Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Кафедра физической и коллоидной химии

Жукова Лия Васильевна

Дополнение к сборнику задач «Термодинамическое исследование фазовых состояний двухкомпонентных систем (галогенидов металлов)»

по дисциплине «Технология материалов и оборудования для производства монокристаллов, материалов и изделий электронной техники» для студентов всех форм обучения специальности 251000 – Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники

Екатеринбург 2007

Задача №1

Используя изобарическую диаграмму состояния Т─ N₂ или Т─ φ₂ системы

AgCl-AgBr выполните следующие задания:

1. Охарактеризуйте взаимную растворимость компонентов, составляющих

систему, в жидком и твердом состояниях.

2. Опишите влияние на температуру начала кристаллизации и температуру

плавления концентрации 2-го компонента в системе.

3. Отметьте особые точки на диаграмме, определите число фаз и их состав,

рассчитайте вариантность системы в этих точках.

4. Укажите число фаз и их состав в системе с концентрацией 2-го компонента

равной а=55%, в=70%, с=97% при температурах Т₁ = 500°С и Т₂ = 415°С.

5. Схематично изобразите кривые охлаждения для системы с концентрациями

2-го компонента, равными а=55%, в=70%, c=97%. Рассчитайте вариантность системы на разных участках кривых охлаждения.

6. Для расплава, содержащего m₁ кг 1-го компонента и m₂ кг 2-го компонента, найдите температуру начала и конца кристаллизации. Рассчитайте массы равновесных фаз в этой системе при температуре Т₂ = 415°С.

Решение:

1. Компоненты, составляющие систему, неограниченно растворимы в

твердом и жидком состояниях.

2. Температура начала кристаллизации Т_н.к. уменьшается с ростом φ₂ до точки А

(точка минимума), и возрастает после этой точки. Такая же зависимость наблюдается для температуры плавления.

3. т.А: f=2+2-2-(1+1)=0 ,

т.к. L=2: р-соnst и N₂^(ж) = N₂^(тв)

f= K+(C-r)-Ф-L

K=2 (T,p)

r=0 (отсутствуют химические реакции)

L=1 (p-const)

F=2+C-Ф-1=1+С-Ф

т.1(Т=455°С):

f=2+1-1-1=1,

т.к. С=1 (чистый компонент)

3. Т₁ = 500°С:

а=55% Ф=1(ж)

в=70% Ф=1(ж)

с=97% Ф=1(ж)

Т₂ = 415°С:

а=55% Ф=1(тв)

в=70% Ф=1(ж)

с=97% Ф=1(тв)

3. Кривые охлаждения для

а=55%

в=70%

с=97%

3. m₁ = 0,5кг

m₂ =0,61 кг

Найти: Т_н.к. , Т_к.к.

φ₂ = (55%)

Т_н.к. = 420°С

Т_к.к. = 416°С

Найти массы равновесных фаз в этой системе при Т=417°С

т.к.

кг

кг

кг

Задача №2

1. Проанализировать изобарическую диаграмму состояния Т-N₂ системы AgCl-AgJ. Охарактеризовать взаимную растворимость компонентов в жидком и твердом состоянии, ее зависимость от N₂. Описать отдельные области на этой диаграмме (сколько фаз, какие), линии (название, какую зависимость выражают) и характерные точки.

2. Проследить за изменением состояния системы с N₂ = 37,5% и N₂ = 90% от Т₁=550°С до Т₂=175°С. Какие фазы находятся в равновесии, какова вариантность при Т= Т₁? Как измениться число фаз, их состав и вариантность системы при изменении температуры до Т₂?

3. Определить, сколько фаз имеет система с N₂ =75% при Т= Т₂. При какой температуре начинается ее плавление? Каков состав первых капель жидкости? При какой температуре система полностью расплавится?

4. Рассчитать массы фаз, находящихся в равновесии в системе с N₂ = 10% при Т=175°С, при общей массе системы 1 кг. Рассчитать массу 2-го компонента в каждой фазе.

Решение:

1. В жидком состоянии компоненты обладают неограниченной взаимной

растворимостью. В твердом состоянии – ограниченной растворимостью, с образованием твердых растворов. При низких значениях N₂ образуются твердые растворы, обогащенные компонентом (1); при высоких значениях N₂ образуются твердые растворы, обогащенные компонентом (2).

Области:

ж – жидкая фаза;

Т1 - твердый раствор 2-го компонента в 1-м;

Т2 - твердый раствор 1-го компонента во 2-м, 2-й компонент находиться в α- модификации;

Т3 – твердый раствор 1-го компонента во 2-м, 2-й компонент находиться в β- модификации;

АЭВ – линия ликвидуса.

Т(N₂^(ж)) – зависимость температуры начала кристаллизации от состава жидкой фазы.

ВСДЕ – линия солидуса.

Т(N₂^(т)) - зависимость температуры конца кристаллизации от N₂ в Т₂.

Аналогично:

EFG: T=f (N₂^(T3))

AMN: T=f (N₂^(T1))

Точки:

Э: в равновесии находятся 3 фазы: ж, Т1иТ2;

Д: в равновесии находятся 3 фазы:Т2,Т3 и Т1;

А: в равновесии находятся AgCl (тв ) и AgCl (ж);

В: α- AgJ (тв) и β- AgJ (ж);

Е: переход от α-модификации к β- модификации AgJ.

2. а) N₂ = 37,5% от Т₁=550°С до Т₂=175°С

● 550° ÷ 345°С Ф=1 (ж)

f = K+C – r ─ Ф – L = 2+2-0-Ф-1=3-Ф

f = 3-1=2

● 345° ÷ 259°С Ф=2 (Т1 и ж), f =3-2=1

● 259° ÷ 175°С Ф=2 (Т1и Т2), f = 3-2=1

б) N₂ = 90% от Т₁=550°С до Т₂=175°С

● 550° ÷ 475°С Ф=1 (ж), f =2

● 475° ÷ 400°С Ф=2 (Т2 и ж), f =1

● 400° ÷ 175°С Ф=1 (Т2), f =2

3. N₂ =75% Т₂=175°С

Число фаз Ф=2 (Т1 и Т2)

Начало плавления Т_н.пл.=300°С

Конец плавления Т_к.пл.=385°С

Состав первых капель жидкости N_2,перв^(ж)=62%

4. Дано: N₂ =75%

Т₂=175°С (точка Р)

m = 1 кг

Найти ─ ?

─ ?

Решение:

1)

2)