三元相图中零变点的化学平衡反应探究

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：在相图的手册中，常常用相当大的篇幅给出零变点的化学平衡反应方程式，本书中则完全删去了，不是这些反应方程式不重要，而是根据本节的叙述，可以很容易自行写出。图4.51 三元系中一个液相和三个固相平衡时零变点的类型图4.51a是低共熔型，低共熔点的特征符号是E。图4-178 “元件创建”对话框图4.52 AgCuSn三元系相图零变点化学反应分析的实例图中每一块面积中标示有化合物符号，紧跟符号后面括弧内的希腊字母是这个化合物的代号，没有特别的意思。

在相图的手册中，常常用相当大的篇幅给出零变点的化学平衡反应方程式，本书中则完全删去了，不是这些反应方程式不重要，而是根据本节的叙述，可以很容易自行写出。

在三元相图的投影图中，总是会看到有许多不同种类的“三叉点”。这些点由三条不同平衡性质的曲线汇聚而形成。每条曲线常常代表一个液相和两个固相平衡，有时也会出现代表两个液相和一个固相的平衡。总之是有三个相处于平衡。在三元系中，这些线的自由度为1，因此常称它们为“单变线”：

F=3（组元数）+1（恒压态）-3（相数）=1

而在汇聚的“三叉点”上则是由一个液相和三个固相的平衡，也有时会由两个液相和两个固相处在一个四相平衡的状态。这些点的自由度是0，因此又常称它们叫“零变点”。每一个零变点的温度和组成都是

固定不变的：

F=3（组元数）+1（恒压态）-3（相数）=0一个液相和三个固相平衡的图形可以分为

图4.51所示的几类。

图4.51 三元系中一个液相和三个固相平衡时零变点的类型

图4.51a是低共熔型，低共熔点的特征符号是E。三条二元低共熔线aE、bE和cE汇聚在低共熔点E。箭头方向表示温度的降低，所以低共熔点的温度最低。特征是三个箭头指向同一个低共熔点的“三聚”。图中圆圈中的大写英文字母是相应的固相。E点的化学反应是：

图4.51b是双转熔型，两条二元低共熔线温度降低聚于特征符号为U的单转熔点。然后沿着Ub继续下降，所以U点的温度不是最低的，带箭头曲线的特征是：“两聚一离”。U点的化学反应是：

图4.51c是单转熔型。单转点的特征符号为P。带箭头曲线的特征是：“一聚两离”。P点的化学反应的温度是不变的，是个等温过程。它的化学反应有两种写法：

反映P点化学反应刚刚开始时的状态。

随着P点化学反应不断恒温地进行，临近结束时的状态是：

在其他文献和手册中对P点的化学反应常可见到有这两种不同的描述方法。

最后还有一个极端的一个液相和三个固相平衡的类型是图4.40中的例子，它的化学反应是：

固体的新化合物V在冷却时分裂成一个液相和两个固相。

图4.52所示的AgCuSn三元系是一个同时具有多个E、U和P三种特征四相平衡点的典型体系，现用它作为实例进行分析。

图4.52 AgCuSn三元系相图零变点化学反应分析的实例

图中每一块面积中标示有化合物符号，紧跟符号后面括弧内的希腊字母是这个化合物的代号，没有特别的意思。带括弧的组元（Ag）、（Cu）和（Sn）表示是组元的固溶体，这些化合物或组元标示的面积分别是它们的液相限。或者说，组成位于这块面积内的合金，其高温液态合金冷却时，合金温度触到液相限时，其析出的“第一粒”合金就是标示的这个化合物或固溶体。每块液相限上嵌有百位温度数值的细曲线是相应温度的等温线。

图的右下角的E₁点显然是一个三元四相平衡的低共熔点，化学反应为：

U₁、U₂、U₃和U₄都是三元四相的双转熔点，它们的化学反应分别是：