Модуль 4 Лекция 20

ТД вывод основных типов диаграмм состояния с помощью кривых изобарно-изотермического потенциала. Системы с эвтектикой. Системы с неограниченной растворимостью компонентов. Правило рычага. Понятие о коэффициенте распределения. Зонная очистка металлов и полупроводников.

Вид диаграммы плавкости и ее анализ

Ликвидус и солидус делят диаграмму плавкости (см.рис. 3.6 b) на четыре зоны. Зона I (выше ликвидуса) является зоной жидкого состояния. В этой зоне, по условию, данная двухкомпонентная система гомогенна (f = 1) и, следовательно, обладает двумя степенями свободы (с = 2). В пределах этой зоны можно произвольно менять оба параметра - температуру и состав, не вызывая этим изменения числа и характера фаз, находящихся в равновесии.

Зона IV (ниже солидуса) является зоной твердого состояния. Поскольку, по условию, кристаллы компонентов A и B не растворяются друг в друге в твердом состоянии, то в результате кристаллизации из однофазной жидкой системы, содержащей компоненты А и B , образуется двухфазная твердая система — микрогетерогенная смесь кристаллов A и кристаллов B. Таким образом, в зоне IV система гетерогенна (f = 2) и, следовательно, обладает одной степенью свободы (с = 1): в пределах этой зоны можно произвольно изменять только температуру.

Зоны II и III (между ликвидусом и солидусом) являются зонами равновесного сосуществования двух фаз: жидкого расплава и кристаллов вещества A (зона II) или вещества B (зона III). В пределах этих зон, где k = 2 и f = 2, система обладает одной степенью свободы (с = 2+1–2 = 1) и можно произвольно изменять один параметр - или температуру, или состав жидкой фазы.

Чистое вещество в жидком или твердом состоянии при любой температуре, за исключением температуры плавления (кристаллизации), также обладает лишь одной степенью свободы (с = 1+1–1 = 1). В определенных пределах можно произвольно изменять один параметр - температуру системы, состоящей из одной фазы (жидкой или твердой).

При температуре плавления (кристаллизации) расплав чистого вещества (k = 1) находится в равновесии со своими кристаллами и система содержит две фазы - одну жидкую и одну твердую. Число степеней свободы в этом случае с = 1 + 1 – 2 = 0 (система нонвариантна). Это означает, что расплав и кристаллы чистого вещества могут сосуществовать в равновесии только при постоянной температуре - температуре фазового перехода. Поэтому при плавлении (кристаллизации) температура системы остается постоянной, а участок кривой охлаждения, соответствующий этому процессу, горизонтален.

Двухкомпонентная система (k = 2) является нонвариантной только лишь при температуре кристаллизации эвтектики (T_Э), при которой жидкая фаза эвтектического состава находится в равновесии и с кристаллами вещества A, и с кристаллами вещества B (f = 3, с = 2 + 1 – 3 = 0). Это означает, что для данной пары веществ при постоянном давлении кристаллизация эвтектики происходит при постоянной, строго определенной температуре и состав эвтектической смеси имеет строго определенное значение.

Таким образом, на диаграмме состояния системы с полной нерастворимостью компонентов друг в друге в кристаллическом состоянии только одна из четырех зон (I) является гомогенной, а зоны II—IV - гетерогенны (см. таблицу на рис. 3.6). Участки кривых охлаждения при с = 2 имеют наибольшую крутизну, при с = 1 идут более полого, а при с = 0 горизонтальны.