材料科学基础 10相图-3.ppt

1 固溶体的自由能一成分曲线 A、B两组元相互作用参数的不同，导致自由能—成分曲线的差异，其物理意义为： 由式 可知 A-B对的能量低于A-A和B-B对的平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时混合焓Δ Hm＜0。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 1 固溶体的自由能一成分曲线 由式 可知 表明A-B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量，组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时混合焓Δ Hm=0 。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 1 固溶体的自由能一成分曲线 由式 可知 表明A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着A-B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时Δ Hm大于0 。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 2 多项平衡的公切线原理 在任意一相的吉布斯自由能—成分曲线上每一点的切线，其两端分别与纵坐标相截，与A组元的截距表示A组元在固溶体成分为切点成分时的化学势μA；而与B组元的截距表示B组元在固溶体成分为切点成分时的化学势μB。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 2 多项平衡的公切线原理 在二元系中，当两相(例如为固相α和固相β)平衡时，热力学条件为 即两组元分别在两相中的化学势相等，因此，两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定，如图所示。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 2 多项平衡的公切线原理 由图可知 式中， ＝1，根据上述相平衡条件，可得两者切线斜率相等。其切点所示的成分分别表示α、β两相平衡的成分，切线与A，B组元轴相交的截距就是A，B组元在该条件下的化学势。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 2 多项平衡的公切线原理 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 3 混合物的自由能和杠杆法则 设由A，B两组元所形成的α和β两相，它们物质的量和摩尔吉布斯自由能分别为n1摩尔，n2摩尔和Gm1，Gm2。又设α和β两相中含B组元的摩尔分数分别为x1和x2，则混合物中B组元的摩尔分数为 而混合物的摩尔吉布斯自由能为 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 3 混合物的自由能和杠杆法则 由上两式可得 上式表明，混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应和两组成相α和β的摩尔吉布斯自由能Gm1和Gm2在同一直线上，并且x位于xl和x2之间。该直线即为α相和β相平衡时的共切线，如图所示。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 3 混合物的自由能和杠杆法则 两平衡相共存时，多相的成分是切点所对应的成分x1和x2，即固定不变。此时，可导出： 上式称为杠杆法则，在和两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 4 从自由能—成分曲线推测相图 根据公切线原理可求出体系在某一温度下平衡相的成分。因此，根据二元系的不同温度下的自由能一成分曲线可画出二元系相图。 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 4 从自由能—成分曲线推测相图 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 4 从自由能—成分曲线推测相图 * 第2节 相图热力学的基本要点 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 第三节 纯晶体的凝固 6.3.4 晶体长大 形核之后，晶体长大，其涉及到长大的形态，长大方式和长大速率。形态常反映出凝固后晶体的性质，而长大方式决定了长大速率，也就是决定结晶动力学的重要因素。 * 第三节 纯晶体的凝固 1. 液—固界面的构造 6.3.4 晶体长大 * 第三节 纯晶体的凝固 1. 液—固界面的构造 经典理论认为，晶体长大的形态与液、固两相的界面结构有关。晶体的长大是通过液体中单个原子或若干个原子同时依附到晶体的表面上，并按照晶面原子排列的要求与晶体表面原子结合起来。按原子尺度，把相界面结构分为粗糙界面和光滑界面两类，如 图所示。 6.3.4 晶体长大 * 第三节 纯晶体的凝固 1. 液—固界面的构造 液、固两相截然