4.8.2. Ограниченные твердые растворы

Существуют два типа диаграмм ограниченных твёрдых растворов: эвтектического и перитектического типов.

Эвтектическая диаграмма с областями ограниченной растворимости отличается от простой эвтектической (рис. 4.5) наличием полей ограниченных твердых растворов  и . Например, -твердый раствор меди в серебре и -твердый раствор серебра в меди, рис. 4.16.

Снижение температуры от точки N на поле жидкого расплава до линии ликвидуса приводит к появлению твердого раствора , состав которого определяется точкой S. При выборе начальной точки в заэвтектической области выделяются -твердые растворы, состав которых определяется аналогично.

Ниже линии солидуса система представляет собой смесь твердых растворов  и ,состав которых находят по ноде (подобно тому, как показано на рис. 4.13). выоре начальной точки в заэвтектической области выделяются -твердые растворы, состав которых определяется аналогично.

Перитектические фазовые диаграммы с областями ограниченной растворимости имеют более сложный вид. Поскольку в природе системы минералов такого типа широко распространены, рассмотрим в качестве примера фазовую диаграмму бинарной системы NaAlSiO₄NaAlSi₃O₈, рис. 4.17. Три заштрихованные области представляют собой поля твердых фаз. Это твердые растворы: нефелин, содержащий до 34% NaAlSi₃O₈; карнегиит, устойчивый в области высоких температур и альбит, образующий твердый раствор, содержащий до 4% NaAlSiO₄.

Треугольник KEF представляет двухфазную область, в которой кристаллы карнегиита ассоциируются с кристаллами нефелина, несколько различающимися по содержанию компонента NaAlSi₃O₈.

Рассмотрим охлаждение расплава по изоплете, начинающейся в точке А, с содержанием NaAlSi₃O₈ 40%. Жидкость данного состава охлаждается до ликвидуса в точке В, где начинается кристаллизация твердогораствора (карнегиита) состава С. В процессе охлаждения состав расплава меняется по линии ликвидуса до точки D, а состав сосуществующего с расплавом карнегиита меняется до точки Е. Ниже этой температуры

карнегиит такого состава существовать не может; при этой температуре в инвариантных условиях протекает реакция:

расплав (D) + карнегиит (Е)  нефелин (F)

Часть расплава расходуется на реакцию, количество жидкости уменьшается. Температура вновь начинает падать, когда карнегиит полностью перейдет в нефелин. Состав расплава меняется от D до G, а состав нефелина  от K до H. При достижении эвтектического состава расплава (G), наряду с нефелином состава Н кристаллизуется альбит состава J. Система при этом инвариантна до полного затвердевания расплава. Далее температура смеси двух твердых фаз снова понижается, при этом составы твердых растворов существенно не меняются.

В данной главе рассмотрены основные физико-химические законы фазовых равновесий и основные типы фазовых диаграмм однокомпонентных и двухкомпонентных гетерогенных систем. Двойные системы с ограниченной растворимостью в жидком состоянии будут рассмотрены в разделе “Молекулярные растворы” учебного пособия. Фазовые диаграммы тройных и более сложных многокомпонентных конденсированных систем, представляющих интерес для материаловедов, геологов и петрологов, подробно освещены в специальной литературе по материаловедению, минералогии и петрографии. В списке литературы, приведенном в конце учебного пособия, имеется ряд ссылок на такие издания.