1. Треугольник концентраций

Вершинам треугольника АВС соответствует стопроцентное содержание того компонента, обозначение которого стоит у данного угла треугольника, а два других угла соответствуют нулевому содержанию этого компонента.

2.Точки составов химических соединений.

Находятся в углах треугольника концентраций АВС. Точки составов двойных бинарных соединений, образуемых двумя какими-либо компонентами системы располагаются на сторонах треугольника концентраций. Точки составов тройных соединений, образуемых тремя компонентами системы находятся внутри треугольника концентраций (А₁В₁С₁)

3.Пограничные кривые и поля первичной кристаллизации.

Все поле треугольника концентрации разделяется пограничными кривыми – ab, ef fc, cg, cd, gd на ряд участков называемых полями первичной кристаллизации (k-n-e-b-a-k), (b-e-f-c-d-b), (d-c-g-d).

4.Тройные точки – это три сходящиеся пограничные кривые на диаграммах состояния образуют тройные точки bef, в которых если кристаллизация не закончена в равновесии находится 4 фазы – это жидкость состава этой точки и три кристаллических соединения, поля кристаллизации которых находятся в этой точке.

В тройной точке «b» в равновесии жидкой фазы находится кристаллы АВ, АС, А₁В₁С₁ в равновесии жидкой фазы с находятся кристаллы АВ , АС , А₁В₁С_1.

5. Соединительные прямые и элементарные треугольники. Соединительные прямые – это прямые линии на трехкомпонентных диаграммах состояния, соединяющие точки составов индивидуальных химических соединений , имеющие сложные поля первичной кристаллизации. Например, АВ - А₁В₁С₁ ; А₁В₁С₁ – АС .

6. Бинодальные кривые – если в одну из частных двойных систем А-С составляющих трехкомпонентную систему имеется область ликвации, примыкающей к стороне АС треугольника, ограниченной линией Рm,Pl называется бинодальной кривой.

7. Кривые полиморфных превращений – при постоянной температуре совпадает с изотермой соответствующей температуре полиморфного превращения. Например: компонент В имеет две полиморфные модификации В’ B’’ с температурным превращением 1500 С, то кривая полиморфного превращения будет совпадать на трехкомпонентной диаграмме состояния с линией изотермы qS соответствующей 1500С.

Вопросы

1. Какие элементы строения в трехкомпонентных системах Вы знаете?

2. Что такое бинодальная кривая?

Лекция № 25.

Тема : Основные типы диаграммы состояния трехкомпонентных систем и правила работы с ними. Определение содержания компонентов по треугольнику концентраций в системах вяжущих материалов.

Различные типы диаграмм состояния

1. Основные типы диаграммы состояния трехкомпонентных систем и правила работы с ними.

2. Определение содержания компонентов по треугольнику концентраций в системах вяжущих материалов.

3. Различные типы диаграмм состояния

На диаграммах состояния трехкомпонентных систем мы можем определить путь кристаллизации и путь плавления, при чем для одного и того же состава графически. Эти пути идентичны, но противоположны по направлению и последовательности фазовых превращений.

Определение содержания компонентов по треугольнику концентрации.

Д ля определения содержания какого–либо компонента, например, А в трехкомпонентном расплаве (или суммарного содержания компонента в твердых фазах), отвечающим данной фигуративной точке М. Через эту точку необходимо провести прямую аb параллельно противоположной (по отношению к вершине треугольника со 100% содержанием этого компонента то есть А). Эта прямая отсекает на двух других сторонах АВ и АС треугольника равные отрезки аВ и bс, которые характеризуют содержание компонента А(в данном случае он равен 30%). Определение содержания компонентов можно произвести на какой – либо одной стороне треугольника концентрации. Для этого из данной точки М какой- либо одной стороне треугольника, например, АС проводятся отрезки Ме и Мb параллельные двум другим сторонам треугольника. В результате чего одна сторона АС разобьется на три отрезка соответствующим содержанием всех трех компонентов:

Содержание А определит отрезок bC=30%

Содержание С определит отрезок еА=20%

Содержание В определит отрезок eb=50%

Диаграммы состояния трехкомпонентной системы с эвтектикой. Двойные системы, плавящуюся с разложением в тройной системе.

Э та диаграмма без химических соединений с одной тройной эвтектикой. Процесс кристаллизации при охлаждении состава m в точке а будет происходить следующим образом: понижение температуры расплава соответствуют участок Аа, когда температура расплава станет равной температуре первыми начнут выделяться кристаллы вещества А. По мере дальнейшего охлаждения расплава будет обедняться компонентом А и, следовательно, обогащаться компонентами В и С. Состав расплава будет изменяться по линии ас, являющимся продолжением Аа. Линия ас называется путем кристаллизации. При достижении температуры соответствующий точке с, расплав на столько обогатится компонентом С, что этот компонент начнет выделяться в виде эвтектике вместе с веществом А. Путь кристаллизации пойдет по линии двойной эвтектике Е₁Е от точки с до тройной эвтектике Е. В точке Е наряду с а и с будет выделяться и третий компонент В до окончательного застывания всего состава кристаллов АС и В при температуре равной tE в точке Е останется постоянной. По окончании процесса кристаллизации застывшая система из кристаллов А, В и С продолжает охлаждаться до температуры окружающего пространства.

Пользуясь правило рычага в любой точке пути кристаллизации на диаграмме состояния трехкомпонентной системы можно определить содержание жидкой фазы. Для пути кристаллизации с характерной точкой состава с содержанием жидкой фазы определиться соотношением:

С% =

Вопросы

1. Назовите типы диаграммы состояния трехкомпонентных систем.

2. как определить по треугольнику концентраций содержание веществ?

Лекция № 26.

Тема : Определение температуры начала кристаллизации расплава в системах вяжущих материалов (или температуры конца плавления твердой смеси).

1. Определение температуры начала кристаллизации расплава

2. Определение температуры конца плавления твердой смеси.

Т емпература начала кристаллизации расплавов (или конца плавления твердой смеси) будет температура соответствовать той изотерме на какую попадает точка состава этого расплава. На рисунке тип трехкомпонентной диаграммы состояния системы с эвтектикой без двойных или тройных химических соединений и твердых растворов. Температура начала кристаллизации состава а будет при температуре 1400С (при этой температуре закончится полное расплавление твердой смеси этого состава).

Диаграммы состояния трехкомпонентной систем с двойными химическими соединениями, плавящуюся конгруэнтно.

Е сли три компонента АВС образуют двойное химическое соединение AmBn, то на диаграмме состояния появляется дополнительное поле кристаллизации этого соединения. Для нахождения конечной точки кристаллизации и определения вида выделяющихся кристаллов проводится соединительная линия СAmBn. Эта линия делит треугольник АВС на два треугольника. Тройная эвтектика всегда располагается внутри фазового или элементарного треугольника в вершинах которого помещены фазы кристаллов в этой эвтектике. Точка 1 находится в поле кристаллизации компонента А. Так как точка 1 находится в треугольнике АСAmBn, то кристаллизации заканчивается в точке Е₅ .

Соединим вершину А с точкой 1 пунктирной линией и продолжаем ее до линии двойной эвтектики. Отрезок А-1 означает понижение температуры расплава. Кристаллы компонента А начинаются только в точке1. НА участке 1-к продолжается выделение кристаллов А и происходит обогащение расплава веществом AmBn. При достижении температуры соответствующей точке к концентрация расплава на столько обогатится компонентами AmBn, что начнет выделяться в виде эвтектики вместе с веществом А, и путь кристаллизации пойдет по линии двойной эвтектики Е₂Е₅ . На участке к – Е₅ происходит увеличение кристаллов А и AmBn. Окончательно расплав застывает в точке Е₅ с выделением кроме А и AmBn еще и кристаллов С. Таким образом состав кристаллов определяется только составом соединений, лежащих в вершинах элементарного треугольника, где находится фигуративная точка.

Диаграммы состояния трехкомпонентной систем с двойными химическими соединениями, плавящуюся инконгруэнтно.

Точка 1 находится вне поля кристаллизации этого соединения и соединительная линия не пересекает линии резорбции (растворения). Каждый элемент треугольника должен располагать своей трехлучевой звездой в которой заканчивается кристаллизация. Для треугольника АСAmBn такой трехлучевой звездой будет Pn. Для треугольника AmBnСВ - Е₄ . Поэтому все составы расположенные в треугольнике АСAmBn заканчивают кристаллизоваться в точке Pn, а все составы треугольника AmBnСВ – в точке Е₄. Линию UP называют линией резорбции, эта линия является характерной на всем протяжении и на ней происходит растворение ранее выделившихся кристаллов А из всех составов которые расположены в поле компонента А. Одновременно с резорбцией кристалла А происходит образование кристаллов AmBn. Точка Pn не является эвтектической и втоже время служит конечным пунктом кристаллов составов треугольника АС AmBn и называется точкой двойного подъема

Вопросы

1. Как определяется температура начала кристаллизации?

2. В какой области выпадают первые корисаллы?

Лекция № 27.

Тема : Определение состава первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы. Определение конечных фаз и конечной точки кристаллизации на диаграммах состояния.

1. Определение состава первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы.

2. Определение конечных фаз и конечной точки кристаллизации на диаграммах состояния.

П ервично выпадающей при кристаллизации фазой будут кристаллы того соединения, в поле первичной кристаллизации которого лежит точка состава исходного расплава.

На рисунке изображен тип трехкомпонентной диаграммы состояния с бинарным химическим соединением АС плавящемся конгруэнтно (без разложения). Из расплава состава а₁ первыми при соответствующей температуре равной 1300С будут выпадать кристаллы соединения АС, так как точка этого состава лежит в поле первичной кристаллизации этого соединения. Если точка состава исходного расплава, например, а₂ попадает на конгруэнтную пограничную кривую Е₁l₃, то при соответствующей температуре равной 1400С одновременно начинается кристаллизация двух соединений. Это вещества А и АС, поля первичной кристаллизации которых разделяет эта кривая.

Вопросы

1. Как определяют состав первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы?

2. Как определяют конечную фазу и конечную точку кристаллизации на диаграммах состояния?

Лекция № 28.

Тема : Определение состава первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы. Определение конечных фаз и конечной точки кристаллизации на диаграммах состояния.

1. Определение состава первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы.

2. Определение конечных фаз и конечной точки кристаллизации на диаграммах состояния.

Определение конечных фаз и конечной точки кристаллизации на диаграмме состояния.

К онечными продуктами кристаллизации являются те тройные соединения точки составов которых лежат в вершинах элементарного треугольника внутри которого находится точка состава. Исходного расплава конечной же точкой кристаллизации трехкомпонентного расплава является та тройная точка в которой сходятся поля первичной кристаллизации конечных фаз кристаллизации. Например, на диаграмме трехкомпонентной системы с бинарным соединением АС, плавящимся инконгруэнтно, содержится два элементарных треугольника А-В-АС и АС-В-С. Для всех трехкомпонентных расплавов, точки составов которых попадают в элементарный треугольник А-В-АС. Конечными фазами кристаллизации будут соединения А, АС, В, а конечной точкой кристаллизации – точка двойного опускания G. В треугольнике АС-В-С все расплавы заканчивают кристаллизоваться в эвтектике Е с выделением соединений АС, В, С.

Определение первичного пути изменения состава жидкой фазы после начала кристаллизации.

При кристаллизации из расплава одной твердой фазы состав жидкой фазы (расплава) изменится, то есть путь кристаллизации проходит от точки состава исходного расплава по продолжению прямой проведенной через точку состава кристаллизующий соединения и точки состава исходного расплава в сторону понижения температуры. Для исходного расплава а₁ состав жидкой фазы при кристаллизации соединения АС изменяется по продолжению прямой АС-а₁. Если точка состава исходного расплава а₂ попадает на конгруэнтную пограничную кривую, то изменение состава жидкой фазы (путь кристаллизации) при одновременной кристаллизации двух твердых фаз А и АС будет происходить в сторону понижения температуры по этой кривой.

Вопросы

1. Как определяют состав первично кристаллизующейся из расплава твердой фазы?

2.Как определяют конечную фазу и конечную точку кристаллизации на диаграммах состояния ?

Лекция № 29.

Тема : Определение пути кристаллизации при ликвации. Определение характера пограничных кривых. Определение характера процесса, происходящего при изменении температуры вдоль пограничных кривых. Определение направления падения температуры на пограничных кривых (правило температурного максимума).

1. Определение пути кристаллизации при ликвации.

2. Определение характера пограничных кривых.

3. Определение характера процесса, происходящего при изменении температуры вдоль пограничных кривых.

4. Определение направления падения температуры на пограничных кривых (правило температурного максимума).

Путь кристаллизации при наличии в системе полиморфных превращений не изменяет своего направления. При пересечении изотермы, соответствующей температурного превращения происходит переход (при постоянной температуре) одной полиморфной модификации кристаллического вещества в другую.

Определение пути кристаллизации при ликвации.

К ристаллизация расплава а начинается с выделением кристаллов А. Состав жидкой фазы при этом изменится по продолжению прямой Аа. Точка m – это однородный расплав – расслаивается на две несмешивающиеся жидкости. Состав первой соответствует точка m, а второй n. При дальнейшей кристаллизации компонента А состав первой жидкости будет изменяться по левой ветви бинадальной кривой от точки m до m’, а второй жидкости по правой ветви от n до n’.

Определение характера пограничных кривых.

Для определения характера кривой (конгруэнтное или инконгруэнтное) на каком – либо ее участке необходимо в точках, ограничивающих этот участок, провести касательные в этой кривой. Если эти касательные пересекают соответствующую соединительную прямую, соединяющая точки состава твердой фазы, находящуюся в равновесии вдоль пограничной кривой, то она будет на данной участке конгруэнтное, а если не пересекает то инконтруэнтое.

Вопросы

1. Как определяют пути кристаллизации при ликвации.

2. Каков характер пограничных кривых.

3. Каково правило температурного максимума?

Лекция № 30.

Тема : Применение правила рычага в трехкомпонентной системе. Системы

MgO-Al₂O₃- SiO₂, К₂O – Al₂O₃- SiO₂, Na₂O – CaO- SiO₂, Li₂O – Al₂O₃- SiO₂

1. Применение правила рычага в трехкомпонентной системе.

2. Системы MgO-Al₂O₃- SiO₂, К₂O – Al₂O₃- SiO₂, Na₂O – CaO- SiO₂, Li₂O – Al₂O₃- SiO₂

В трехкомпонентной диаграмме состояния возможны три типа задач с использованием правила рычага – определение количественного содержания фаз образовавшихся за весь путь кристаллизации при наличии в системе:

1. жидкой и одной твердой фазы;

2. жидкой и двух твердых фаз;

3. определение количественного соотношения твердых фаз, выделяющихся из расплава в данный момент кристаллизации.

1. Точка состава жидкой фазы находится в поле первичной кристаллизации какого – либо соединения. Пусть состав расплава М охлажден до температуры t ₂ при этом температура в равновесии будет находится жидкая фаза состава m и кристаллы АС выделившиеся в процессе охлаждения исходного расплава. В соответствии с правилом рычага содержание фаз за весь путь кристаллизации от t₁ – t₂ определяется из выражения:

Сод ж.фт =

Содержание крист АС=

2. Точка состава жидкой фазы находится на пограничной кривой. Путь кристаллизации того же расплава состава М продолжается до температуры t_3. При этой температуре в равновесии находится три фазы: жидкое состава точки n, лежащей на пограничной кривой и две твердые фазы – это кристаллы В и АС. Определяется путь кристаллизации от температуры t₁ – t₃ . Сначала определяется содержание жидкой и всей твердой фаз, суммарное содержание В+АС, а затем содержание В и АС в отдельности:

Содержание ж.ф.т =

Содержание АС+В=

Содержаниие АС в тв.фазе =

Содержаниие В в твф.=

3. Для определения количественного состава твердой фазы в момент кристаллизации нужно при заданной температуре и состава расплава провести касательную к точке на пограничной кривой, и продолжить ее до пересечения этой прямой соединительной прямой. Точка пересечения разделит соединительную линию на отрезки длины, которых будут характеризовать соотношение двух выделившихся при этом кристаллизацию двух твердых фаз:

Вопросы

1. В каких случаях применяют правило рычага?

2. Что вы знаете о диаграммах состояния MgO-Al₂O₃- SiO₂, К₂O – Al₂O₃- SiO₂, Na₂O – CaO- SiO₂, Li₂O – Al₂O₃- SiO₂