1.4.11 Системы с образованием химических соединений (двухкомпонентные

системы, конгруэнтное плавление)

Диаграмма такого типа представлена а рис.14. Состав S отвечает составу

Рис. 14. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с образованием конгруэнтно плавящегося соединения. Пояснения в тексте.

некоторого соединения, имеющего определенную стехиометрию (соотношение компонентов А и В 1:2; 1:1; 2:1 или какое-то другое). Состав жидкости, отвечающей этому соединению, точно соответствует составу кристаллизующейся фазы – условие конгруэнтности. Левее и правее соединения система разбивается на две простые эвтектические, в которых кристаллизуются справа В и S, слева – S и А. Степень остроты (закругленности) максимума ликвидуса в области соединения определяется его большей или меньшей склонностью к диссоциации (разложению) в жидком состоянии при повышении температуры. На рисунке заштрихованы перевернутые треугольники Таммана, соответствующие кристаллизации эвтектик Е₁ и Е₂.

1.4.12 Системы с образованием химических соединений (двухкомпонентные

системы, инконгруэнтное плавление)

Диаграмма такого типа приведена на рис. 15. Соединение АВ₂ при нагревании разлагается без плавления на жидкость, обогащенную компонентом А (состав точки р₁), и твердую фазу В.

При охлаждении жидкости такого же стехиометрического состава (от точки «ж») при достижении линии ликвидуса начинают выделяться кристаллы В. По мере понижения температуры состав жидкости смещается по линии ликвидуса до точки излома р₁ (как при первых стадиях эвтектической кристаллизации). При этой температуре, которая называется температурой перитектики, происходит перитектическая реакция между жидкостью и кристаллами В, то есть идёт взаимодействие между составами р₁ расплава и р₂ (кристаллической фазы В). В результате этого взаимодействия образуются твердые кристаллы соединения АВ₂. С правой стороны от этого состава ниже температуры перитектики кристаллизуются эвтектические смеси А и АВ₂, слева – смеси АВ₂ и В.

Рис. 15. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с образованием инконгруэнтно плавящегося соединения. Пояснения в тексте.

1.4.13 Трёхкомпонентные системы (принципы изображения,

концентрационный треугольник Гиббса)

Для изображения трёхкомпонентных составов используется равносторонний треугольник, рассеченный сеткой линий, параллельных каждой из трёх сторон (треугольник Гиббса). На рис. 16 показано, что компоненты А, В, С находятся в его вершинах. Каждая сторона треугольника – это составы двухкомпонентной системы.

Линия, идущая по биссектрисе, соответствует всем составам с равным соотношением компонентов А и В.

Все составы, идущие по линии, параллельной противоположной к вершине стороне, содержат постоянную концентрацию того компонента, который стоит в вершине, против которого идёт эта сторона.

Например, на рисунке линии проведены так, что шаг в изменении состава равен 25%. Спускаясь от вершины С вниз, мы получаем первое пересечение с сеткой при составе, содержащем 75% С, 12.5% В и 12.5% А. Следующее пересечение соответствует составу с 50%С, 25%В и 25%А, и т.д. Обычно такие треугольники имеют более подробную сетку (через 5% и 1%).

Рис. 16. Концентрационный треугольник Гиббса.

Естественно, что для трёхкомпонентных систем откладывать величину свойства (например, температуру фазового равновесия) на плоскости уже невозможно. В трехмерном пространстве получается поверхность, напоминающая географический рельеф. На рис. 17 показан случай трёхкомпонентной эвтектики¹². В левой части рисунка – так, как это можно представить в пространстве. В правой части рисунка даны проекции линий эвтектической кристаллизации на плоскость треугольника. Это ложбины (или стоки) в пространственной картине, начинающиеся от составов двойных эвтектик е₁, е₂, е₃ и сходящиеся в точку кристаллизации тройной эвтектики Е.

Для представления о характере поверхности строят проекции линий изотермических сечений поверхностей на площадь концентрационного треугольника. На рис. 18 показаны такие проекции для поверхностей ликвидуса системы Zn-Sn-Cd¹³ по данным Лоренца и Пломбриджа (1913), соответствующие секущим плоскостям постоянной температуры с шагом 20º.

В практике материаловедения стекла мы столкнемся не только с диаграммами состояния, представляемыми таким образом, но и с диаграммами состав-свойство тройных систем. Например, при определении областей стеклообразования (областей составов, которые при охлаждении их расплавов образуют стёкла) строят концентрационные треугольники и очерчивают области этих составов. С использованием такого же приема изображают поверхности температур стеклования, и т.д. По внешнему виду такие графики напоминают географическую карту, на которой горы представлены линиями изовысот.

Состав четырёхкомпонентной системы выражается координатами точки в тетраэдре. Свойства такой системы изображаются также как и свойства тройной системы, но в основании диаграммы находятся выбранные сечения тетраэдра концентраций.

Рис. 17. Пространственная диаграмма состояния тройной системы с простой эвтектикой. См. текст.

Рис. 18. Проекции на плоскость концентрационного треугольника линий пересечения поверхности ликвидуса с плоскостями, соответствующими постоянным температурам (пример системы Zn-Sn-Cd). Е – тройная эвтектика.