Фазовые диаграммы систем с промежуточными фазами

Хочу вам напомнить, о каких фазах идет речь. Прежде всего, они образуются как при полной, так и при ограниченной растворимости компонентов в жидком состоянии. Обычно их образуют компоненты, которые располагаются в разных подгруппах ПС Мен., т.е. отличаются один от другого электронным строением атомов и физико-химическими свойствами. Элементы – аналоги, как правило, промежуточных фаз не образуют.

1. Упорядоченные твердые растворы. Основные факторы образования упорядоченных растворов – размерный и электронно-химический. По своим свойствам близки к химическим соединениям.

2. Электронные соединения (фазы Юм-Розери). Промежуточные фазы устойчивость которых зависит от того, насколько электронная концентрация е/а близка к определенным значениям, получили названия электронных соединений. Это фазы переменного состава, имеющие сравнительно большие области гомогенности. Условно хим. состав этих фаз описывается формулами, отвечающими е/а = 3/2, 21/13, 7/4.

3. Фазы Лавеса – стехиометрический состав описывается формулой АВ₂. Устойчивость кристаллической структуры фаз определяется в значительной степени размерным (объемным) фактором. Отношение атомных радиусов для этих фаз R_A / R_B  1,2. Решетка ГЦК (MgCu₂, MoZr₂) или ГП (MgZn₂, MoZr₂).

Узкие области гомогенности, некоторые из них могут претерпевать полиморфные превращения.

4. Фазы внедрения образуют переходные металлы с неметаллами. Это фазы переменного состава, описываются стехиометрической формулой МеХ, Ме₂Х, Ме₄Х и т.д. Кристаллическую структуру фаз определяет размерный фактор.

При соотношении R_x/ R_m  0,59 почти всегда простые кристаллические решетки ( ОЦК, ГЦК, ГП). Если R_x/ R_m 0,59 –сложная решетка с большим числом атомов в ячейке.

5.Сигма фазы. Образуются при взаимодействии переходных металлов VA – VIA подгрупп с металлами VIIA – VIII групп. Ряд исследователей относят  -фазы к электронным соединениям - е/а  7- (атомные радиусы металлов, образующих эти фазы отличаются не более чем на 8%). Тетрагональная решетка с 30 атомами в элементарной ячейке. Стехиометрическая формула АВ (FeCr, FeV), но многие из них имеют широкий интервал гомогенности. Некоторые  -фазы устойчивы в ограниченном интервале температур и распадаются на смесь, состоящую из другой промежуточной фазы и граничного раствора на основе переходного металла.

Дс систем с конгруэнтно плавящимися фазами

Промежуточные фазы, при плавлении которых составы твердой и жидкой фазы совпадают, называются конгруэнтно плавящимися фазами (конгруэнтный лат. – совпадающий, соответствующий).

Возможны три варианта:

• Промежуточная фаза – химическое соединение А_mB_n (постоянного состава) и граничные растворы имеют узкие области гомогенности (Рис 28 а). Обычно, такие ДС характерны для систем образованных металлами с неметаллами, а промежуточная фаза представляет собой химическое соединение с нормальной валентностью или полупроводниковую фазу.

• Для конгруэнтно плавящейся фазы характерны сравнительно широкие области граничных -  - растворов и растворимость компонентов А и В в химическом соединении А_mB_n , лежащем в основе -фазы. В результате промежуточная -фаза имеет переменный состав (рис 28б). В заштрихованной области образуются соединения на основе химического соединения. (Рия28.б).Сплавы расположенные в -области левее ординаты , представляют собой твердые растворы компонента А . Т.о., в пределах -области левее этой ординаты, сплавы этой области…….

Очевидно, все твердые растворы в области гомогенности промежуточной -фазы являются ненасыщенными. Это показывают соответственные линии сольвусов.

• Область -растворов располагается только слева от ординаты соединения (рис.28в). Обычно такие области имеют фазы внедрения. В данном случае промежуточная -фаза представляет собой твердый раствор вычитания металлического компонента А и соединения А_mB_n. При образовании такого раствора наблюдается избыток атомов металлического компонента А в соединении А_mB_n. При образовании такого раствора наблюдается избыток атомов компонента А по сравнению со стехиометрическим со ставом за счет образования вакансий в подрешетке неметаллического компонента В в соединении А_mB_n.

Рис. 28

В рассмотренных диаграммах состояния конгоруэнтно плавящееся химическое соединение А_mB_n, выступает как самостоятельный компонент, для которого правило фаз записывается в виде С = 2 – Ф, т.е. как для однокомпонентной системы.

состоящие из двух или более простых диаграмм состояния.

Максимальную точку m¹ на кривых ликвидуса и солидуса (или только ликвилуса)тконгуруэнтно плавящихся промежуточных фаз называют дистректической точкой (трудноплавящейся, тугоплавкой, греч.) , а сами конгоруэнтно плавящиеся промежуточные фазы - фазами с открытым максимумом, т.е. максимумом образованным стабильными кристаллами ликвидуса и солидуса.

Как показывают исследования этих соединений, часто эти фазы более тугоплавки, чем образующие их компоненты.

Многие промежуточные фазы (Cu₂O, Cu₃H, Pb₃Ca) кристаллизуются в виде сильно разветвленных дендритов, ветви которых на плоскости металлографического шлифа выглядят как округлые или овальные включения . (рис 28а), Часто первичные кристаллы промежуточных фаз имеют резко очерченные граненые формы (CuSb, WC) (рис 20б), пластинчатые или игольчатые выделения, (рис 28, в). Граненые или пластинчатые формы свидетельствуют об их небольшом поверхностном натяжении.

Рис 29