第六章 相平衡與相圖1

第六章相平衡與相圖（1）主要內(nèi)容：系統(tǒng)闡述相圖的基本原理★結(jié)合實(shí)際介紹相圖在無機(jī)非金屬材料的研究和生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。一、什么是相圖？在一個多相體系中，隨溫度、壓力和濃度的變化，相的種類、數(shù)量及含量都要相應(yīng)的發(fā)生變化，對于變化情況可用幾何圖形來描繪，這個圖形就可以反映出該系統(tǒng)在一定的組成、溫度和壓力下，達(dá)到平衡時所處的狀態(tài)，這個幾何圖形稱為相圖，也叫平衡圖、狀態(tài)圖。第一節(jié)硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點(diǎn)一、熱力學(xué)平衡態(tài)和非平衡態(tài)

1.

平衡態(tài)

相圖即平衡相圖，反應(yīng)的是體系所處的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，即僅指出在一定條件下體系所處的平衡態(tài)

(其中所包含的相數(shù)，各相的狀態(tài)、數(shù)量和組成)，與達(dá)平衡所需的時間無關(guān)。硅酸鹽熔體即使處于高溫熔融狀態(tài)，其粘度也很大，其擴(kuò)散能力很有限，因而硅酸鹽體系的高溫物理化學(xué)過程要達(dá)到一定條件下的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，所需的時間是比較長的，所以實(shí)際選用的是一種近似狀態(tài)。硅酸鹽系統(tǒng)相平衡是一種什么狀態(tài)?

2.介穩(wěn)態(tài)即熱力學(xué)非平衡態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)于硅酸鹽系統(tǒng)中。

如：說明：介穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)不一定都是不利的。由于某些介穩(wěn)態(tài)具有所需要的性質(zhì)，因而創(chuàng)造條件(快速冷卻或摻加雜質(zhì))有意把它保存下來。

如：水泥中的β－C2S，陶瓷中介穩(wěn)的四方氧化鋯;

耐火材料硅磚中的鱗石英以及所有的玻璃材料。α－石英α－鱗石英α－方石英

β－石英β－鱗石英β－方石英

γ－鱗石英573℃163℃117℃870℃1470℃180～270℃但由于轉(zhuǎn)變速度慢，實(shí)際可長期存在。二、相律1.基本概念（1）系統(tǒng)選擇的研究對象稱為系統(tǒng)．系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)都稱為環(huán)境．例如，在硅碳棒爐中燒制壓電陶瓷ＰＺＴ．那么ＰＺＴ就是研究對象，即ＰZＴ為系統(tǒng)．爐壁＼墊板和爐內(nèi)的氣均為環(huán)境．如果研究ＰＺＴ和氣氛的關(guān)系，則ＰＺＴ和氣氛為系統(tǒng)，其它為環(huán)境．所以系統(tǒng)是人們根據(jù)實(shí)際研究情況而確定的。當(dāng)外界條件不變時，如果系統(tǒng)的各種性質(zhì)不隨時間而改變，則這系統(tǒng)就處于平衡狀態(tài)。沒有氣相或雖有氣相但其影響可以忽略不計的系統(tǒng)稱為凝聚系統(tǒng)。一般地講，合金和硅酸鹽系統(tǒng)屬于凝聚系統(tǒng)。但必須指出，對于有些硅酸鹽系統(tǒng)，氣相是不能忽略的，因此不能按一般凝聚系統(tǒng)對待。二、相律（2）相相：指系統(tǒng)中具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分注：均勻微觀尺度上的均勻，而非一般意義上的均勻。(i)相與相之間有界面，可以用物理或機(jī)械辦法分開。(ii)

一個相可以是均勻的，但不一定是一種物質(zhì)。

氣體：一般是一個相，如空氣組分復(fù)雜。

液體：視其混溶程度而定固體：則有以下幾種情況：二、相律對于系統(tǒng)中的固體，則有以下幾種情況：形成機(jī)械混合物——有幾種物質(zhì)就有幾相。生成化合物——一種新的固態(tài)物質(zhì)，是一個新相。形成固熔體——幾個物質(zhì)間形成固熔體為一個相。同質(zhì)多晶現(xiàn)象同一物質(zhì)的不同晶型（變體）雖具有相同的化學(xué)組成，但由于其晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)不同，因而分別各自成相。有幾種變體就有幾相。二、相律（3）獨(dú)立組元（也稱獨(dú)立組分）

組元：系統(tǒng)中每一個能單獨(dú)分離出來并能獨(dú)立存在的化學(xué)純物質(zhì)稱為物種或組元。獨(dú)立組元：足以表示形成平衡系統(tǒng)中各相組成所需要的最少數(shù)目的物種（組元）稱為獨(dú)立組元。它的數(shù)目，稱為獨(dú)立組元數(shù)，以符號C表示。

獨(dú)立組元數(shù)=組元數(shù)-獨(dú)立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)-獨(dú)立濃度數(shù)例如：

c=3－1－0=2系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)和組分的關(guān)系：

當(dāng)物質(zhì)之間沒有化學(xué)反應(yīng)時，化學(xué)物質(zhì)數(shù)目＝組分?jǐn)?shù)；當(dāng)物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，組分?jǐn)?shù)=化學(xué)物質(zhì)數(shù)-在穩(wěn)定條件下的化學(xué)反應(yīng)數(shù)。（4）自由度(f)

定義:溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量中，可以在一定范圍內(nèi)改變而不會引起舊相消失新相產(chǎn)生的獨(dú)立變量的數(shù)目具體看一個二元系統(tǒng)的自由度。

二、相律ABLf=2L＋Bf=1A＋Bf=1L＋Af=1f=0E

二、相律相律應(yīng)用必須注意以下四點(diǎn)1.

相律是根據(jù)熱力學(xué)平衡條件推導(dǎo)而得，因而只能處理真實(shí)的熱力學(xué)平衡體系。

2.

相律表達(dá)式中的“2”是代表外界條件溫度和壓強(qiáng)。如果電場、磁場或重力場對平衡狀態(tài)有影響，則相律中的“2”應(yīng)為“3”、“4”、“5”。如果研究的體系為固態(tài)物質(zhì)，可以忽略壓強(qiáng)的影響，相律中的“2”應(yīng)為“1”。

3.

必須正確判斷獨(dú)立組分?jǐn)?shù)、獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)式、相數(shù)以及限制條件數(shù)，才能正確應(yīng)用相律。4.

自由度只取“0”以上的正值。如果出現(xiàn)負(fù)值，則說明體系可能處于非平衡態(tài)。

第二節(jié)一元系統(tǒng)相圖

一、一元系統(tǒng)基本性質(zhì)二、可逆與不可逆多晶轉(zhuǎn)變?nèi)追N重要的一元系統(tǒng)相圖一、一元系統(tǒng)基本性質(zhì)1.一元系統(tǒng)概述在一元系統(tǒng)中所研究的對象只有一種純物質(zhì)，即獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C=1，根據(jù)相律：

F=C-P+2=3-P

當(dāng)Pmin=1時Fmax=2；

Pmax=3時Fmin=0

可見，一元系統(tǒng)中平衡共存的相數(shù)最多不超過三個；在三相平衡共存時系統(tǒng)是無變量的（即F=0）。因為系統(tǒng)中的相數(shù)不可能少于一個，所以一元系統(tǒng)的最大自由度是2，且表明這兩個獨(dú)立變量是溫度和壓力。如果這兩個變量確定下來，系統(tǒng)的狀態(tài)就可以完全確定。因此，可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖（T-P圖）來表示一元系統(tǒng)的相圖。由于相圖上的每一個點(diǎn)都對應(yīng)著系統(tǒng)的某一個狀態(tài)，因此相圖上的每一個點(diǎn)常稱為狀態(tài)點(diǎn)。2.相圖中點(diǎn)、線、區(qū)域的含義（1）簡單的一元相圖一、一元系統(tǒng)基本性質(zhì)蒸發(fā)溶解升華CBAODSLg臨界點(diǎn)壓強(qiáng)溫度①穩(wěn)定的相平衡（實(shí)線）②亞穩(wěn)的相平衡（虛線）①穩(wěn)定的相平衡（實(shí)線）蒸發(fā)溶解升華CBAODSLg臨界點(diǎn)壓強(qiáng)溫度解釋線的斜率！區(qū)：實(shí)線將圖分成三個單相區(qū)，COB：固相區(qū)、BOA：氣相區(qū)、AOC：液相區(qū)特點(diǎn)：相數(shù)為1，自由度數(shù)為2。即在單相區(qū)范圍內(nèi)，溫度和壓力均可以自由變化。線：OC：液相-固相共存曲線，是固相（冰）溶解曲線；

OB：固相-氣相共存曲線，是固相（冰）升華曲線；

OA：液相-氣相共存曲線，是液相（水）蒸發(fā)曲線。特點(diǎn)：這些線上是兩相平衡共存，P=2，根據(jù)相率F=3-P=1，所以在線上溫度和壓力只有一個是獨(dú)立可變的。解釋界線的斜率：相會于O點(diǎn)的各單變量平衡曲線的相互排列是其中任一個單變量平衡曲線在O點(diǎn)外的延長部分必須在其他二曲線之間通過。這一位置排列的規(guī)律由克勞修斯－克拉珀龍方程：dp/dT=ΔH/TΔV,

從低溫型向高溫轉(zhuǎn)變：

ΔH>0Lg；SgΔV>0,則斜率>0；而SL冰變成水ΔV<0,

斜率<0,

其它金屬或SiO2,ΔV>0,則斜率>0。如對于有晶型轉(zhuǎn)變的，由于ΔV很小，因而其界線幾乎是垂直的。蒸發(fā)溶解升華CBAODSLg壓強(qiáng)溫度蒸發(fā)溶解升華CBAODSLg臨界點(diǎn)壓強(qiáng)溫度指出三相點(diǎn)與冰點(diǎn)的不同點(diǎn)：O點(diǎn)：是水、汽、冰三相平衡共存的點(diǎn)，稱為三相點(diǎn)。獨(dú)立變量為0，自由度數(shù)為0，即欲維持冰、汽、水三相平衡，則系統(tǒng)的溫度、壓力都只能各為某一確定位（是在它自己的蒸汽壓力(4.579mmHg)下的凝固點(diǎn)(0.0099℃)）。

冰點(diǎn)：是一個大氣壓下被空氣飽和的水和冰的平衡共存溫度；

三相點(diǎn)和普通的冰點(diǎn)（0℃，101.325kPa）并不相同。通常的冰點(diǎn)是暴露在空氣中的冰水兩相平衡的溫度，其中水已被空氣中的各種氣體所飽和，而且氣相總壓是101.325kPa，因此體系已非一元體系了。由于空氣中各種氣體溶于水，使得原一元體系的三相點(diǎn)溫度降低到0.0024℃，又由于壓力從610.483Pa增大到101.325kPa，體系的三相點(diǎn)溫度又降低到0.0075℃。這兩種效應(yīng)就使三相點(diǎn)溫度從0.0099℃下降到通常水的冰點(diǎn)溫度0℃。②亞穩(wěn)的相平衡（虛線）蒸發(fā)溶解升華CBAODSLg臨界點(diǎn)壓強(qiáng)溫度區(qū)：OD線以上的區(qū)域稱為亞穩(wěn)區(qū)。因為在各種不同的壓力下都可以得到過冷液。過冷液的亞穩(wěn)區(qū)和部分冰的穩(wěn)定區(qū)域重疊，在較復(fù)雜的單元相圖中還要遇到。

圖中AO線可延長到D點(diǎn)，此時水冷至273.15℃以下仍無冰出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。

線：OD線：在OB線之上，表示過冷水的蒸汽壓要比同溫度下的冰的蒸汽壓大。過冷水不如冰穩(wěn)定。過冷水是亞穩(wěn)相；OD線上水與蒸汽是處于亞穩(wěn)平衡狀態(tài)。亞穩(wěn)相：又稱介穩(wěn)相，是指當(dāng)系統(tǒng)處于能從一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相的條件下，由于某種原因，這種轉(zhuǎn)變并不發(fā)生而出現(xiàn)了延滯轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，從而使某一相在它的穩(wěn)定存在范圍以外并不轉(zhuǎn)變成新條件下的穩(wěn)定相而繼續(xù)保持了原有狀態(tài)，這樣的相稱為亞穩(wěn)相，或介穩(wěn)相。②亞穩(wěn)的相平衡（虛線）這里的亞穩(wěn)包含了兩方面的含義：一方面：在新條件下的亞穩(wěn)相只要適當(dāng)控制條件可以長時間存在而不發(fā)生相變；另一方面：亞穩(wěn)相與相應(yīng)條件下的穩(wěn)定相相比含有較高的能量，因此，它存在著自發(fā)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定相的趨勢，而且這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。（2）復(fù)雜的一元相圖（同質(zhì)多晶現(xiàn)象：例如金剛石--石墨、α-石英—β-石英）①穩(wěn)定的相平衡（實(shí)線）ABCDEFHGKⅠⅡTP蒸汽晶Ⅰ晶Ⅱ熔體具有多晶轉(zhuǎn)變的某一元系統(tǒng)相圖②亞穩(wěn)的相平衡（虛線）①穩(wěn)定的相平衡（實(shí)線）ABCDEFHGKⅠⅡTP蒸汽晶Ⅰ晶Ⅱ熔體區(qū)：四個單相區(qū)：

ECD是液相區(qū)；

ABF是晶型Ⅰ的穩(wěn)定區(qū)；

EBCF是晶型Ⅱ的穩(wěn)定區(qū)；ABCD以下是氣相的單相區(qū)。在單相區(qū)中，相數(shù)P=1，自由度數(shù)F=3-P=2，即在各單相區(qū)范圍內(nèi)，溫度和壓力均可自由改變。線：CD線：氣-液兩相平衡共存，是液相蒸發(fā)曲線；

BC線：晶型Ⅱ和氣相兩相平衡共存，是晶型Ⅱ的升華曲線；

AB線：晶型Ⅰ和氣相兩相平衡共存，是晶型Ⅰ的升華曲線；

CE線：晶型Ⅱ和液相兩相平衡共存，是晶型Ⅱ的熔融曲線；

BF線：晶型Ⅰ和晶型Ⅱ兩相平衡共存，是兩種晶型之間的多晶轉(zhuǎn)變曲線。由于在這些線上是兩相平衡共存，P=2，則F=1，所以在線上溫度和壓力兩個變量中只有一個是獨(dú)立可變的。①穩(wěn)定的相平衡（實(shí)線）ABCDEFHGKⅠⅡTP蒸汽晶Ⅰ晶Ⅱ熔體點(diǎn)：B點(diǎn)：是晶型Ⅰ、晶型Ⅱ和氣相三相共存點(diǎn)，是個多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)；C點(diǎn)：是晶型Ⅱ、液相、氣相三相共存點(diǎn)，是晶型Ⅱ的熔點(diǎn)。在這兩點(diǎn)上是三相平衡共存，P=3，F(xiàn)=0。固三相點(diǎn)無自由度，是無變量點(diǎn)。②亞穩(wěn)的相平衡（虛線）ABCDEFHGKⅠⅡTP蒸汽晶Ⅰ晶Ⅱ熔體圖中虛線表示各亞穩(wěn)狀態(tài)。線：BK：是過冷晶型Ⅱ的升華曲線；BG：是過熱晶型Ⅰ的升華曲線；CG：是過冷液相的蒸發(fā)曲線；GH：是過熱晶型Ⅰ的熔融曲線；區(qū)：FBGH：是過熱晶型Ⅰ的亞穩(wěn)相區(qū)；FBK：是過冷晶型Ⅱ的亞穩(wěn)相區(qū)；ECGH：是過冷液體的亞穩(wěn)狀態(tài)區(qū)。點(diǎn)：G點(diǎn)：是過熱晶型Ⅰ、過冷液相和蒸汽三相平衡共存的亞穩(wěn)的三相點(diǎn)。在這點(diǎn)上過熱晶型Ⅰ與過冷液相的蒸氣壓相等，因此這點(diǎn)實(shí)際是過熱晶型Ⅰ的熔點(diǎn)。穩(wěn)定相與介穩(wěn)相的區(qū)別：

(1)

每一個穩(wěn)定相有一個穩(wěn)定存在的溫度范圍，超過這個范圍就變成介穩(wěn)相。

(2)在一定溫度下，穩(wěn)定相具有最小蒸汽壓。

(3)介穩(wěn)相有向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變的趨勢，但從動力學(xué)角度講，轉(zhuǎn)變速度很慢，能長期保持自己的狀態(tài)。3.相圖的特點(diǎn)

通過對以上各條線、各個點(diǎn)的分析可以看出，在一元系統(tǒng)相圖中：晶體的升華曲線（或延長線）與液體的蒸發(fā)曲線（或延長線）的交點(diǎn)是該晶體的熔點(diǎn);兩種晶型的升華曲線的交點(diǎn)是兩種晶型的多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)。如B點(diǎn)是晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)。在同一溫度下，蒸汽壓低的相較穩(wěn)定。如在同一溫度下表示介穩(wěn)平衡的虛線在表示穩(wěn)定平衡的實(shí)線上方，其蒸汽壓高。ABCDEFHGKⅠⅡTP蒸汽晶Ⅰ晶Ⅱ熔體交會于三相點(diǎn)的三條平衡曲線互相之間的位置遵循下面兩條準(zhǔn)則：每條曲線越過三相點(diǎn)的延長線必定在另兩條曲線之間，同一溫度時，在三相點(diǎn)附近比容差最大的兩相之間的單變量曲線或其亞穩(wěn)延長線居中間位置。據(jù)此，對固-液-氣的三相點(diǎn)來講，只有兩種排列方式：第一種情況，固體比容大于液體比容（熔化時體積收縮）。所以液體和蒸汽的比容差最大。因此液體蒸發(fā)曲線或它的延長線必定是在另兩條曲線中間。在三相點(diǎn)附近作一等溫線就可以很清楚地看出這種結(jié)果。液相氣相固相ABCO第二種情況，固體比容小于液體的比容（熔化時體積膨脹），其固體升華曲線處于另兩條曲線之間。其實(shí)這兩個圖的主要區(qū)別在于固-液平衡的熔融曲線OC傾斜方向不同。液相氣相固相ABCO二、可逆與不可逆多晶轉(zhuǎn)變多晶轉(zhuǎn)變根據(jù)其進(jìn)行方向是否可逆，分為可逆的轉(zhuǎn)變（雙向轉(zhuǎn)變）和不可逆的轉(zhuǎn)變（單向轉(zhuǎn)變）兩種類型。

1.可逆多晶轉(zhuǎn)變前面討論的晶型Ⅰ和晶型Ⅱ之間的轉(zhuǎn)變就是可逆轉(zhuǎn)變，晶型Ⅰ加熱到轉(zhuǎn)變溫度會轉(zhuǎn)變?yōu)榫廷?；而高溫穩(wěn)定的晶型Ⅱ冷卻到轉(zhuǎn)變溫度又會轉(zhuǎn)變成晶型Ⅰ。可逆多晶轉(zhuǎn)變的相圖如下：PTⅠ1Ⅱ2LL/T12T1T2ABC●熔點(diǎn)■轉(zhuǎn)變點(diǎn)圖：可逆多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)B是晶型I的熔點(diǎn)，它所對應(yīng)的溫度為T1；點(diǎn)C是晶型Ⅱ的熔點(diǎn)，對應(yīng)的溫度為T2；點(diǎn)A是晶型Ⅰ和晶型Ⅱ之間的多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，對應(yīng)溫度為T12。忽略壓力對熔點(diǎn)和轉(zhuǎn)變點(diǎn)的影響、將晶型Ⅰ加熱到T12時，即轉(zhuǎn)變?yōu)榫廷?；從高溫冷卻時，晶型Ⅱ又可在T12溫度轉(zhuǎn)變?yōu)榫廷?。?dāng)晶型Ⅰ轉(zhuǎn)變?yōu)榫廷蚝罄^續(xù)升溫到T2以上時，晶相將消失而變?yōu)槿垠wPTⅠ1Ⅱ2LL/T12T1T2ABC實(shí)線表示穩(wěn)定態(tài)，虛線表示介穩(wěn)態(tài)。各相之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系可以表示為：晶體Ⅰ晶體Ⅱ熔體特點(diǎn)：(1)晶體Ⅰ，晶體Ⅱ都有穩(wěn)定區(qū)；

(2)T12<T1

，T2(熔點(diǎn))

即：多晶轉(zhuǎn)變的溫度低于兩種晶型的熔點(diǎn)。

PTⅠ1Ⅱ2LL/T12T1T2ABC2.不可逆多晶轉(zhuǎn)變由于晶型Ⅱ的蒸汽壓無論在高溫還是低溫階段都比晶型Ⅰ的蒸汽壓高，因此晶型Ⅱ處于介穩(wěn)狀態(tài)，隨時都有向晶型Ⅰ轉(zhuǎn)變的傾向。加熱晶型Ⅰ到T1溫度晶相熔融成為熔體，熔體冷卻到T1溫度又結(jié)晶成為晶型Ⅰ。要獲得晶型Ⅱ，必須使熔體過冷，而不能直接加熱晶型Ⅰ得到。PLgSLⅡⅠT2T1T12雖然系統(tǒng)處于介穩(wěn)狀態(tài)時具有的能量比較高，有自發(fā)地降低自身能量向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向，但實(shí)踐證明，這種轉(zhuǎn)變過程有時不是直接完成的，它先要依次經(jīng)過中間的介穩(wěn)狀態(tài)，最后才變?yōu)樵谠摐囟认碌姆€(wěn)定狀態(tài)，這個規(guī)律稱為階段轉(zhuǎn)化定律。

PLgSLⅡⅠT2T1T12晶型Ⅰ和晶型Ⅱ之間的轉(zhuǎn)變是不可逆的（單向的），晶型Ⅰ和熔體之間的轉(zhuǎn)變才是可逆的。

晶體I晶體II

T1T2T12液相特點(diǎn)：(1)晶體II沒有自己穩(wěn)定存在的區(qū)域。(2)T12點(diǎn)是晶型轉(zhuǎn)變點(diǎn)，T2是晶體II的熔點(diǎn)，T1

是晶I的熔點(diǎn)。即多晶轉(zhuǎn)變的溫度高于兩種晶型的熔點(diǎn)。三、幾種重要的一元系統(tǒng)相圖1.SiO2系統(tǒng)相圖二氧化硅是具有多晶轉(zhuǎn)變的典型氧化物，在自然界分布極廣。它的存在形式很多，以原生狀態(tài)存在的有水晶、脈石英、瑪瑙：以次生狀態(tài)存在的則有砂巖、蛋白石、玉髓、燧石等。此外，尚有變質(zhì)作用的產(chǎn)物如石英巖等。二氧化硅在工業(yè)上應(yīng)用極為廣泛。石英砂是玻璃、陶瓷、耐火材料工業(yè)的基本原料。特別是在熔制玻璃和生產(chǎn)硅質(zhì)耐火材料中用量更大。石英玻璃可做光學(xué)儀器，也可做耐高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的石英坩堝。以鱗石英為主晶相的硅磚是一種重要的耐高溫材料，用于冶金和玻璃工業(yè)。β-石英可做壓電晶體用在各種換能器上，而透明的水晶可用來制造紫外光譜儀棱鏡、補(bǔ)色器、壓電元件等。正因為其用途廣泛，所以二氧化硅的一元相圖是一個被仔細(xì)研究過的比較成熟的相圖。它對上述各種材料的制備和使用有著重要的指導(dǎo)作用。（1）二氧化硅的多晶轉(zhuǎn)變實(shí)驗證明，在常壓和有礦化劑（或雜質(zhì)）存在的條件下，二氧化硅有七種晶型，可分為三個系列，即石英、鱗石英和方石英系列，每個系列中又有高溫型變體和低溫型變體，即α、β-石英，α、β、γ-鱗石英，α、β-方石英。各種二氧化硅變體間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下，箭頭的虛實(shí)線與二氧化硅相圖的單變量平衡曲線相對應(yīng)：

1723℃573℃163℃180～270℃α－石英同級轉(zhuǎn)變(慢)α－鱗石英α－方石英熔融石英同類轉(zhuǎn)變(快)熔體(1600℃)β－石英870℃1470℃熔體(1670℃)117℃β－鱗石英γ－鱗石英β－方石英石英玻璃急冷根據(jù)多晶轉(zhuǎn)變的速度和轉(zhuǎn)變時晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的不同，可以將二氧化硅變體之間的轉(zhuǎn)變分為；兩類：一級變體間的轉(zhuǎn)變、二級變體間的轉(zhuǎn)變。1）一級變體間的轉(zhuǎn)變

不同系列如石英、鱗石英、方石英和熔體之間的相互轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變是各高溫型態(tài)的相互轉(zhuǎn)變。由于各變體的結(jié)構(gòu)差別顯著，故轉(zhuǎn)變時要破壞原有結(jié)構(gòu)，形成新的結(jié)構(gòu)，即發(fā)生重建性的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度非常緩慢。此外，這種轉(zhuǎn)變通常是由晶體的表面開始逐漸向內(nèi)部進(jìn)行的。因此，必須在轉(zhuǎn)變溫度下，保持相當(dāng)長的時間才能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。要使轉(zhuǎn)變加快，必須加入礦化劑。由于這類轉(zhuǎn)變速度緩慢，所以高溫型的二氧化硅變體，經(jīng)常以介穩(wěn)狀態(tài)在常溫下存在，而不發(fā)生轉(zhuǎn)變。

2）二級變體間的轉(zhuǎn)變

為同系列中的α、β、γ形態(tài)之間的轉(zhuǎn)變也稱高低溫型轉(zhuǎn)變。各變體在結(jié)構(gòu)上差別不大，轉(zhuǎn)變時不必打開結(jié)合鍵，只有原子的位置發(fā)生位移和Si-O-Si鍵角稍有變化，即發(fā)生位移性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度迅速，而且是可逆的；轉(zhuǎn)變在一確定的溫度下，于全部晶體內(nèi)發(fā)生。必須指出，根據(jù)精確的測定表明，位移性轉(zhuǎn)變的突變點(diǎn)并不存在，觀察到的常是一種持續(xù)的轉(zhuǎn)變，而且是在較低的溫度下已開始轉(zhuǎn)化。加熱時和冷卻時的轉(zhuǎn)變情況也有差別，存在滯后現(xiàn)象，即加熱時的轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度比冷卻時的轉(zhuǎn)變開始溫度稍高些。這些情況是因為晶體結(jié)構(gòu)中存在缺陷而造成的。每一轉(zhuǎn)變，先變形成晶核，缺陷對形成晶核是有利的。它降低了轉(zhuǎn)變溫度。（2）二氧化硅的相平衡芬奈（Fenner）研究了二氧化硅各變體間的相互轉(zhuǎn)變情況，并作出了相圖。芬奈是長時間地加熱細(xì)粉碎的石英，并且加有礦化劑鎢酸鈉（Na2WO4O2.H2O）的情況下對二氧化硅進(jìn)行相平衡研究的。芬奈給出的二氧化硅系統(tǒng)相圖如下圖所示：斯契克（H.L.Schick）估計二氧化硅在101.325kPa的空氣中、1727℃時的分壓為0.101325Pa，3327℃時才達(dá)到101.325kPa。說明二氧化硅蒸汽壓極小，所以圖中的縱軸不表示實(shí)際壓力數(shù)值，畫出來的曲線僅表示在溫度變化時壓力的變化趨勢。此外，只有在微量雜離子存在時才形成鱗石英，也就是說，純二氧化硅多晶轉(zhuǎn)變時，將沒有轉(zhuǎn)變成鱗石英的過程。對于純二氧化硅系統(tǒng)石英-方石英的轉(zhuǎn)變溫度是1025℃。（2）二氧化硅的相平衡1.在573℃以下，只有β-石英是熱力學(xué)穩(wěn)定的變體，這說明在自然界或在低溫時最常見的是β-石英。當(dāng)溫度達(dá)到573℃時，β-石英很快地轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英。α-石英繼續(xù)加熱到870℃應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英，但因為這一類轉(zhuǎn)變速度較慢，當(dāng)加熱溫度較快時，就可能過熱，到1600℃熔融。如果加熱速度慢，使在平衡條件下轉(zhuǎn)變，α-石英就轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英，且穩(wěn)定的溫度一直可達(dá)到1470℃。2.同樣，按平衡條件α-鱗石英在1470℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英，否則也將過熱，在1600℃熔融。不論是α-鱗石英，還是α-方石英，當(dāng)冷卻速度不夠慢時，將按不平衡條件轉(zhuǎn)化為它們自身的低溫形態(tài)，這些低溫形態(tài)（β-鱗石英、γ-鱗石英、β-方石英）雖處于介穩(wěn)狀態(tài)，但由于它們轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的速度極慢，因此仍能長期保持自己的形態(tài)。二氧化硅的實(shí)際多晶轉(zhuǎn)變過程并不完全遵循二氧化硅相圖中的變化。例如制造硅磚時，β-石英在加熱過程中，并不按順序的依次轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，α-鱗石英，再轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英，而是在1200-1350℃時，直接從α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞⒌闹虚g介穩(wěn)狀態(tài)（稱為偏方石英）。特別是不加礦化劑時，α-石英先轉(zhuǎn)變?yōu)槠绞?，后變?yōu)棣?方石英。只有在礦化劑存在時，進(jìn)一步加熱至1400-1470℃時，介穩(wěn)的方石英才轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英，然后在1470℃以上再轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英。這種實(shí)際轉(zhuǎn)變過程與相圖的偏差是由于α-石英變?yōu)棣?鱗石英的速度很慢引起的。從結(jié)晶化學(xué)觀點(diǎn)來看，則可以從二氧化硅各變體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得到解釋。由于石英與方石英的結(jié)構(gòu)較之石英與鱗石英的結(jié)構(gòu)更為相似，所以石英轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞r不需要硅氧四面體圍繞對稱軸對著另一個四面體回轉(zhuǎn)，而為了獲得鱗石英的結(jié)構(gòu)，這種回轉(zhuǎn)是必須的。顯然，前一種轉(zhuǎn)變速度要快很多。（a）-方石英（b）-鱗石英（c）-石英因此，在二氧化硅的實(shí)際多晶轉(zhuǎn)變過程中有偏方石英產(chǎn)生。由此可知，相圖中的規(guī)律是從熱力學(xué)平衡的角度來推導(dǎo)和考慮問題的，它只考慮轉(zhuǎn)變過程的方向和限度，而不考慮過程的動力學(xué)速度問題，在實(shí)際轉(zhuǎn)變過程上的差異正是由此引起的，這在應(yīng)用相圖時必須注意。（3）二氧化硅相圖的實(shí)際應(yīng)用1）壓電晶體的制備

在32個點(diǎn)群中，凡是具有對稱中心的沒有壓電性，而沒有對稱中心的有壓電性。通過X射線結(jié)構(gòu)分析得知α-方石英的點(diǎn)群是Oh=m3m，（即3L44L366L29PC）。Β-石英的點(diǎn)群是D3=32（即L33L2）。顯然，α-方石英是有對稱中心的，而β-石英沒有對稱中心，因而具有壓電性。培養(yǎng)二氧化硅單晶，一種方法是采用恰克洛斯法（即直拉法）。該方法是將二氧化硅熔融，在1713℃附近引晶提拉，根據(jù)相圖，這樣得到的必是α-方石英。如果按一般冷卻速度降溫，得到的最后產(chǎn)物是β-方石英。雖然β-方石英的點(diǎn)群符號是D2=222（即3L2），應(yīng)具有壓電性，但由于α-方石英到β-方石英的轉(zhuǎn)變過程伴隨有較大體積變化（ΔV=2.8%），在降溫過程必然很容易開裂。所以從各方面考慮，不采用恰克洛斯法來培養(yǎng)單晶，而是利用水熱合成的方法直接培養(yǎng)β-石英。673K石英碎塊6５3K籽晶碳酸氫鈉的稀溶液４０５３０ｋＰａ如圖：水熱合成法將石英的籽晶掛在高壓釜上端保持溫度在380℃左右；底部是無定形二氧化硅石英碎塊，保持溫度在400℃左右。整個高壓釜內(nèi)壓力是40530kPa并充有稀NaHCO3溶液。由于底部溫度高又是無定形二氧化硅，所以溶解度大，這些溶解了的二氧化硅隨著上下溫差造成的熱對流上升到上部；在上部由于溫度低，溶解度減少出現(xiàn)過飽和，于是在籽晶周圍生長，長大成一塊大的二氧化硅單晶。

由于溫度是在573℃以下進(jìn)行（雖然壓力是40530kPa，但α-石英和β-石英的轉(zhuǎn)變曲線幾乎是直立，而且是向高溫方向偏斜），所以生長出的單晶一定是β-石英，具有良好的壓電性能并且是常溫下熱力學(xué)最穩(wěn)定的相。2）硅質(zhì)耐火材料的制備

二氧化硅相圖在實(shí)際生產(chǎn)上有著重要的實(shí)用意義，硅質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)和使用就是一例。原料：97-98%天然石英或砂巖與2-3%的CaO，生產(chǎn)方式：高溫煅燒晶型轉(zhuǎn)變：很復(fù)雜(原因：介穩(wěn)狀態(tài)的出現(xiàn))要求：鱗石英含量越多越好，而方石英越少越好。加熱至573℃很快轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，當(dāng)加熱至870℃不轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英，在生產(chǎn)條件下，常過熱到1200℃～1350℃直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)的α-方石英。

石英、鱗石英和方石英三種變體的高低溫型轉(zhuǎn)變中，方石英V變化最大，石英次之，而鱗石英最小。如果制品中方石英含量大，則在冷卻到低溫時，由于α-方石英轉(zhuǎn)變成

-方石英有較大的體積收縮而難以獲得致密的硅磚制品。原因：實(shí)際情況：在870℃適當(dāng)保溫，促使鱗石英生成；在1200～1350℃小心加快升溫速度避免生成α-方石英;

在配方中適當(dāng)加入Fe2O3、MnO2、CaO或Ca(OH)2等礦化劑，在1000℃左右產(chǎn)生一定量的液相（約5-7%）

，α-石英、α-方石英在此液相中的溶解度大，而α-鱗石英的溶解度小，因而α-石英、α-方石英不斷溶入液相，而α-鱗石英則不斷從液相中析出。采取的措施：硅磚常用作冶金爐、玻璃或陶瓷窯爐的窯頂或胸墻的砌筑材料。盡管在硅磚生產(chǎn)中采取了各種措施促使鱗石英的生成，但硅磚中總會殘存一部分方石英。由于殘留方石英的多晶轉(zhuǎn)變，常會引起窯爐砌轉(zhuǎn)炸裂。因此，在使用有硅質(zhì)耐火材料砌筑的新窯點(diǎn)火時，應(yīng)根據(jù)二氧化硅相圖來制訂合理的烘爐升溫制度，以防止砌轉(zhuǎn)炸裂。綜上所述，根據(jù)二氧化硅相圖，對硅質(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)有較長的保溫期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，燒窯過程中應(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。該材料在870-1470℃溫度范圍內(nèi)使用較為適宜。２．C2S系統(tǒng)相圖硅酸二鈣（2CaO.SiO2，縮寫成C2S）是硅酸鹽水泥熟料中重要的礦物組成之一，其多晶轉(zhuǎn)變對水泥生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。１）

C2S的晶型及多晶轉(zhuǎn)變過去一般認(rèn)為C2S有四種晶型：α-C2S、α′-C2S、β-C2S、γ-C2S后來發(fā)現(xiàn)α′-C2S有高溫（α′H-C2S）和低溫（α′L-C2S）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的各種晶型之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系如下：γ-C2S

α′L-C2Sα′H-C2Sα′-C2Sβ-C2S液相725℃1160℃1420℃2130℃670℃525℃可以看出，加熱時多晶轉(zhuǎn)變的順序是：γ→α′L→α′H→α′冷卻時多晶轉(zhuǎn)變的順序是：α′→α′H→α′L→β→γα′L-C2S平衡冷卻時在725℃可以轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S。但通常是過冷到670℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S。這是由于α′L-C2S與β-C2S在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上非常相近，轉(zhuǎn)變更容易，而α′L-C2S與γ-C2S則相差較大的緣故。（見課本P14表）γ-C2S

α′L-C2Sα′H-C2Sα′-C2Sβ-C2S液相725℃1160℃1420℃2130℃670℃525℃圖：C2S

多晶轉(zhuǎn)變圖如圖所示：β-C2S的能量高于γ-C2S，處于介穩(wěn)狀態(tài)。有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S的趨勢，轉(zhuǎn)變從525℃開始，發(fā)生體積膨脹使C2S晶體粉碎，在生產(chǎn)上出現(xiàn)水泥熟料粉化。這一轉(zhuǎn)變是不可逆的。此外，β-C2S具有膠凝性質(zhì)，而γ-C2S沒有膠凝性質(zhì)。因此，水泥熟料中若發(fā)生這一轉(zhuǎn)變，水泥的質(zhì)量就會下降。為了防止這一轉(zhuǎn)變，在燒制硅酸鹽水泥熟料時，必須采取急冷的工藝條件，讓這一轉(zhuǎn)變來不及進(jìn)行，使C2S以β-C2S的形式保持下來。也可采用加少量穩(wěn)定劑的方法，與介穩(wěn)狀態(tài)的β-C2S形成固溶體，穩(wěn)定劑能熔入β-C2S的晶格內(nèi)，使其晶格穩(wěn)定，防止β-C2S轉(zhuǎn)化為γ-C2S，使β-C2S在常溫下成為穩(wěn)定。3.ZrO2系統(tǒng)相圖

ZrO2在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用愈來愈廣泛，歸納起來有三個方面：第一，是最耐高溫的氧化物之一。熔點(diǎn)高達(dá)2680℃。具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性?？勺龀邷啬突鸩牧现谱魅蹮捘承┙饘伲ㄢc、鉀、鋁、鐵等）的坩堝；其次，二氧化鋯作為一種高溫固體電解質(zhì)可用來做氧敏傳感器，利用其高溫導(dǎo)電性能還可做高溫發(fā)熱元件；第三，利用ZrO2作為原料，可以生產(chǎn)無線電陶瓷，在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中使用適當(dāng)可起到增韌作用。1）ZrO2的晶型及多晶轉(zhuǎn)變

ZrO2有三種晶型：單斜ZrO2，四方ZrO2和立方ZrO2。常溫下穩(wěn)定的為單斜ZrO2，高溫下穩(wěn)定的為立方ZrO2。其轉(zhuǎn)變關(guān)系：單斜ZrO2

四方ZrO2

立方ZrO2

從相圖可知：當(dāng)溫度升高到近1200℃時，單斜多晶轉(zhuǎn)變成四方晶型（轉(zhuǎn)變溫度受到ZrO2中雜質(zhì)的影響），并伴隨5%的體積收縮和5936J/mol的吸熱效應(yīng)。這個過程不但是可逆的，而且轉(zhuǎn)變速度很快。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制品過程中會引起開裂，這樣就限制了直接使用二氧化鋯ZrO2的范圍。

0100020003000溫度(℃)四方立方單斜壓力熔體2）ZrO2系統(tǒng)相圖為了抑制其晶型轉(zhuǎn)化，不使制品開裂，必須向ZrO2中添加外加物，使其穩(wěn)定成立方晶型ZrO2（固溶體）。外加物通常都選擇氧化物，例如CaO、MgO、Y2O3。3）部分穩(wěn)定鋯材料（PartiallyStabilizedZirconia，簡稱PSZ），近年來研究發(fā)現(xiàn)，ZrO2晶型變化所伴隨的體積變化還有可以利用的一面。目前在文獻(xiàn)中經(jīng)常提到的部分穩(wěn)定鋯材料（PartiallyStabilizedZirconia，簡稱PSZ），就是利用了ZrO2的部分相變來起到增韌的作用。

這種PSZ材料制作方法簡述如下：1）通過添加CaO和Y2O3在高溫下合成穩(wěn)定的立方晶型ZrO2。2）然后，在四方晶穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，析出微細(xì)的四方晶，形成立方晶與四方晶兩相混合的陶瓷即所謂部分穩(wěn)定立方晶材料。這種材料的增韌機(jī)理是：含有部分四方相ZrO2的陶瓷在收到外力作用時微裂紋尖端附近產(chǎn)生張應(yīng)力，松弛了四方相ZrO2所受的壓應(yīng)力，微裂紋表面有一層四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。由于相變而產(chǎn)生5%左右的體積膨脹和剪切應(yīng)變均導(dǎo)致壓應(yīng)力，不僅抵消外力所造成的張應(yīng)力而且阻止進(jìn)一步相變，相變時，裂縫尖端能量被吸收，這能量是裂紋擴(kuò)展所需要的能量，使得裂紋不能再擴(kuò)展到前方的壓應(yīng)力區(qū)，裂紋的擴(kuò)展便停止，從而提高了陶瓷的斷裂韌性和強(qiáng)度。MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象BlochPurcell1971發(fā)現(xiàn)腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設(shè)備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實(shí)現(xiàn)人體磁共振成像的條件:人體內(nèi)氫原子核是人體內(nèi)最多的物質(zhì)。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現(xiàn)象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現(xiàn)象信號接收裝置：各種線圈計算機(jī)系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內(nèi)的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進(jìn)動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進(jìn)入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負(fù)方向），正負(fù)方向的磁矢量相互抵消后，少數(shù)正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎(chǔ)ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進(jìn)C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運(yùn)動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產(chǎn)生能量

三、弛豫（Relaxation）回復(fù)“自由”的過程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復(fù)，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時間：

MZ恢復(fù)到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復(fù)愈快T2弛豫時間：MXY喪失2/3所需的時間；T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長MXY與ST1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像

所謂的加權(quán)就是“突出”的意思

T1加權(quán)成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權(quán)成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標(biāo)準(zhǔn)圖像.T1的長度在數(shù)百至數(shù)千毫秒（ms）范圍T2值的長度在數(shù)十至數(shù)千毫秒（ms）范圍

在同一個馳豫過程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標(biāo)示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權(quán)像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結(jié)構(gòu)的信號表現(xiàn)，通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術(shù)－－圖像空間分辨力，對比分辨力一、如何確定MRI的來源（一）層面的選擇1.MXY產(chǎn)生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.梯度磁場Z（GZ）

GZ→B0→ω

不同頻率的RF

特定層面1H激勵、共振

3.層厚的影響因素

RF的帶寬↓

GZ的強(qiáng)度↑層厚↓〈二〉體素信號的確定1、頻率編碼2、相位編碼

M0↑--GZ、RF→相應(yīng)層面MXY----------GY→沿Y方向1H有不同ω

各1H同相位MXY旋進(jìn)速度不同同頻率一定時間后→→GX→沿X方向1H有不同ω沿Y方向不同1H的MXYMXY旋進(jìn)頻率不同位置不同（相位不同）〈三〉空間定位及傅立葉轉(zhuǎn)換

GZ----某一層面產(chǎn)生MXYGX----MXY旋進(jìn)頻率不同

GY----MXY旋進(jìn)相位不同（不影響MXY大小）

↓某一層面不同的體素，有不同頻率、相位

MRS（FID）第三節(jié)、磁共振檢查技術(shù)檢查技術(shù)產(chǎn)生圖像的序列名產(chǎn)生圖像的脈沖序列技術(shù)名TRA、COR、SAGT1WT2WSETR、TE…….梯度回波FFE快速自旋回波FSE壓脂壓水MRA短TR短TE－－T1W長TR長TE－－T2W增強(qiáng)MR最常用的技術(shù)是：多層、多回波的SE（spinecho，自旋回波）技術(shù)磁共振掃描時間參數(shù)：TR、TE磁共振掃描還有許多其他參數(shù)：層厚、層距、層數(shù)、矩陣等序列常規(guī)序列自旋回波（SE）,快速自旋回波（FSE）梯度回波（FE）反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR），脂肪抑制（STIR）、水抑制（FLAIR）高級序列水成像（MRCP,MRU,MRM）血管造影（MRA,TOF2D/3D）三維成像（SPGR）彌散成像（DWI）關(guān)節(jié)運(yùn)動分析是一種成像技術(shù)而非掃描序列自旋回波（SE）必掃序列圖像清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)目前只用于T1加權(quán)像快速自旋回波（FSE）必掃序列成像速度快多用于T2加權(quán)像梯度回波（GE）成像速度快對出血敏感T2加權(quán)像水抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）水抑制（FLAIR）抑制自由水梗塞灶顯示清晰判斷病灶成份脂肪抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（IR）脂肪抑制（STIR）抑制脂肪信號判斷病灶成分其它組織顯示更清晰血管造影（MRA）無需造影劑TOF法PC法MIP投影動靜脈分開顯示水成像（MRCP，MRU，MRM）含水管道系統(tǒng)成像膽道MRCP泌尿路MRU椎管MRM主要用于診斷梗阻擴(kuò)張超高空間分辨率掃描任意方位重建窄間距重建技術(shù)大大提高對小器官、小病灶的診斷能力三維梯度回波（SPGR） 早期診斷腦梗塞

彌散成像MRI的設(shè)備一、信號的產(chǎn)生、探測接受1.磁體（Magnet）:靜磁場B0（Tesla,T）→組織凈磁矩M0

永磁型（permanentmagnet）常導(dǎo)型（resistivemagnet）超導(dǎo)型（superconductingmagnet）磁體屏蔽（magnetshielding）2.梯度線圈（gradientcoil）:

形成X、Y、Z軸的磁場梯度功率、切換率3.射頻系統(tǒng)（radio-frequencesystem，RF）

MR信號接收二、信號的處理和圖象顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換、計算機(jī)，等等；MRI技術(shù)的優(yōu)勢1、軟組織分辨力強(qiáng)（判斷組織特性）2、多方位成像3、流空效應(yīng)（顯示血管）4、無骨骼偽影5、無電離輻射，無碘過敏6、不斷有新的成像技術(shù)MRI技術(shù)的禁忌證和限度1.禁忌證

體內(nèi)彈片、金屬異物各種金屬置入：固定假牙、起搏器、血管夾、人造關(guān)節(jié)、支架等危重病人的生命監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、維持系統(tǒng)不能合作病人，早期妊娠，高熱及散熱障礙2.其他鈣化顯示相對較差空間分辨較差（體部，較同等CT）費(fèi)用昂貴多數(shù)MR機(jī)檢查時間較長1.病人必須去除一切金屬物品，最好更衣，以免金屬物被吸入磁體而影響磁場均勻度，甚或傷及病人。2.掃描過程中病人身體（皮膚）不要直接觸碰磁體內(nèi)壁及各種導(dǎo)線，防止病人灼傷。3.紋身（紋眉）、化妝品、染發(fā)等應(yīng)事先去掉，因其可能會引起灼傷。4.病人應(yīng)帶耳塞，以防聽力損傷。掃描注意事項顱腦MRI適應(yīng)癥顱內(nèi)良惡性占位病變腦血管性疾病梗死、出血、動脈瘤、動靜脈畸形（AVM）等顱腦外傷性疾病腦挫裂傷、外傷性顱內(nèi)血腫等感染性疾病腦膿腫、化膿性腦膜炎、病毒性腦炎、結(jié)核等脫髓鞘性或變性類疾病多發(fā)性硬化（MS）等先天性畸形胼胝體發(fā)育不良、小腦扁桃體下疝畸形等脊柱和脊髓MRI適應(yīng)證1.腫瘤性病變椎管類腫瘤（髓內(nèi)、髓外硬膜內(nèi)、硬膜外），椎骨腫瘤（轉(zhuǎn)移性、原發(fā)性）2.炎癥性疾病脊椎結(jié)核、骨髓炎、椎間盤感染、硬膜外膿腫、蛛網(wǎng)膜炎、脊髓炎等3.外傷骨折、脫位、椎間盤突出、椎管內(nèi)血腫、脊髓損傷等4.脊柱退行性變和椎管狹窄癥椎間盤變性、膨隆、突出、游離，各種原因椎管狹窄，術(shù)后改變，5.脊髓血管畸形和血管瘤6.脊髓脫髓鞘疾?。ㄈ鏜S），脊髓萎縮7.先天性畸形胸部MRI適應(yīng)證呼吸系統(tǒng)對縱隔及肺門區(qū)病變顯示良好，對肺部結(jié)構(gòu)顯示不如CT。胸廓入口病變及其上下比鄰關(guān)系縱隔腫瘤和囊腫及其與大血管的關(guān)系其他較CT無明顯優(yōu)越性心臟及大血管大血管病變各類動脈瘤、腔靜脈血栓等心臟及心包腫瘤，心包其他病變其他（如先心、各種心肌病等）較超聲心動圖無優(yōu)勢，應(yīng)用不廣腹部MRI適應(yīng)證主要用于部分實(shí)質(zhì)性器官的腫瘤性病變肝腫瘤性病變，提供鑒別信息胰腺腫瘤，有利小胰癌、胰島細(xì)胞癌顯示宮頸、宮體良惡性腫瘤及分期等，先天畸形腫瘤的定位（臟器上下緣附近）、分期膽道、尿路梗阻和腫瘤，MRCP，MRU直腸腫瘤骨與關(guān)節(jié)MRI適應(yīng)證X線及CT的后續(xù)檢查手段－－鈣質(zhì)顯示差和空間分辨力部分情況可作首選：1.累及骨髓改變的骨病（早期骨缺血性壞死，早期骨髓炎、骨髓腫瘤或侵犯骨髓的腫瘤）2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜關(guān)節(jié)的損傷（膝、髖關(guān)節(jié)）3.形狀復(fù)雜部位的檢查（脊柱、骨盆等）軟件登錄界面軟件掃描界面圖像瀏覽界面膠片打印界面報告界面報告界面2合理應(yīng)用抗菌藥物預(yù)防手術(shù)部位感染概述外科手術(shù)部位感染的2/3發(fā)生在切口醫(yī)療費(fèi)用的增加病人滿意度下降導(dǎo)致感染、止血和疼痛一直是外科的三大挑戰(zhàn)，止血和疼痛目前已較好解決感染仍是外科醫(yī)生面臨的重大問題，處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果外科手術(shù)部位感染占院內(nèi)感染的14%～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染，居院內(nèi)感染第3位嚴(yán)重手術(shù)部位的感染——病人的災(zāi)難，醫(yī)生的夢魘

預(yù)防手術(shù)部位感染（surgicalsiteinfection,SSI)

手術(shù)部位感染的40%–60%可以預(yù)防圍手術(shù)期使用抗菌藥物的目的外科醫(yī)生的困惑★圍手術(shù)期應(yīng)用抗生素是預(yù)防什么感染？★哪些情況需要抗生素預(yù)防？★怎樣選擇抗生素？★什么時候開始用藥？★抗生素要用多長時間？定義：指發(fā)生在切口或手術(shù)深部器官或腔隙的感染分類：切口淺部感染切口深部感染器官／腔隙感染一、SSI定義和分類二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口淺部感染

指術(shù)后30天內(nèi)發(fā)生、僅累及皮膚及皮下組織的感染，并至少具備下述情況之一者：

1．切口淺層有膿性分泌物

2．切口淺層分泌物培養(yǎng)出細(xì)菌

3．具有下列癥狀體征之一：紅熱，腫脹，疼痛或壓痛，因而醫(yī)師將切口開放者（如培養(yǎng)陰性則不算感染）

4．由外科醫(yī)師診斷為切口淺部SSI

注意：縫線膿點(diǎn)及戳孔周圍感染不列為手術(shù)部位感染二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)——切口深部感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物則為術(shù)后1年內(nèi)）發(fā)生、累及切口深部筋膜及肌層的感染，并至少具備下述情況之一者：

1.切口深部流出膿液

2.切口深部自行裂開或由醫(yī)師主動打開，且具備下列癥狀體征之一：①體溫＞38℃；②局部疼痛或壓痛

3.臨床或經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷，發(fā)現(xiàn)切口深部有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為切口深部感染

注意：感染同時累及切口淺部及深部者，應(yīng)列為深部感染

二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

指術(shù)后30天內(nèi)（如有人工植入物★則術(shù)后1年內(nèi)）、發(fā)生在手術(shù)曾涉及部位的器官或腔隙的感染，通過手術(shù)打開或其他手術(shù)處理，并至少具備以下情況之一者：

1.放置于器官/腔隙的引流管有膿性引流物

2.器官/腔隙的液體或組織培養(yǎng)有致病菌

3.經(jīng)手術(shù)或病理組織學(xué)或影像學(xué)診斷器官/腔隙有膿腫

4.外科醫(yī)師診斷為器官/腔隙感染

★人工植入物：指人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)等二、SSI診斷標(biāo)準(zhǔn)—器官／腔隙感染

不同種類手術(shù)部位的器官/腔隙感染有：

腹部：腹腔內(nèi)感染（腹膜炎，腹腔膿腫）生殖道：子宮內(nèi)膜炎、盆腔炎、盆腔膿腫血管：靜脈或動脈感染三、SSI的發(fā)生率美國1986年～1996年593344例手術(shù)中，發(fā)生SSI15523次，占2.62%英國1997年～2001年152所醫(yī)院報告在74734例手術(shù)中，發(fā)生SSI3151例，占4.22%中國？SSI占院內(nèi)感染的14～16%，僅次于呼吸道感染和泌尿道感染三、SSI的發(fā)生率SSI與部位：非腹部手術(shù)為2%～5%腹部手術(shù)可高達(dá)20%SSI與病人：入住ICU的機(jī)會增加60%再次入院的機(jī)會是未感染者的5倍SSI與切口類型：清潔傷口 1%～2%清潔有植入物 ＜5%可染傷口＜10%手術(shù)類別手術(shù)數(shù)SSI數(shù)感染率(%)小腸手術(shù)6466610.2大腸手術(shù)7116919.7子宮切除術(shù)71271722.4肝、膽管、胰手術(shù)1201512.5膽囊切除術(shù)8222.4不同種類手術(shù)的SSI發(fā)生率：三、SSI的發(fā)生率手術(shù)類別SSI數(shù)SSI類別（%）切口淺部切口深部器官/腔隙小腸手術(shù)6652.335.412.3大腸手術(shù)69158.426.315.3子宮切除術(shù)17278.813.57.6骨折開放復(fù)位12379.712.28.1不同種類手術(shù)的SSI類別：三、SSI的發(fā)生率延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫，瘺形成。需要進(jìn)一步處理這里感染將導(dǎo)致:延遲愈合疝內(nèi)臟膨出膿腫、瘺形成需進(jìn)一步處理四、SSI的后果四、SSI的后果在一些重大手術(shù)，器官/腔隙感染可占到1/3。SSI病人死亡的77%與感染有關(guān)，其中90%是器官/腔隙嚴(yán)重感染

——InfectControlandHospEpidemiol,1999,20(40:247-280SSI的死亡率是未感染者的2倍五、導(dǎo)致SSI的危險因素（1）病人因素：高齡、營養(yǎng)不良、糖尿病、肥胖、吸煙、其他部位有感染灶、已有細(xì)菌定植、免疫低下、低氧血癥五、導(dǎo)致SSI的危險因素（2）術(shù)前因素：術(shù)前住院時間過長用剃刀剃毛、剃毛過早手術(shù)野衛(wèi)生狀況差（術(shù)前未很好沐?。τ兄刚髡呶从每股仡A(yù)防五、導(dǎo)致SSI的危險因素（3）手術(shù)因素：手術(shù)時間長、術(shù)中發(fā)生明顯污染置入人工材料、組織創(chuàng)傷大止血不徹底、局部積血積液存在死腔和/或失活組織留置引流術(shù)中低血壓、大量輸血刷手不徹底、消毒液使用不當(dāng)器械敷料滅菌不徹底等手術(shù)特定時間是指在大量同種手術(shù)中處于第75百分位的手術(shù)持續(xù)時間其因手術(shù)種類不同而存在差異超過T越多，SSI機(jī)會越大五、導(dǎo)致SSI的危險因素（4）SSI危險指數(shù)（美國國家醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)制定）：病人術(shù)前已有≥3種危險因素污染或污穢的手術(shù)切口手術(shù)持續(xù)時間超過該類手術(shù)的特定時間（T）

（或一般手術(shù)＞2h)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法根據(jù)指南使用預(yù)防性抗菌藥物正確脫毛方法縮短術(shù)前住院時間維持手術(shù)患者的正常體溫血糖控制氧療抗菌素的預(yù)防/治療預(yù)防

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位前給藥治療

在污染細(xì)菌接觸宿主手術(shù)部位后給藥

防患于未然六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用136預(yù)防和治療性抗菌素使用目的：清潔手術(shù)：防止可能的外源污染可染手術(shù)：減少粘膜定植細(xì)菌的數(shù)量污染手術(shù)：清除已經(jīng)污染宿主的細(xì)菌六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用137需植入假體，心臟手術(shù)、神外手術(shù)、血管外科手術(shù)等六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素使用指征：可染傷口(Clean-contaminatedwound)污染傷口（Contaminatedwound）清潔傷口（Cleanwound）但存在感染風(fēng)險六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防性抗菌素顯示有效的手術(shù)有：婦產(chǎn)科手術(shù)胃腸道手術(shù)(包括闌尾炎)口咽部手術(shù)腹部和肢體血管手術(shù)心臟手術(shù)骨科假體植入術(shù)開顱手術(shù)某些“清潔”手術(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

理想的給藥時間？目前還沒有明確的證據(jù)表明最佳的給藥時機(jī)研究顯示：切皮前45～75min給藥，SSI發(fā)生率最低，且不建議在切皮前30min內(nèi)給藥影響給藥時間的因素:所選藥物的代謝動力學(xué)特性手術(shù)中污染發(fā)生的可能時間病人的循環(huán)動力學(xué)狀態(tài)止血帶的使用剖宮產(chǎn)細(xì)菌在手術(shù)傷口接種后的生長動力學(xué)

手術(shù)過程

012345671hr2hrs6hrs1day3-5days細(xì)菌數(shù)logCFU/ml六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用143術(shù)后給藥，細(xì)菌在手術(shù)傷口接種的生長動力學(xué)無改變

手術(shù)過程抗生素血腫血漿六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用Antibioticsinclot

手術(shù)過程

血漿中抗生素予以抗生素血塊中抗生素血漿術(shù)前給藥，可以有效抑制細(xì)菌在手術(shù)傷口的生長六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用145ClassenDC,etal..NEnglJMed1992;326:281切開前時間切開后時間予以抗生素切開六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不同給藥時間，手術(shù)傷口的感染率不同NEJM1992;326:281-6投藥時間感染數(shù)（%）相對危險度(95%CI)早期（切皮前2-24h）36914(3.8%)6.7(2.9-14.7)4.3手術(shù)前（切皮前45-75min)170810(0.9%)1.0圍手術(shù)期（切皮后3h內(nèi)）2824(1.4%)2.4(0.9-7.9) 2.1手術(shù)后（切皮3h以上）48816(3.3%)5.8(2.6-12.3)

5.8全部284744(1.5%)似然比病人數(shù)六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用結(jié)論：抗生素在切皮前45-75min或麻醉誘導(dǎo)開始時給藥，預(yù)防SSI效果好147六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用切口切開后，局部抗生素分布將受阻必須在切口切開前給藥?。?！抗菌素應(yīng)在切皮前45～75min給藥六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？有效安全殺菌劑半衰期長相對窄譜廉價六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用抗生素的選擇原則：各類手術(shù)最易引起SSI的病原菌及預(yù)防用藥選擇六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用

手術(shù)最可能的病原菌預(yù)防用藥選擇膽道手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢哌酮或

(如脆弱類桿菌）頭孢曲松闌尾手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢噻肟；

(如脆弱類桿菌）＋甲硝唑結(jié)、直腸手術(shù)革蘭陰性桿菌，厭氧菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

(如脆弱類桿菌）頭孢噻肟；＋甲硝唑泌尿外科手術(shù)革蘭陰性桿菌頭孢呋辛；環(huán)丙沙星婦產(chǎn)科手術(shù)革蘭陰性桿菌，腸球菌頭孢呋辛或頭孢曲松或

B族鏈球菌，厭氧菌頭孢噻肟；+甲硝唑莫西沙星（可單藥應(yīng)用）注:各種手術(shù)切口感染都可能由葡萄球菌引起六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用單次給藥還是多次給藥？沒有證據(jù)顯示多次給藥比單次給藥好傷口關(guān)閉后給藥沒有益處多數(shù)指南建議24小時內(nèi)停藥沒有必要維持抗菌素治療直到撤除尿管和引流管手術(shù)時間延長或術(shù)中出血量較大時可重復(fù)給藥細(xì)菌污染定植感染一次性用藥用藥24h用藥4872h數(shù)小時從十?dāng)?shù)小時到數(shù)十小時六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用用藥時機(jī)不同，用藥期限也應(yīng)不同短時間預(yù)防性應(yīng)用抗生素的優(yōu)點(diǎn)：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用減少毒副作用不易產(chǎn)生耐藥菌株不易引起微生態(tài)紊亂減輕病人負(fù)擔(dān)可以選用單價較高但效果較好的抗生素減少護(hù)理工作量藥品消耗增加抗菌素相關(guān)并發(fā)癥增加耐藥抗菌素種類增加易引起脆弱芽孢桿菌腸炎MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）定植六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用延長抗菌素使用的缺點(diǎn)：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用外科預(yù)防性抗生素的應(yīng)用：預(yù)防性抗生素對哪些病人有用?什么時候開始用藥?抗生素種類選擇?使用單次還是多次?采用怎樣的給藥途徑？正確的給藥方法：六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用應(yīng)靜脈給藥，2030min滴完肌注、口服存在吸收上的個體差異，不能保證血液和組織的藥物濃度，不宜采用常用的-內(nèi)酰胺類抗生素半衰期為12h，若手術(shù)超過３４h，應(yīng)給第２個劑量，必要時還可用第３次可能有損傷腸管的手術(shù)，術(shù)前用抗菌藥物準(zhǔn)備腸道局部抗生素沖洗創(chuàng)腔或傷口無確切預(yù)防效果，不予提倡不應(yīng)將日常全身性應(yīng)用的抗生素應(yīng)用于傷口局部（誘發(fā)高耐藥）必要時可用新霉素、桿菌肽等抗生素緩釋系統(tǒng)（PMMA—青大霉素骨水泥或膠原海綿)局部應(yīng)用可能有一定益處六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用不提倡局部預(yù)防應(yīng)用抗生素：時機(jī)不當(dāng)時間太長選藥不當(dāng)，缺乏針對性六、預(yù)防SSI干預(yù)方法

——抗菌藥物的應(yīng)用預(yù)防用藥易犯的錯誤：在開刀前45-75min之內(nèi)投藥按最新臨床指南選藥術(shù)后24小時內(nèi)停藥擇期手術(shù)后一般無須繼續(xù)使用抗生素大量對比研究證明，手術(shù)后繼續(xù)用藥數(shù)次或數(shù)天并不能降低手術(shù)后感染率若病人有明顯感染高危因素或使用人工植入物，可再用1次或數(shù)次小結(jié)預(yù)防SSI干預(yù)方法

——正確的脫毛方法用脫毛劑、術(shù)前即刻備皮可有效減少SSI的發(fā)生手術(shù)部位脫毛方法與切口感染率的關(guān)系：備皮方法 剃毛備皮 5.6%

脫毛0.6%備皮時間 術(shù)前24小時前 ＞20%

術(shù)前24小時內(nèi) 7.1%

術(shù)前即刻 3.1%方法/時間 術(shù)前即