Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с одним двойным химическим соединением, плавящимся с разложением

Точки двойных эвтектик е₁, е_2, и е₃ на диаграмме показывают составы жидких фаз, насыщенных двумя твердыми фазами, соответственно А и С, В и С, А и S, из которых при постоянных температурах эти фазы кристаллизуются.

На диаграмме имеются пять граничных линий, направление падения температуры на которых определено по правилу Алькемаде и указано стрелками.

Рассмотрим процессы, протекающие на каждой из них. На линиях двойных эвтектик е₁Е, е₂Е е₃Р и РЕ происходит кристаллизация пограничных хозяев полей:

е₁Е: А + S = Ж;

е₂Е: A + C = Ж;

е₃Р: В + С = Ж;

РЕ: С + S = Ж.

Пятая линия рР называется реакционной. Как и перитектическая точка р в бинарной системе АВ, показывающая состав жидкости, способной реагировать с компонентом С, образуя химическое соединение S по реакции Ж_р + С = S, реакционная линия показывает изменение состава перитектической жидкости в ходе той же самой реакции Ж_р + С = S. Так как в равновесии при этом находятся три фазы, у системы остается одна степень свободы и температура при протекании этой реакции может меняться. Направление падения температуры на реакционной линии принято показывать двойной стрелкой.

Точка Р диаграммы называется реакционной, так как при температуре, отвечающей точке Тр, протекает фазовая реакция Ж_Р + С = S + В. Безвариантное состояние системы (F = 3 + 1 ‒ 4 = 0) продолжается до тех пор, пока при изотермическом охлаждении системы число фаз не уменьшится.

Пути кристаллизации и кривые охлаждения различных точек системы

Точка 1. Если исходный состав сплавов находится на соединительной прямой BS, то в точке Р в реакции участвуют эквивалентные массы перитектической жидкости и кристаллов компонента С. В результате при температуре Т_р (точка Р) обе эти фазы исчезают, кристаллизация заканчивается и остаются две фазы: кристаллы S и В.

Точки 2 и 3. Кристаллизация заканчивается в точке тройной эвтектики Е. Направление луча – от соответствующего «хозяина поля» к рассматриваемой фигуративной точке.

Точка 4. Находится в поле, где «хозяином» является соединение S. Соответственно, направляющий луч идет от точки двойного соединения S к точке 4. Все точки поля «S» кристаллизуются в точке тройной эвтектики.

Если исходный состав сплавов располагается в треугольнике SBC, кристаллизация их заканчивается также при температуре Тр, так как в этом случае при избытке кристаллов компонента С в результате реакции исчезает жидкая фаза и остаются три твердые фазы: S, В и С.

Точка 5. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. На линии двойной эвтектики «е₃Р» происходит кристаллизация компонентов В и С. Вещество S здесь выделяться не может, т.к. не является хозяином поля и линия «е₃Р» не является линией перитектики. В точке Р начинается кристаллизация вещества S. Прекращается кристаллизация компонента В, который начинает расходоваться на образование S по реакции: А + В = S. Окончательно в точке Р: S, C, Ж_Р и остаток В, который находится в избытке по отношению к составу вещества S. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: S, C, и остаток В

Точка 6. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. На линии двойной эвтектики «е₃Р» происходит кристаллизация компонентов В и С. Вещество S здесь выделяться не может, т.к. не является хозяином поля и линия «е₃Р» не является линией перитектики. В точке Р начинается кристаллизация вещества S. Прекращается кристаллизация компонента В, который начинает расходоваться на образование S по реакции: А + В = S. Точка 6 находится на линии состава S, следовательно, вещество В в системе присутствует точно в стехиометрическом количестве для образования S. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: S, и C.

Точка 7. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. Далее, при кристаллизации по линии перитектики рР, начинается и развивается образование вещества S, которое одновременно кристаллизуется. Дополнительный ориентир: линия рР граничит с полем, где S является «хозяином». Процесс заканчивается в точке тройной перитектики Р: S, C, Ж_Р и остаток В, который находится в избытке по отношению к составу вещества S. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: S, C, и остаток В.

Точка 8. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. Далее, при кристаллизации по линии перитектики рР, начинается и развивается образование вещества S, которое одновременно кристаллизуется. Дополнительный ориентир: линия рР граничит с полем, где S является «хозяином». Процесс заканчивается в точке тройной перитектики Р. Точка 6 находится на линии состава S, следовательно, вещество В в системе присутствует точно в стехиометрическом количестве для образования S. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: S, и C.

Общим для рассмотрения процессов кристаллизации точек 9 – 12 является недостаток компонента В по отношению к составу вещества S и компоненту А.

Точка 9. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. На линии двойной эвтектики «е₃Р» происходит кристаллизация компонентов В и С. Вещество S здесь выделяться не может, т.к. не является хозяином поля и линия «е₃Р» не является линией перитектики. В точке Р происходит образование вещества S, которое сопровождается расходованием и растворением компонента В. В точке Р: S, C и Ж, содержащая избыток компонента А. Дальнейший ход кристаллизации приведет в точку тройной эвтектики Е. По линии РЕ будет идти кристаллизация S и С. В точке Е начнется осаждение компонента А. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: A, S, C.

Точка 10. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. Далее, при кристаллизации по линии перитектики рР, начинается и развивается образование вещества S, которое одновременно кристаллизуется. В точке Р продолжается образование вещества S, которое сопровождается расходованием и растворением компонента В: S, C и Ж, содержащая избыток компонента А. Дальнейший ход кристаллизации приведет в точку тройной эвтектики Е. По линии РЕ будет идти кристаллизация S и С. В точке Е начнется осаждение компонента А. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: A, S, C.

Точка 11. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. Далее, при кристаллизации по линии перитектики рР, начинается и развивается образование вещества S, которое одновременно кристаллизуется. Компонент В при этом плавится и расходуется на образование S. Компонент В заканчивается раньше, чем система придет в точку Р. В системе остаются A, S и C. Направляющая от В явно указывает на ход кристаллизации через поле «S». Следовательно, требуется провести еще одну направляющую через точку – от хозяина «S». Далее путь кристаллизации пойдет по направляющей от S до линии РЕ, где будет продолжаться кристаллизация S и начнется кристаллизация С. В точке тройной эвтектики Е будет продолжаться кристаллизация С и S и начнется кристаллизация компонента А. Состав в Е: S, A и Ж_Е. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: A, S, C.

Точка 12. При охлаждении системы по направляющей от «В» происходит выделение кристаллов компонента В. Далее, при кристаллизации по линии перитектики рР, начинается и развивается образование вещества S, которое одновременно кристаллизуется. Компонент В при этом плавится и расходуется на образование S. Компонент В заканчивается раньше, чем система придет в точку Р. В системе остаются A, S и C. Направляющая от В явно указывает на ход кристаллизации через поле «S». Следовательно, требуется провести еще одну направляющую через точку – от хозяина «S». Далее путь кристаллизации пойдет по направляющей от S до линии е₁Е, где будет продолжаться кристаллизация S и начнется кристаллизация А. В точке тройной эвтектики Е будет продолжаться кристаллизация А и S и начнется кристаллизация компонента С. Состав в Е: S, A и Ж_Е. Состав твердой фазы после окончания процесса кристаллизации: A, S, C.