材料科学基础 (6.3)二元相图(2)


前言:
最近对学习的兴趣骤然丧失了许多,很奇怪,笔者需要通过别的信息来重新洗脑自己喜欢学习。在写这篇文章之前,笔者不得不感慨一下人与人之间联系所带来的温暖,我又充满力量了(bushi)
今天我们接着来讨论二元相图的主要种类

四 固相中有化合物生成与分解的二元系统相图
这类相图的特点是,化合物AmBm不会直接随着液相温度降低而析出生成,而是在生成A+B的固相后,由A+B反应生成,此种化合物只在特定温度区间范围内存在。
因为化合物是由固相的A与B反应生成,故A和B在反应后可能会有所剩余。哪种物质更多,则反应结束后会与AmBm组成相应混合的固相。接下来我们一起来看相图

左边的相图是化合物固相分解发生在一个温度的相图,右边的相图是化合物固相分解在两个温度的相图。
我们可以看出,固相中有化合物生成与分解的二元系统相图是具有一个低共融点相图的加强版,仅仅在温度更低的时候根据初始组成成分的不同,最终产物也不同。
五 具有多晶转变的二元相图
具有多晶转变的情况时,主要针对多晶转变的条件对相图进行调整,以确保该物质的每一种稳定晶型都有其稳定存在的相区。
如果多晶转变温度高于低共熔温度,这意味着在多晶转变发生的时候,仍然存在有液相。发生多晶转变的温度成为一条界限,该温度之上是一种稳定的晶型,温度之下变为另一种稳定的晶型。

另一种情况就比较简单了,由于多晶转变温度低于低共熔温度,在晶相转变的时候已经没有液体的存在,直接在固相区完成转变。

六 形成连续固溶体的二元相图
溶质和溶剂能以任意比例互相溶解的固溶体称连续固溶体。
因为组元A和组元B在任何情况下都可以任意互溶,这意味着没有低共熔点,所以液相线和固相线是平滑的曲线,没有明显的转折点。同样,这样的组成意味着,该图中不存在真正的无变量点。

固溶体的凝固依靠组元的扩散,在析晶过程中固溶体要不断地调整组成以便与液相保持平衡。而固溶体是晶体,这意味着在晶体中原子的扩散迁移速度很慢,不像液态溶液那样容易调节组成,要达到“平衡凝固”,只有冷却的过程足够缓慢,在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散,以达到平衡相的成分。
如果冷却的太快会怎么样呢?
组元来不及进行充分的扩散,导致原子分布不均匀,而在析晶时发生不平衡的现象,即产生偏析现象。
为了更好的描述偏析现象,我们根据溶质在固相中的浓度组成的比值,引入分布系数K0。

Cs是溶质在固相中的浓度
CL是溶质在液相中的浓度
如果溶质使得体系熔点降低,K0<1。因为此时溶质在液相中浓度更高了,这意味着体系中的物质更容易变为液相。
反之可推, 如果溶质使得体系熔点升高,K0>1。
而固液同成分点,K0=0。

在连续固溶体相图中还有两种特殊情况即具有“最高熔点”和“最低熔点”的系统。这两种相图可以看成是由两个简单连续固溶体二元相图构成的。体系中的平衡关系可由分相图来分析,也可以把相图中的最高熔点C和最低熔点M看成是“同成分熔点”/“同成分点”。

七 形成不连续固熔体的二元相图
不连续固溶体意味着,溶质只能以一定的限量溶入溶剂,超过限度便会出现第二相。根据无变量点的性质不同,我们把这类相图分为两部分。
(1)具有低共熔体的有限固溶体的二元系统相图

由相图我们可以看出有三个无变量点,即C E D。 从过往的经验可知,E点为低共熔点,在液相到达E点后,继续降温会共熔生成两种分别溶解在彼此的固溶体。而C点和D点表示界限,原始组分点如果在C点的左边,则意味着最终只会析出B组元溶解在A晶体中所形成的固溶体。毕竟A的含量比较多,此时作为溶剂。而D点则是B含量较多的情况。
这引出一个思考,即使相图中有最低共熔点,并不意味着所有的结晶都在那里结束。具体的结晶结束点的位置与原始熔体的组成息息相关。
(2)具有转熔点的有限固溶体的二元系统相图

粗略的一看图,我们可以看到图中有三个无变量点 P C D,让我们来分析一下它们。首先是P点,它显然是一个转熔点 。而C D 为界限点,它们可以帮助划分原始组分点所在的位置,从而了解其结晶路径。
所有在PD范围内冷却到此温度是都会发生转熔,而区别在于A和B的原始组分。

还有一种是具有液相分层的二元系统相图,在此不做分析。


下次更新将是三元系统相图喵