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5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system课程教案、知识点、字幕

同学们好

我们知道二元系统相图横坐标是组成

纵坐标是温度

那么三元系统相图是什么样子的呢

上一个知识点

我们知道了三元系统相图组成

用等边三角形表示

那么加上温度这一参数作为纵坐标

相图就变成了立体状态图

但立体图不便于应用

实际使用的是它的平面投影图

立体状态图和平面投影图之间又是什么关系呢

现在我们来详细说明

以此作为分析其他复杂三元相图的基础

首先出来的这个是水平放置的浓度三角形

以它为底

以垂直于浓度三角形平面的纵坐标表示温度

这样形成了一个三方棱柱体

条棱边AA' BB' CC'

分别表示ABC三个单元系统

A'B C'是三个组分的熔点

三个侧面分别表示三个简单的二元系统相图

E1E2E3为相应的二元低共熔点

在二元系统相图中

C'E3C'E2都是C组分的液相线

在三元立体相图中发展为液相面

A和B的液相面也是从液相线发展而来

液相面同液相线一样

也是一个饱和曲面

如果有一个富C的三元高温熔体

冷却到C液相面上的温度

即开始对C饱和

析出C的晶体

液相面是二相平衡状态

三个液相面像三个花瓣

上方是高温熔体

为单相区

E2E'是液相面B和C的界线

所以同时对晶相 B和C饱和

是晶体B和C的共熔线

液相降温到液相线上

将同时析出B晶体和C晶体

同理

曲线E1E'E3E'

三个液相面

三条界线相交于E'点

E'点的液相同时对三个组分饱和

冷却时将同时析出ABC晶体

因此

E'点是系统的三元低共熔点

在E'点

系统处于四相平衡状态

自由度F=0

因而是一个三元无变量点

三元系统的立体状态图不便于实际应用

所以我们把立体图投影为平面图

液相面的投影称为初晶区

分别表示为

也就是说

即液相高温冷却碰到相应液相面

初始析出来的晶体分别是ABC

这个相图中

液相面界线投影为三条共熔线

三元低共熔点E'投影到平面上E点

投影图上箭头表示温度降低方向

专业相图为了能在平面投影图上表示温度

采取了截取等温线的方法

我们地理课上曾学过等高线

那么两者的原理是类似的

在相图的立体图上

每隔一定温度间隔

作平行于浓度三角形底面的等温截面

这些等温截面与液相面的交线就是等温线

然后将其投影到底面

并在投影线上标上相应的温度值

那么我们来看一个专业相图

可以看到等温线使相图变得很复杂

那么大家很容易理解

三角形顶点温度最高

离顶点愈远

其表示温度愈低

还可以看到

等温线有的地方密集

有的排布稀疏

回想等高线

那么同学们容易理解等温线愈密

表示液相面越陡峭

推导得出液相量随着温度的变化比较慢

我们先结合立体相图分析析晶路线

组成为M的M'高温熔体冷却

降温到达C的液相面

初始析出的晶体为C

以后分析平面相图时

就看系统组成位于哪一个初晶区

如在这个平面图中

系统组成点M位于C的初晶区

初始析出来的晶体就是C

再看立体图

液相点沿着C的液相面不断降温

但沿着液相面有无数条温度下降的路线

液相点是不是走哪条路线都可以呢

此时

需要在平面图中运用定比例规则来加以判断

当液相中只析出C晶体时

留在液相中的AB二组分的含量的比例

是不会改变的

根据定比例规则

液相组成必沿着平面投影图上

CM连线的延长线的方向变化

在立体图上

就是沿着C' D'这条线向下降温

当液相点到D'时

将同时析出C晶体和A晶体

液相点沿着D'E'界线

向三元低共熔点E'的方向变化

在投影图上

沿界线DE不断向E点变化

在此析晶过程中

由于固相中已不是纯C晶相

而是含有了不断增加的A晶体

因而固相点将离开C点向F点移动

当系统点到达E'点

投影图上到E点

固相点到达F点

按杠杆规则

三点必在同一条直线上

此时

从液相中开始同时析出CAB三种晶体

系统进入四相图状态

自由度为零

因而系统温度保持不变

液相点保持在E'点

投影图上在E点不变

在这个析晶过程中

固相点必离开F点

沿FE线向三角形内的M点运动

当固相点回到系统点M

意味着结束结晶

此时系统重新获得一个自由度

系统温度又可继续下降

最后获得的结晶产物为晶相ABC

这是以后我们要分析的平面投影图

只有平面图时

我们再分析一下M的析晶路线

首先系统组成点M在C的初晶区范围内

所以首先析出C

固相点在C点保持不动

运用背向规则

连接CM并延长

液相点走向D

到达BC的共熔线

同时析出B和C

液相点走向E

固相里有C有B

三点一线

固相点走向F

液相点到E点时

同时析出ABC三个晶体

四相共存

液相点不动

固相点从F向M走

当固相点和系统组成点重合时

意味着液相在E点消失

析晶结束

从上述析晶路程的讨论可以看出

按杠杆规则

原始配料组成点

液相组成点

和固相组成点

这三点任何时刻必须处于一条直线上

这就使我们能够在析晶的不同阶段

根据液相组成点或固相组成点的位置

反推另一相组成点的位置

同时

利用杠杆规则还可以计算

在某一温度下系统中的液相量和固相量

这次课

我们学习了简单三元系统的立体状态图和平面投影图

通过立体图的分析

了解了平面图中点线面含义及析晶路线

请同学们认真复习

为下次课较复杂相图的分析奠定基础

Fundamentals of Inorganic Materials Science课程列表:

1 Introduction

-Introduction

-introduction

-Test for chapter 1

2 Crystal Imperfection

-2.1 Type of defect

--2.1 Types of point defects

--2.1 Types of point defects

-2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

-2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

-2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

-Homework for chapter 2

-Test for chapter 2

3 Solid solution

-3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

-3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

-3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

-3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution

--Questions for crystal imperfection and solid solution

-Homework for chapter 3

-Test for chapter 3

4 Melt and glass

-4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

-4.2 The properties of the melt

--4.2.1 The properties of the melt_viscosity

--4.2.2 The properties of the melt_surface tension

--4.2 The properties of the melt

-4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

-4.4 The formation of glass

--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions

--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions

--4.4 The formation of glass

-4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

-4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

-4.7 Questions for melt and glass

--Questions for melt and glass

-Test for chapter 4

5 Phase equilibrium

-5.1 Phase equilibrium in silicate systems

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

-5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

-5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

-5.4 Binary diagrams

--5.4.1 Binary diagram with eutectic point

--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound

--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems

--5.4 Binary diagrams

-5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

-5.6 Ternary diagrams

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams

-5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

-5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

-5.9 Questions for phase equilibria

--Questions for phase equilibria

-Homework for chaper 5

-Test for chapter 5

6 Diffusion

-6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

-6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

-6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

-6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

-6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

-6.7 Questions for diffusion

--Questions for diffusion

-Homework for chaper 6

-Test for chapter 6

7 Solid state reactions

-7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

-7.2 Kinetic equation of solid state reaction

--7.2 Kinetic equation of solid state reaction

-7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

-Homeword for chapter 7

8 Phase transformation

-8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

-8.2 Crystallization

--8.2.1 Crystallization thermodynamics

--8.2.2 Crystallization kinetics

--8.2 Crystallization

-8.3 Phase Separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

-8.4 Questions for phase transformation

--Questions for phase transformation

-Test for chapter 8

9 Sintering

-9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

-9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

-9.3 Solid state sintering

--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer

--9.3.2 Diffusion mass transfer

--9.3 Solid state sintering

-9.4 Liquid phase sintering

--9.4.1 Flow mass transfer

--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer

--9.4 Liquid phase sintering

-9.5 Grain growth and secondary recrystallization

--9.5.1 Grain growth

--9.5.2 Secondary recrystallization

--9.5 Grain growth and secondary recrystallization

-9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

-9.7 Questions for sintering

--Questions for sintering

-Homework for chapter 9

-Test for chapter 9

5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system笔记与讨论

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