【筆記】相圖熱力學基本理論

Time-space發表於2017-11-21
筆記

1.相圖的表示和測定方法

  二元系比單元系多一個組元，它有成分的變化，若同時考慮成分、溫度和壓力，則二元相圖比為三維立體相圖。二元相圖僅考慮體系在成分和溫度兩個變數下的熱力學平衡狀態。二元相圖的橫座標表示成分，縱座標表示溫度。如果體系由A，B兩個組員組成，橫座標一端為組元A，另一端表示組元B，那麼體系中任意兩組元不同配比的成分均可在橫座標上找到相應的點。

  二元相圖中的成分有兩種表示方法:質量分數和摩爾分數。若A，B組員為單質，兩者換算如下：

ωA=ArAxAArAxA+BrBxB
\omega_A = \frac{A_{rA}x_A}{A_{rA}x_A+B_{rB}x_B}

ωB=BrBxBArAxA+BrBxB
\omega_B = \frac{B_{rB}x_B}{A_{rA}x_A+B_{rB}x_B}

xA=ωA/ArAωA/ArA+ωB/BrB
x_A = \frac{\omega_A/A_{rA}}{\omega_A/A_{rA}+\omega_B/B_{rB}}

xB=ωB/BrBωA/ArA+ωB/BrB
x_B = \frac{\omega_B/B_{rB}}{\omega_A/A_{rA}+\omega_B/B_{rB}}

式中，ωA
\omega_A
，ωB
\omega_B
分別為A，B組元的質量分數；ArA
A_{rA}
，ArB
A_{rB}
分別為組員A，B的相對原子質量；xA
x_A
，xB
x_B
分別為組員A，B的摩爾分數，並且ωA+ωB=1
\omega_A+\omega_B=1
(或100%)，xA+xB=1
x_A+x_B=1
(或100%)。

  若二元相圖中的組元A和B為化合物，則以組元A和（或B）化合物的相對分子質量MrA

M_{rA}
(或MrB
M_{rB}
)取代上式中組員A（或B）的相對原子質量ArA
A_{rA}
（或ArB
A_{rB}
），以組員A（或B）化合物的分子質量分數來表示上式中對應組員的原子質量分數，可得到化合物的摩爾分數表示式。

  二元相圖是根據各種成分材料的臨界點繪製的，臨界點表示物質結構狀態發生本質變化的相變點。測定材料臨界點有動態法和靜態法兩種方法，如牽著有熱分析法、膨脹法、電阻法等；後者有金相法、X射線結構分析等。

  • 用熱分析法測量臨界點繪製二元相圖的過程

  以Cu-Ni二元合金為例。先配置一系列含Ni量不同的Cu-Ni合金，測出它們ongoing液態到室溫的冷卻曲線，得到個臨界點。純組員Cu和Ni的冷卻曲線相似，都有一個水平臺，表示其凝固在恆溫下進行。其他3條二元合金曲線不出現水平臺，而為二次轉折，溫度較高的轉折點（臨界點）表示凝固的開始溫度，而溫度較低的轉折點對應凝固的終結溫度。將這些與臨界點對應的溫度和成分分別表在二元相圖的縱座標和橫座標上，每個臨界點在二元相圖中對應一個點，再將凝固的開始溫度點和終結溫度點分別連線起來，就得到了Cu-Ni二元相圖。由凝固開始溫度連線起來的相界線稱為液相線，由凝固終結溫度連線起來的相界線稱為固相線。


這裡寫圖片描述

  相圖中由相界線劃分出來的區域稱為相區，表明在此範圍記憶體在的平衡相型別和數目。在二元相圖中有單相區和兩相區。

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