2.2.3 Диаграммы плавкости
2.2.3.1 Типы диаграмм плавкости. Основные понятия
Графические зависимости, отражающие характер изменения температуры системы во времени, называются кривыми охлаждения.
Фигуративная точка – любая точка на диаграмме, характеризующая состояние системы.
Нода (или коннода) – линия, соединяющая на диаграмме составы сопряженных фаз, находящихся в равновесии. Условиями равновесия являются равенство температур, давлений и химических потенциалов сосуществующих фаз.
Линия ликвидуса показывает зависимость температуры начала кристаллизации (или температуры конца плавления) от состава жидкой фазы или зависимость растворимости компонентов от температуры.
Линия солидуса описывает зависимость температуры конца кристаллизации (или температуры начала плавления) от состава твердой фазы.
Эвтектическая точка соответствует трехфазному равновесию, когда из расплава одновременно кристаллизуются две твердые фазы.
Перитектическая точка (перитектика) проявляется часто в виде перегиба на кривой ликвидуса, также соответствует равновесию трех фаз в случае, когда одна твердая фаза исчезает, а другая, наоборот, появляется (т.е. имеет место перекристаллизация).
Основные типы простейших диаграмм плавкости двухкомпонентных систем приведены на рисунке 2.23.
Диаграммы плавкости реальных систем, представленных ниже, взяты из базы данных ACerS-NIST Phase Equilibria Diagrams, Version 3.1 [10].
а
б
в
a
б
в
г
д
е
Рисунок 2.23 - Диаграммы плавкости системы, компоненты которой:
а – полностью не растворимы друг в друге и в жидком и в твердом состояниях;
б – неограниченно растворимы друг в друге в жидком и в твердом состояниях;
в – неограниченно растворимы в жидком и полностью не растворимы
друг в друге в твердом состояниях;
г - неограниченно растворимы друг в друге в жидком и ограниченно в твердом состоянии;
д – неограниченно растворимы в жидком, полностью не растворимы
друг в друге в твердом состояниях и
образуют между собой в твердом состоянии
химическое соединение, плавящееся без разложения;
е - неограниченно растворимы в жидком, полностью не растворимы
друг в друге в твердом состояниях и
образуют между собой в твердом состоянии
химическое соединение, плавящееся с разложением
Ниже представлено описание фазового состава характерных областей простейших диаграмм состояния.
2.2.3.2 Диаграмма плавкости, компоненты которой полностью не растворимы друг в друге и в жидком и в твердом состояниях
На диаграмме состояния данного типа (рисунок 2.24) можно выделить всего три области, ограниченные линиями, отвечающими температурам плавления чистых веществ A и B. На линии между областями I и II – линии ликвидуса – сосуществуют три фазы: кристаллы и расплав чистого компонента A и расплав B. На линии, разделяющей области II и III – линии солидуса – также находятся в равновесии три фазы: кристаллы и расплав чистого компонента B и кристаллы A. Все три области I, II и III являются гетерогенными. В них одновременно сосуществуют по две фазы (см. подписи к рисунку 2.24).
I
II
III
Tfus.А
Tfus.В
Области: I – двухфазный расплав A и B; II – расплав B и кристаллы A;
III – кристаллы A и B
Рисунок 2.24 - Диаграмма состояния А – B, компоненты которой полностью не растворимы друг в друге в жидком и твердом состояниях
.
При рассмотрении процесса охлаждения любого состава системы A- B первыми из расплава при достижении температуры кристаллизации Tfus.А начинают выпадать кристаллы A. После полного перехода компонента A из жидкой фазы в твердую, температура во всем температурном интервале области II монотонно понижается. По достижении линии Tfus.B начинается и при этой же температуре заканчивается осаждение кристаллов B. Ниже в области III в системе находится смесь двух видов кристаллов A и B.