Системы, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях

В таких системах при кристаллизации выделяются одновременно оба компонента, входящие в одну кристаллическую фазу – твердый раствор. Во время кристаллизации состав твердой фазы непрерывно меняется и эвтектика отсутствует. эвтектика представляет собой смесь веществ, имеющая минимальную температуру замерзания. Область I – гомогенная система – жидкий раствор (расплав); II – гетерогенная система, состоящая из жидкого раствора и твердого раствора; III – гомогенная система – твердый раствор. Линия CSm ₁ D соответствует температурам начала кристаллизации, а кривая Cr ₁ PD – температурам плавления твердых растворов. При охлаждении жидкого расплава, отвечающего точке m до температуры m ₁, начнется кристаллизация твердого раствора. Для того, чтобы найти состав его первой порции, необходимо из точки m ₁ провести горизонталь до линии плавления. Точкп пересечения Р отвечает составу твердого раствора Наоборот, если состояние системы определяется точкой r, она представляет собой твердый раствор. При нагревании его до температуры, соответствующей точке r ₁, начнется плавление. Чтобы найти состав начинающей образовываться жидкой фазы, проведем горизонталь до линии CSm ₁ D - точка пересечения S отвечает составу жидкого раствора. Если состояние системы характеризуется точкой, лежащей в области II, то состав равновесных фаз и их относительные количества можно найти так, как это было описано при рассмотрении предыдущих диаграмм.

Диаграмма плавкости бинарной металлической системы с образованием химического соединения. Анализ диаграммы по правилу фаз Гиббса-Коновалова. Понятие об интерметаллидах. Правило фаз Гиббса-Коновалова.

Сущность метода состоит в следующем. Берут вещество или смесь веществ и нагревают выше температуры плавления – получается гомогенная система. В жидкость погружают высокотемпературный термометр (или термопару), нагревание прекращают и через определенные промежутки времени фиксируют температуру. Строят график изменения температуры со временем, называемый кривой охлаждения.

Если это соединение термически устойчиво, то есть при плавлении не разлагается, то кривая его охлаждения подобна кривой охлаждения чистого вещества (рис. 2, а). Диаграмма состояния такой системы представлена на рис Точка F на диаграмме соответсвует температуре плавления химического соединения AmBn. Диаграмма состоит как бы из двух эвтектических диаграмм, подобных изображенной на рис. 1. Каждая из частей диаграммы имеет свою точку эвтектики. Точка E 1 отвечает эвтектической смеси, состоящей из кристаллов вещества А и химического соединения, а точка E 2 - эвтектической смеси химического соединения и компонента B. На диаграмме можно выделить следующие области:

I – гомогенная система, содержащая оба компонента в жидкой фазе;

II – гетерогенная система, состоящая из кристаллов А и жидкого раствора обоих компонентов;

III, IV – гетерогенные системы, состоящие из кристаллов химического соединения и жидкого раствора;

V – гетерогенная система – кристаллы компонента В и раствор;

VI – твердая эвтектическая смесь, содержащая кристаллы А и химического соединения и избыток кристаллов А;

VII - твердая эвтектическая смесь AmBn с А и избыток кристаллов AmBn;

VIII - твердая эвтектическая смесь, содержащая кристаллы химического соединения и компонента В и избыток кристаллов химического соединения;IX – та же смесь и избыток кристаллов компонента В.При охлаждении жидкого раствора, состав которого определяется точкой m, при температуре, определяемой точкой m 1, начнется кристаллизация вещества А. Если же взять смесь r, то при понижении температуры до r 1 начнут выпадать кристаллы химического соединения.

Число степеней свободы в точке F равно нулю, так как для этой точки существует математическое уравнение, связывающее концентрации компонентов, а именно: на m моль А приходится n моль В, и число независимых компонентов равно 1. Тогда: с = 1 – 2 + 1 = 0. Таким образом, на данной диаграмме имеется 5 точек, соответсвующих нонвариантным системам: это точки C, D, E 1, E 2, F.

При благоприятных условиях в металлических системах образуются фазы с определённым стехиометрическим соотношением компонентов. Они получили название интерметаллических соединений

Состав таких соединений весьма разнообразен, но определяется он в основном указанными выше двумя причинами - размером атомов, характером и числом электронов в зоне проводимости. Например если радиус атома А в 1,26 раза больше радиуса атома В, то объём атома А будет в 2 раза больше, чем В. В этом случае в кристаллической решётке металла атом В займёт одно место, а атом А - два. Соотношение атомов будет АВ ₂. Фазы, образующиеся по такому принципу, называются фазами Лавеса. Типичным примером такой фазы может служить соединение MgCu ₂.

Сплавы. Понятие о физико-химическом анализе. Термический анализ. Кривые охлаждения. Диаграмма состояния бинарной металлической системы с образованием эвтектики. Анализ диаграммы по правилу фаз Гиббса-Коновалова.

Твёрдые многокомпонентные металлические системы получили название сплавов.

Диаграммы состояния систем твердое тело – жидкость строят на основании результатов термического анализа. Сущность метода состоит в следующем. Берут вещество или смесь веществ и нагревают выше температуры плавления – получается гомогенная система. В жидкость погружают высокотемпературный термометр (или термопару), нагревание прекращают и через определенные промежутки времени фиксируют температуру. Строят график изменения температуры со временем, называемый кривой охлаждения.