Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
системы): А—В—ВС и А—ВС—АС.
Вопрос о том, совместима или несовместима фазовая смесь, имеет очень большое практическое значение, в частности в химии цементов и огнеупоров. Так, при производстве портландцементного клинкера желательными компонентами цемента являются силикаты кальция состава Са28Ю4 и СазБЮб, а не Са351207 и СаБЮз. В связи с этим следует из-
В ВС с бегать применения таких добавок,
Рис. 11.28. Триангуляция трой- которые будут взаимодействовать с ной системы при субсолидусных СазЭЮб или Са28Ю4 и образовывать температурах. один из нежелательных силикатов
кальция. Обобщим этот конкретный случай, возвратившись к рис. 11.28: если АС —фаза с требуемыми свойствами, то необходимо исключить присутствие В в системе, поскольку АС и В несовместимы. Подобные же соотношения предопределяют рабочий ресурс футеровочных кирпичей: расплавленный шлак и футеровка должны быть совместимы.
11.4.4. Тройные системы с твердыми растворами
При наличии твердых растворов фазовые равновесия в тройных системах сильно усложняются. Ниже освещаются некоторые наиболее важные аспекты субсолидусных равновесий в простых системах (без полного разбора таких систем).
В системе, изображенной на рис. 11.29, а, между компонентами В и С образуется непрерывный ряд твердых растворов, что обозначено с помощью штрихов, нанесенных на сторону В—С. Эти твердые растворы сосуществуют с фазой А, и, таким образом, при любом составе число фаз в системе никогда не превышает двух. Из угла А можно провести бесчисленное множество лучей до пересечения со стороной ВС, каждый из которых соответствует отдельному двухфазному равновесию.
На рис. 11.29,6 показано образование твердого раствора в ограниченной области составов между бинарным соединением AB? и несуществующей фазой АС2; состав такого твердого рас-
11.4. Трехкомпонентньїе конденсированные системы
499
твора можно выразить формулой АВ2-ХСХ. Этот твердый раствор должен сосуществовать с А (других возможностей для триангуляции диаграммы в этой части системы нет), образуя
с в с
Рис. 11.29. Тройные системы с образованием бинарных твердых растворов.
соответствующую двухфазную область. По тем же соображениям следует выделить трехфазный треугольник (А+С + твердый раствор состава п). Триангуляция остающейся части диаграм-
Рис. 11.30. Равновесия при кристаллизации в тройных системах с образованием бинарного твердого раствора (а) и диаграмма бинарной системы В—С (б).
мы, в которой сосуществуют В, С и твердый раствор на основе АВ2, может быть выполнена не единственным способом; две из таких возможностей показаны на рис. 11.29,6 и е. Твердые растворы на основе АВ2 во всем интервале составов сосуществуют с фазой В (рис. 11.29, в), с фазой С (этот вариант на рисунке не отображен) или в одном интервале составов только с фазой В, а в другом — только с фазой С (рис. 11.29, б). Правиль
32'
500
11. Интерпретация фазовых диаграмм
ная триангуляция, соответствующая равновесному состоянию системы, должна быть выполнена на основании экспериментальных результатов.
Образование твердых растворов существенно усложняет поведение системы в области плавления. На рис. 11.30 показана проекция диаграммы плавкости, типичная для систем, в которых субсолидусные равновесия соответствуют диаграмме
сталлизации фазы А и твердых Рис. 11.31. Путь кристаллизации растворов ВС. Точки этой кри-в тройной системе, образующей би- вой отвечают сосуществованию
кривой понижается в направлении от X к У; с каждым составом жидкости находится в равновесии определенный состав твердого раствора. Конноды, соединяющие А и жидкость на кривой ХУ, выходят из вершины А; в то же время конноды, соединяющие составы той же жидкости с равновесными составами твердого раствора ВС, расходятся не веером из вершин В или С, а постепенно меняют свой наклон, скользя концами вдоль линий, изображающих составы сосуществующих твердых и жидких растворов. Например, жидкость состава у сосуществует с А и твердым раствором ВС состава х.
Рассмотрим процессы, происходящие при охлаждении жидкости состава а (рис. 11.31). В равновесном субсолидусном состоянии этот состав существует в виде смеси А и твердого раствора р. При охлаждении жидкости начинает кристаллизоваться фаза А, а состав жидкости смещается от точки а по продолжению линии Аа. Когда состав жидкости достигает точки г на моновариантной кривой, начинают выделяться кристаллы твердого раствора состава т. При дальнейшем охлаждении состав жидкости следует по кривой ХУ в направлении г-н^-*-/: Состав сопряженного твердого раствора ВС должен непрерывно
В
т л р
С
11.29, а. Стороны АВ и АС в такой системе имеют простой эвтектический вид, а на стороне ВС (рис. 11.30,6), подобной диаграмме на рис. 11.11, кривые солидуса и ликвидуса монотонны, без температурных максимумов и минимумов. Тройные системы такого типа (рис. 11.30, а) не имеют нон-вариантных точек и содержат только одну линию моновариантных равновесий ХУ, разделяющую поля первичной кри-
нарныи твердый раствор.
