4.1.3. Правило луча
Важным свойством концентрационного треугольника является «правило луча», в соответствии с которым любая прямая (луч, направляющая), проведенная из вершины треугольника, есть геометрическое место точек с постоянным отношением концентраций двух противолежащих компонентов. Например, в точках 1, 2 и 3, лежащих на луче, проведенном из вершины треугольника А (рис. 47), отношение концентраций компонентов В и С постоянно и равно 2/1, причем по мере удаления точки от вершины А по лучу содержание компонента А в трехкомпонентной системе уменьшается, а содержание компонентов В и С растет. Это правило применяется для определения изменения состава жидкой фазы, насыщенной одним из компонентов (в данном случае компонентом А).
Рис. 47. Иллюстрация к применению правила луча.
Третья переменная, температура, изображается на осях, проведенных из вершин концентрационного треугольника перпендикулярно его плоскости. В результате объемная диаграмма состояния трехкомпонентной системы представляет собой трехгранную призму, ребра которой характеризуют состояние каждого из трех компонентов и одновременно являются осями температуры, а грани - состояние трех соответствующих бинарных систем АВ, АС и ВС. Геометрические элементы внутри призмы отражают состояние трехкомпонентной системы.
На практике обычно используют проекцию объемной диаграммы на плоскость основания призмы, т.е. на плоскость концентрационного треугольника, с помощью которого определяется состав системы. При этом в его вершины проецируются все точки, соответствующие фазовым превращениям индивидуальных компонентов, например, точки плавления, численные значения которых указываются при вершинах.
На стороны треугольника проецируются все геометрические элементы бинарных систем, расположенных на гранях призмы (линии ликвидус, солидус, точки, отвечающие составу химических соединений, точки двойных эвтектик и перитектик и т.д.). На этих линиях стрелками указывают направление падения температуры, а числами - температуры, отвечающие точкам двойных эвтектик.
На внутреннюю плоскость треугольника проецируются все геометрические элементы диаграммы состояния трехкомпонентной системы: поверхности ликвидус, линии их пересечения (линии двойных эвтектик, реакционные линии), тройные химические соединения, точки тройных эвтектик и перитектик и т. д. На проекциях всех линий стрелками указывают направление падения температуры, а числами - температуры, соответствующие точкам безвариантных равновесий в системе и точкам плавления химических соединений.
Проекция может быть выполнена для сечения объемной диаграммы при заданной температуры или являться суммой проекций для нескольких температур, при которых происходят значимые превращения: изменение фазового состава, появление или исчезновение химического соединения и др.
4.1.4. Сечения объемной диаграммы при заданной температуре
Пример сечения объемной диаграммы
показан на рис. 48. Заштрихованные
области у углов треугольника показывают
кристаллизацию компонентов А, В
и С соответственно. Линии полей
диаграммы соответствуют поверхности
раздела фаз и показывают процесс
кристаллизации компонента системы. На
линиях реализуется равновесие АS
= Ж. Незаштрихованная область – одна
ф
аза,
в данном случае – жидкая.
Рис. 48. Сечения объемной диаграммы состояния трехкомпонентной конденсированной системы в проекции на концентрационный треугольник в порядке понижения температуры.
При продолжении процесса кристаллизации компонентов А и В сечение диаграммы будет иметь вид показанный на следующем рис. 48 (б); на стороне треугольника АВ появляется точка двойной эвтектики Е. В такой ситуации вещества А и В кристаллизуются совместно, а вещество С – отдельно.
Для каждого поля диаграммы существует мнемоническое понятие «хозяин поля», т.е. то вещество, которым насыщена жидкая фаза, относящаяся к данному полю диаграммы, и кристаллизация которого начинается в первую очередь. На рис. 48 «хозяин поля» обозначен буквой, соответствующей компоненту системы и индексом s.