相圖非多媒體講義提綱

相圖非多媒體講義提綱第1頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第2頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第3頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六專(zhuān)業(yè)單元系統(tǒng)相圖舉例SiO2系統(tǒng)相圖C2S系統(tǒng)相圖ZrO2系統(tǒng)相圖金剛石相圖硫的相圖第4頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第5頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六綜上所述，根據(jù)SiO2相圖，對(duì)硅質(zhì)耐火材料的制備和使用可得出如下幾條原則選擇一恰當(dāng)溫度，一般取中間偏高，并應(yīng)有較長(zhǎng)時(shí)間的保溫和加礦化劑以保證充分鱗石英化。燒成之后降溫可以加快，使其按α－鱗石英→β－鱗石英→γ－鱗石英變化。在使用時(shí)，烤窯過(guò)程中應(yīng)在120℃、163℃、230℃、573℃均有所注意，要緩慢進(jìn)行，在573℃以后可加快升溫速度。該材料的使用的適宜溫度范圍在870～1470℃之間第6頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)壓電材料制備的指導(dǎo)作用在32個(gè)點(diǎn)群中，凡是具有對(duì)稱(chēng)中心的沒(méi)有壓電性，而沒(méi)有對(duì)稱(chēng)中心的有壓電性。對(duì)結(jié)構(gòu)分析可知，α－方石英有對(duì)稱(chēng)中心，而β－石英沒(méi)有，所以具有壓電性。因此要合成具有壓電性的β－石英必須遵照相圖中β－石英的合成路徑來(lái)制訂相應(yīng)的方案。這也是為什么一般做壓電材料不才用提拉法制備單晶而用水熱法的原因。第7頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六C2S系統(tǒng)相圖硅酸二鈣（2CaO·SiO2，縮寫(xiě)為C2S）是硅酸鹽水泥熟料中重要的礦物組成之一，其多晶轉(zhuǎn)變對(duì)水泥生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)在堿性礦渣及石灰質(zhì)耐火材料中都含有大量的C2S。過(guò)去一般認(rèn)為C2S有四種晶型：α－C2S、α′－C2S、β－C2S、γ－C2S，后來(lái)發(fā)現(xiàn)α′－C2S有高溫和低溫兩種晶型，其相互轉(zhuǎn)變溫度約為1160℃，故C2S有α、α′H、α′L、β、γ五種晶型，常溫下的穩(wěn)定相是γ－C2S，介穩(wěn)相是β－C2S。C2S的各晶型間的轉(zhuǎn)變關(guān)系如下：第8頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六ZrO2系統(tǒng)相圖ZrO2在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，歸納起來(lái)主要是以下三方面，第一是最耐高溫的氧化物之一，熔點(diǎn)達(dá)到2680℃，具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，可以做超高溫耐火材料。其次，ZrO2作為一種高溫固體電解質(zhì)可用來(lái)做氧敏傳感器，利用其高溫導(dǎo)電性能還可以做高溫發(fā)熱原件，第三，利用ZrO2為原料，可以生產(chǎn)無(wú)線(xiàn)電陶瓷，在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中使用適當(dāng)可起到增韌作用。第9頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六ZrO2存在三種晶型第10頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于ZrO2晶型轉(zhuǎn)化伴有較大的體積變化，因此在加熱或冷卻純ZrO2制品過(guò)程中會(huì)引起開(kāi)裂，這樣就限制了直接使用ZrO2的范圍，必須向ZrO2中添加外加物，使其穩(wěn)定成立方晶型ZrO2，外加物通常都選擇氧化物如CaO，MgO，Y2O3等。在純的ZrO2中加入6～8％的CaO或15％Y2O3，就可使ZrO2完全穩(wěn)定成立方ZrO2。第11頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二元系統(tǒng)表示方法杠桿原理基本類(lèi)型專(zhuān)業(yè)相圖第12頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二元系統(tǒng)概述二元系統(tǒng)是含有兩個(gè)組元（C＝2）的系統(tǒng)，如：CaO－SiO2系統(tǒng)，Na2O－SiO2系統(tǒng)等。根據(jù)相律，F(xiàn)＝C－P＋2＝4－P，由于所討論的系統(tǒng)至少應(yīng)有一個(gè)相，所以系統(tǒng)最大自由度數(shù)為3，即獨(dú)立變量除溫度，壓力外，還要考慮組元的濃度，對(duì)于二個(gè)變量的系統(tǒng)，必須用三個(gè)坐標(biāo)的立體模型來(lái)表示。但是，在通常情況下，硅酸鹽系統(tǒng)是凝聚系統(tǒng)，可以不考慮壓力的改變對(duì)系統(tǒng)相平衡的影響，此時(shí)相律可以表示為：F＝C－P＋1在后面所要討論的二元、三元、四元系統(tǒng)都是凝聚系統(tǒng)，不再做特別說(shuō)明。第13頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)于二元聚凝系統(tǒng)：F＝C－P＋1＝3－P當(dāng)Pmin＝1時(shí)Fmax＝2Pmax＝3時(shí)Fmin＝0可見(jiàn)，在二元聚凝系統(tǒng)中平衡共存的相數(shù)最多為三個(gè)，最大自由度數(shù)為2，這兩個(gè)自由度就是指溫度（T）和兩組元中任一組元的濃度（X）。因此二元凝聚系統(tǒng)相圖仍然可以用平面圖來(lái)表示，即以溫度－組成圖表示。第14頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二元系統(tǒng)組成表示法第15頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六杠杠規(guī)則是相圖分析中一個(gè)重要的規(guī)則，它可以計(jì)算在一定條件下，系統(tǒng)中平衡各相間的數(shù)量關(guān)系，假設(shè)由A和B組成的原始混合物（或熔體）的組成為M，在某一溫度下，此混合物分成兩個(gè)新相，兩相的組成分別為M1和M2杠杠規(guī)則推導(dǎo)第16頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六杠杠規(guī)則的含義可以看出，系統(tǒng)中平衡共存的兩相的含量與兩相狀態(tài)點(diǎn)到系統(tǒng)總狀態(tài)點(diǎn)的距離成反比，即含量愈多的相，其狀態(tài)點(diǎn)到系統(tǒng)總狀態(tài)點(diǎn)的距離愈近。使用杠杠規(guī)則的關(guān)鍵是要分清系統(tǒng)的總狀態(tài)點(diǎn)，成平衡的兩相狀態(tài)點(diǎn)，找準(zhǔn)在某一溫度下，它們各自相圖中的位置。第17頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二元相圖的基本類(lèi)型具有低共熔點(diǎn)的二元相圖具有化合物的二元相圖具有多晶轉(zhuǎn)變的二元相圖形成固溶體的二元相圖具有液相分層的二元相圖第18頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的二元系統(tǒng)相圖這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：兩個(gè)組元在液態(tài)時(shí)能以任意比例互溶，形成單相溶液，固相完全不互溶，兩個(gè)組元各自從液相分別結(jié)晶；組元間不生成化合物，這種相圖是最簡(jiǎn)單的二元系統(tǒng)相圖。鋁方柱石（2CaO·Al2O3·SiO2－鈣長(zhǎng)石（CaO·Al2O3·2SiO2）系統(tǒng)屬于這種類(lèi)型。第19頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六冷卻析晶過(guò)程中各相含量的計(jì)算從圖上可以看出，M熔體冷卻到TD時(shí)，系統(tǒng)中平衡共存兩相是A晶相和液相。這時(shí)，系統(tǒng)的總狀態(tài)點(diǎn)在O點(diǎn)，A晶相的狀態(tài)點(diǎn)在F點(diǎn)，液相在D點(diǎn)，根據(jù)杠杠規(guī)則：

第20頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六系統(tǒng)中：冷卻過(guò)程當(dāng)液相的狀態(tài)點(diǎn)剛到E點(diǎn)，固相的狀態(tài)點(diǎn)為G點(diǎn)時(shí)，由于B晶相尚未析出，系統(tǒng)中仍然是A晶相也液相兩相平衡共存，此時(shí)根據(jù)杠桿規(guī)則：

第21頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六具有一個(gè)化合物的二元系統(tǒng)相圖具有一個(gè)一致熔融化合物的二元系統(tǒng)相圖一致熔融化合物是一種穩(wěn)定的化合物，與正常的純物質(zhì)一樣具有固定的熔點(diǎn)，加熱這樣的化合物到熔點(diǎn)時(shí)，即熔化為液態(tài)，所產(chǎn)生的液相與化合物的晶相組成相同，故稱(chēng)為一致熔融或同成分熔融，其化合物則稱(chēng)為一致熔融化合物或同成分熔融化合物。第22頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于這種化合物有確定的同成分熔點(diǎn)，并且此熔點(diǎn)在加入其它任一純組元時(shí)會(huì)降低直到和兩邊純組元的液相線(xiàn)相交得到兩個(gè)低共熔點(diǎn)E1、E2為止。這類(lèi)系統(tǒng)的典型相圖如左圖，組元A和組元B生成一個(gè)一致熔融化合物AmBn，M點(diǎn)是該化合物的熔點(diǎn)。第23頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六具有一個(gè)不一致熔融化合物的二元系統(tǒng)相圖不一致熔融化合物是一種不穩(wěn)定的化合物，加熱這種化合物到某一溫度便發(fā)生分解，分解產(chǎn)物是一種液相和一種晶相，二者組成與原來(lái)化合物組成完全不同，故稱(chēng)為不一致熔融或異成分熔融，其化合物稱(chēng)為不一致熔融化合物或異成分熔融化合物，它只能在固態(tài)中存在，不能在液態(tài)中存在。第24頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六這類(lèi)系統(tǒng)的典型相圖見(jiàn)左圖，組元A和組元B生成的化合物AmBn加熱到TP溫度分解為P點(diǎn)組成的液相和B晶相，因此AmBn是一個(gè)不一致熔融化合物。圖中aE線(xiàn)是與晶相A平衡的液相線(xiàn)，bP是與晶相B平衡的液相線(xiàn)，PE是與化合物AmBn平衡的液相線(xiàn)，無(wú)變量點(diǎn)E是低共熔點(diǎn)，在E點(diǎn)發(fā)生的相變化為第25頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖左圖中為固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖，化合物AmBn不能直接從二元熔液中結(jié)晶析出，從液相中只能析出A晶相和B晶相，A、B通過(guò)固相反應(yīng)形成化合物AmBn。這類(lèi)化合物只能存在與某一溫度范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍，化合物AmBn便分解為晶相A和晶相B。第26頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第27頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第28頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第29頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第30頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第31頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第32頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第33頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第34頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第35頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第36頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第37頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第38頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第39頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第40頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第41頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二元專(zhuān)業(yè)相圖舉例Al2O3－SiO2系統(tǒng)相圖CaO－SiO2系統(tǒng)相圖CaO－Al2O3系統(tǒng)相圖Na2O－SiO2系統(tǒng)相圖第42頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Al2O3－SiO2相圖Al2O3－SiO2相圖中只有一個(gè)一致熔融化合物3Al2O3·2SiO2（莫來(lái)石A3S2），其重量組成是72％Al2O3和28％SiO2，如圖所示，莫來(lái)石是普通陶瓷，粘土質(zhì)耐火材料的重要成分，該圖還表明在A3S2晶格中溶入了一些Al2O3形成A3S2固溶體，但溶入的Al2O3有一定限度，在圖中相當(dāng)于含63％摩爾位置上。第43頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第44頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六CaO－SiO2系統(tǒng)中，有些化合物是硅酸鹽水泥的重要成分，是高爐礦渣的主要構(gòu)成部分，在石灰質(zhì)耐火材料以及氧化鈣成分的相對(duì)含量較高的玻璃中往往也可以得到本系統(tǒng)中的某些化合物，CaO－SiO2系統(tǒng)的相圖如圖，這個(gè)系統(tǒng)中有四個(gè)化合物，其中C3S2和C3S是不一致熔融化合物，CS和C2S是一致熔融化合物。CaO－SiO2系統(tǒng)相圖第45頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第46頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期六CaO－Al2O3系統(tǒng)相圖本系統(tǒng)有5個(gè)化合物。如圖，它們均為不一致熔融化合物，其分解溫度分別為1590℃，1602℃，1762℃和1830℃，至于C12A7在通常濕度的空氣中為一致熔融化合物，熔點(diǎn)在1392℃，若在完全干燥的氣氛中發(fā)現(xiàn)C3A與CA在1360形成低共熔物，組成為Al2O350.65％，CaO49.35％，故此時(shí)一致熔融化合物C12A7在狀態(tài)圖中便沒(méi)有它的穩(wěn)定相區(qū)。第47頁(yè)，共5