：有確定的熔點(diǎn)，可熔化成與固態(tài)穩(wěn)定化合物：有確定的熔點(diǎn)，可熔化成與固態(tài) 相同成分液體的化合物，也稱為相同成分液體的化合物，也稱為一致熔融化合一致熔融化合 物物； 不穩(wěn)定化合物：不能熔化

46、成與固態(tài)相同成分的不穩(wěn)定化合物：不能熔化成與固態(tài)相同成分的 液體，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變液體，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變 為兩個(gè)相。為兩個(gè)相。 81Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 82 形成不穩(wěn)定化合物的形成不穩(wěn)定化合物的K-Na相圖相圖 形成穩(wěn)定化合物的形成穩(wěn)定化合物的Mg-Si相圖相圖 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元相圖的一些基本規(guī)律二元相圖的一些基本規(guī)律 相區(qū)接觸法則：在二元相圖中，相鄰相區(qū)的相數(shù)差為相區(qū)接觸法則：在二元相圖中，相鄰相區(qū)的相數(shù)差

47、為 1，點(diǎn)接觸除外。例如，兩個(gè)單相區(qū)之間必有一個(gè)雙，點(diǎn)接觸除外。例如，兩個(gè)單相區(qū)之間必有一個(gè)雙 相區(qū)，三相平衡水平線只能與兩相區(qū)相鄰，而不能與相區(qū)，三相平衡水平線只能與兩相區(qū)相鄰，而不能與 單相區(qū)有線接觸。單相區(qū)有線接觸。 在二元相圖中，三相平衡一定是一條水平線，該線一在二元相圖中，三相平衡一定是一條水平線，該線一 定與三個(gè)單相區(qū)有點(diǎn)接觸，其中兩點(diǎn)在水平線的兩端，定與三個(gè)單相區(qū)有點(diǎn)接觸，其中兩點(diǎn)在水平線的兩端， 另一點(diǎn)在水平線中間某處，三點(diǎn)對(duì)應(yīng)于三個(gè)平衡相的另一點(diǎn)在水平線中間某處，三點(diǎn)對(duì)應(yīng)于三個(gè)平衡相的 成分。此外，該線一定與三個(gè)兩相區(qū)相鄰。成分。此外，該線一定與三個(gè)兩相區(qū)相鄰。 兩相區(qū)與單相

48、區(qū)的分界線與水平線相交處，前者的延兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與水平線相交處，前者的延 長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入另一個(gè)兩相區(qū)，而不能進(jìn)入單相區(qū)。長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入另一個(gè)兩相區(qū)，而不能進(jìn)入單相區(qū)。 83Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 復(fù)雜二元相圖的分析方法復(fù)雜二元相圖的分析方法 分清組元、單相區(qū)、固溶體、中間相，溫度和成分區(qū)間。分清組元、單相區(qū)、固溶體、中間相，溫度和成分區(qū)間。 根據(jù)相區(qū)接觸法則，檢查所有雙相區(qū)是否填寫完全并正根據(jù)相區(qū)接觸法則，檢查所有雙相區(qū)是否填寫完全并正 確無(wú)誤，如有疏漏，則要將其完善。確無(wú)誤，如有疏漏，則要將其完善。 找出所有的水平線，有水平

49、線就意味著存在三相反應(yīng)，找出所有的水平線，有水平線就意味著存在三相反應(yīng)， 該水平線同時(shí)表明平衡狀態(tài)下發(fā)生該反應(yīng)的溫度。該水平線同時(shí)表明平衡狀態(tài)下發(fā)生該反應(yīng)的溫度。 在各水平線上找出三個(gè)特殊點(diǎn)，即水平線的兩個(gè)端點(diǎn)和在各水平線上找出三個(gè)特殊點(diǎn)，即水平線的兩個(gè)端點(diǎn)和 靠近水平線中部的第三個(gè)點(diǎn)（共晶點(diǎn)、包晶點(diǎn)、共析點(diǎn)靠近水平線中部的第三個(gè)點(diǎn)（共晶點(diǎn)、包晶點(diǎn)、共析點(diǎn) 等）。確定中部點(diǎn)上方與下方的相，并分析其反應(yīng)的類等）。確定中部點(diǎn)上方與下方的相，并分析其反應(yīng)的類 型，平衡相若在中部點(diǎn)之上，則該反應(yīng)必是該相分解為型，平衡相若在中部點(diǎn)之上，則該反應(yīng)必是該相分解為 另外兩相；若平衡相在中部點(diǎn)的下面，則該相一定

50、是反另外兩相；若平衡相在中部點(diǎn)的下面，則該相一定是反 應(yīng)生成相。應(yīng)生成相。 84Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 二元相圖中的三相反應(yīng)特征 恒溫轉(zhuǎn)變類型恒溫轉(zhuǎn)變類型反應(yīng)式反應(yīng)式相圖特征相圖特征 分解型分解型 （共晶型）（共晶型） 共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變L L+ + 共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變+ + 偏晶轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變L L1 1L L2 2+ + 熔晶轉(zhuǎn)變?nèi)劬мD(zhuǎn)變+ +L L 合成型合成型 （包晶型）（包晶型） 包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變L L+ + 包析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變+ + 合晶轉(zhuǎn)變合晶轉(zhuǎn)變L L1 1+ +L L2 2 85Chapter4 Chemical T

51、hermodynamics of Materials Fe-FeFe-Fe3 3C C合金相圖分析合金相圖分析 86Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials A N J B L g L+g +g L+ E C 相圖分析 87 主要點(diǎn) Chapter6 Metallic Materials ABCD線線液相線液相線 液相冷卻至此開始析出，加熱至此全部轉(zhuǎn)化。液相冷卻至此開始析出，加熱至此全部轉(zhuǎn)化。 AHJECF線線固相線固相線 液態(tài)合金至此線全部結(jié)晶為固相，加熱至此開始轉(zhuǎn)化液態(tài)合金至此線全部結(jié)晶為固相，加熱至此開始轉(zhuǎn)化 GS線線A3線線 A(奧氏體

52、奧氏體)開始析出開始析出F(鐵素體鐵素體)的轉(zhuǎn)變線，加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變線，加熱時(shí)F全部溶入全部溶入A ES線線AC線線 C(滲碳體滲碳體)在在A中溶解度曲線中溶解度曲線 ECF線線共晶線共晶線 含含C量量2.11-6.69%至此發(fā)生共晶反應(yīng)，結(jié)晶出至此發(fā)生共晶反應(yīng)，結(jié)晶出A與與Fe3C混合混合 物（萊氏體）。物（萊氏體）。 PSK線線共析線共析線 含含C量在量在0.0218-6.69%至此反生共析反應(yīng)，產(chǎn)生出珠光體至此反生共析反應(yīng)，產(chǎn)生出珠光體 88 主要線 Chapter6 Metallic Materials 89 共析鋼共析鋼 Chapter6 Metallic Materials 90 亞共

53、析鋼亞共析鋼 Chapter6 Metallic Materials 91 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 Chapter6 Metallic Materials 三元相圖簡(jiǎn)述三元相圖簡(jiǎn)述 Ternary phase diagrams （1）三元相圖的構(gòu)成及其成分表示）三元相圖的構(gòu)成及其成分表示 組元數(shù)組元數(shù)c=3 相率：相率：f=c-p+1=3-p+1=4-p （忽略壓力）（忽略壓力） 四相平衡點(diǎn)、三相平衡區(qū)域四相平衡點(diǎn)、三相平衡區(qū)域 自由度最大為自由度最大為3三維相圖三維相圖 92 p1234 f3210 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Mater

54、ials 三元相圖的構(gòu)成三元相圖的構(gòu)成 水平濃度三角形表示成分；水平濃度三角形表示成分； 垂直軸表示溫度；垂直軸表示溫度； 濃度三角形與溫度軸組成三角棱濃度三角形與溫度軸組成三角棱 柱；柱； 棱柱的每個(gè)側(cè)面表示三個(gè)二元系棱柱的每個(gè)側(cè)面表示三個(gè)二元系 統(tǒng)，如統(tǒng)，如AB，BC，AC。 93Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 濃度三角形濃度三角形 三個(gè)頂點(diǎn)分別代表三個(gè)純組元三個(gè)頂點(diǎn)分別代表三個(gè)純組元A、B和和C； 等邊三角形的邊長(zhǎng)定為等邊三角形的邊長(zhǎng)定為100，三角形的三條邊構(gòu)成，三角形的三條邊構(gòu)成 三個(gè)組元兩兩組成的二元系；三個(gè)組元兩兩組成的

55、二元系； M點(diǎn)各組元濃度的確定：點(diǎn)各組元濃度的確定： 94Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials （2）三元系相圖的一些規(guī)則）三元系相圖的一些規(guī)則 等含量規(guī)則 在等邊三角形中，平行于一條邊的直線上的在等邊三角形中，平行于一條邊的直線上的 所有各點(diǎn)均含有相等的對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的組成。所有各點(diǎn)均含有相等的對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的組成。 DD 線上的所有點(diǎn)，均含有線上的所有點(diǎn)，均含有CD= a%的組元；的組元； EE 線上的所有點(diǎn)，均含有線上的所有點(diǎn)，均含有AE= b%的組元；的組元； FF 線上的所有點(diǎn)，均含有線上的所有點(diǎn)，均含有BF= c%的組元。的組元。 95Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 定比例規(guī)則定比例規(guī)則 從等邊三角形的某一頂點(diǎn)向?qū)呑饕恢本€，則從等邊三角形的某一頂點(diǎn)向?qū)呑饕恢本€，則 在線上的任一點(diǎn)表示對(duì)邊兩組分含量之比不變，在線上的任一點(diǎn)表示對(duì)邊兩組分含量之比不變， 而頂點(diǎn)組分的含量則隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)而降低。而頂點(diǎn)組分的含量則隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)而降低。 96 CD 線上的任線上的任 意點(diǎn)意點(diǎn)M，含組，含組 元元A和和B濃度濃度 比皆相等。比皆相等。 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials