相图

图3–19 具有一个高温分解低温稳定二元化合物的三元系统相图

该相图有3个三元无变量点P、E和R,但只能划分出与P(双升点)和E(低共熔点)2点相对应的2个副三角形ACS和BCS。与R点对应的3个晶相A、B和S的组成点同处在直线ASB上,不能形成一个相应的副三角形。根据三角形规则可判知,在此相图内的任一个三元配料,其结晶只能在P点或E点结束,而不能在R点结束。由此可推知,在无变量点R所进行的4相平衡过程中,液相仅起到介质的作用,而不发生量的变化,所以R是一种过渡点。从相图可知,离开R点,2条界线(RE和RP)的温度下降,1条界线(Re3)的温度上升,所以R点具有双降点的形式,一般称R点为双降形式的过渡点。冷却结晶时,在R点发生的过程为

(3–7)

即冷却结晶时,在TR温度时,A和B 两固相在液相介质中化合生成固相S。显然这也是一种双转熔过程[7, 11, 20],只是在这过程中,液相仅起介质作用,不存在着液相消失、结晶结束的情况。

图3–19标出了组成为M的熔体冷却结晶过程中,液相和总固相组成点的变化路线。熔体M冷却到结晶温度时,首先析出晶相A。液相组成点到达e3R界线上时,A和B两

晶相同时析出。当液相组成点刚到达R点时,总固相组成点落在RM与AB联线的交点D上,此时开始发生上述的双转熔过程。由式(3–7)可知,这一过程不管进行到什么程度,总固相组成点总是停在D不动。在温度刚到达TR和刚离开TR的两个瞬时之间的整个过程中,系统的液相量和总固相量是不变的。既然R不可能是结晶结束点,由式(3–7)可分析出,双转熔过程的结果至少会有1个固相消失。由于新生成的固相S所含的A多于总固相组成点D所含的A,这意味着双转熔过程的结果必然是A先耗尽。此外,还可从A、B、D和S这4点的几何关系来分析。由于双转熔过程造成的固相产物组成点在S点处,总固相组成点停留在D点不动,如果是A相先消失,反应物B过剩,则B+S=D,符合杠杆规则;若是B先消失而A过剩,显然不符合杠杆规则,因为A+S≠D。A消失的结果,系统获得1个自由度,液相组成点沿着B和S两晶相所对应的界线RE变化,结晶结束于E点,结晶产物为B、C和S 共3种晶相。

图3–20 具有一个高温稳定低温分解二元化合物的三元系统相图

五、具有一个高温稳定低温分解二元化合物的三元系统相图

图3–20表示这类相图。与图3–19不同,二元化合物D(AMBN)的组成点落在其初晶区 D 范围内(包括边缘),具有高

温稳定、低温不稳定的特性。但双升点R所对应的A、B和D这3个晶相组成点的联线亦是一条直线,在R点也是发生化合物分解或形成的过程,液相也仅起介质作用,R也是过渡点。冷却结晶时,在R点发生的过程为

(3–8)

组成为M的熔体冷却结晶时,其液相和总固相组成点的变化路线已在图3–20中画出。在R点发生如式(3–8)所示的过程,其结果必然是D先消失,系统又获得1个自由度。于是液相组成离开R点沿RE界线变化,结晶结束在E点,结晶产物为A、B和C共3个晶相。系统加热时,在R点则发生相反的过程

(3–9)

六、具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图

如图3–21所示,在三元系统内有1个一致熔融三元化合物S(AMBNCQ),其组成点落在自己的初晶区 S 内,S点也是该三元化合物液相面的温度最高点。划分副三角形后,图3–21简化成3个最简单的具有一个低共熔点的三元系统。

图3–21 具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图

七、具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图

如图3–22(a)和(b)所示,在三元系统中,有1个不一致熔融三元化合物S(AMBNCQ),其组成点S落在其初晶区 S 之外。根据其中无变量点性质的不同,这类相图又有图3–22所示的(a)和(b)两种类型。

图3–22 生成一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图

 (a)有双升点的类型;(b)有双降点的类型

图3–22(a)为具有双升点的类型。划分副三角形后,相区界线上的温度下降方向如箭头所示。P点是对应于副三角形ABS的三元无变量点。离开P点界线的箭头方向说明P为双升点。根据重心规则可知,在P点进行的是单转熔过程LP+A?B+S,所以P点也称为单转熔点,并且不一定是结晶结束点,这和低共熔点不同。由联线规则可得出,m1点是PE2界线上的温度最高点。过S点作m1E2界线的切线,切点为F。用切线规则可判知,m1F为转熔线,其上发生的转熔过程为L+A?S,双箭头表示转熔线m1F温度下降的方向;FE2则为低共熔线,其上温度下降的方向用单箭头表示;F为转折点。此外,m1P也是条转熔线,也用双箭头标注。

图3–22(b)为具有双降点的类型。根据重心规则,在双降点R上进行的是双转熔过程LR+A+B?S,所以R也称为双转熔点。类似图3–22(a),图3–22(b)中界线RE1从转熔性质变为共熔性质时,也具有一个转折点,它实际上是过S点作RE1切线的切点H。 应该注意,图3–22中关于界线的共熔或转熔性质并不具有普遍规律,它仅反映了具体相图中具体的界线PE2或RE1的弯曲程度而已。

八、单组元有晶型转变的简单三元系统相图

设A–B–C为具有一个三元低共熔点E的简单三元系统,A组元有Aα和Aβ两种晶型,它们间的转变温度为tn,并且tn>tE,此处tE代表三元低共熔点的温度。该三元系统的相图可有下述三种情况。

(一)tn>te1,tn>te3

在这种情况下,晶型转变温度高于与组元A有关的两个二元低共熔点温度。具体

例子如图3–23(a)中的A–C二元系统。相图中的p1p2是晶型转变等温线,线上任一点既代表组成又代表Aα和Aβ间的转变温度tn,所以p1p2又称为转变曲线。A的初晶区 A 被

p1p2线分为两部分: Aα和Aβ。

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