Построение диаграмм равновесия двухкомпонентных систем

В специальной литературе [1] подробно рассмотрены статический и динамический методы построения диаграмм равновесия. Целью данного раздела является практический анализ кривых охлаждения бинарных систем и построения на его основе диаграмм равновесия. Следует напомнить читателю некоторые основы анализа кривых охлаждения.

Основными элементами кривых охлаждения являются точка перегиба и горизонтальная площадка.

Точка перегиба кривой охлаждения при постоянной скорости охлаждения появляется в том случае, когда изменяется скорость охлаждения. А это, в свою очередь, связано с началом протекания в системе процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами, имеющих, как правило, экзотермический характер при охлаждении системы. Дополнительное выделение тепла снижает скорость охлаждения системы и угол наклона (между кривой охлаждения и абсциссой графика) увеличивается.

Для бинарных систем изменение угла наклона кривой охлаждения связано, прежде всего, с началом кристаллизации одной фазы: компонента или химического соединения.

Горизонтальные площадки на кривых охлаждения бинарных систем появляются в случае достижения системой нонвариантного состояния: одновременного существования в системе трех фаз. Вспомним, какие процессы в бинарных системах приводят к этому состоянию. Это частные случаи однокомпонентных систем в составе бинарных:

· кристаллизация химического соединения, плавящегося конгруэнтно, когда исходный состав системы совпадает с составом химического соединения;

· кристаллизация расплава одного из компонентов, когда система содержит 100 %, одного из них.

Для бинарных составов:

· кристаллизация расплава эвтектического состава;

· разложение химического соединения, плавящегося инконгруэнтно, при температуре точки перитектики;

· ликвация в системе при температуре начала (окончания) процесса расслоения жидкости;

· полиморфные превращения кристаллических фаз;

· образование (разложение) химического соединения, разлагающегося в твердой фазе.

При постоянной скорости охлаждения длина горизонтальной площадки на кривой охлаждения зависит от количества фазы на момент начала процесса, определяющего этот процесс. Поясним это положение на примере. Если площадка на кривой охлаждения является следствием кристаллизации расплава эвтектического состава, то для исходного состава, совпадающего с эвтектическим, протяженность горизонтальной площадки будет максимальной. На этом простом правиле основан геометрический метод поиска точного местоположения некоторых элементов диаграмм, так называемый метод треугольника Таммана. На рис. 4 показаны примеры построения треугольников для перечисленных выше ситуаций.

Рис. 4. Элементы построения диаграмм двухкомпонентных систем: а – кристаллизация расплава эвтектического состава; б – образование химического соединения, плавящегося инконгруэнтно; в – ликвация; г – полиморфные превращения кристаллических фаз; д – образование химического соединения, разлагающегося в твердой фазе

Задача № 22. Объясните принцип построения треугольников Таммана на рис. 4, б, в.

Задача № 23. На основе анализа кривых охлаждения бинарных систем постройте диаграмму состояния (прил. 1, рис. 1).

Задача № 24. На основе анализа кривых охлаждения бинарных систем постройте диаграмму состояния (прил. 1, рис. 2).

Задача № 25. На основе анализа кривых охлаждения бинарных систем постройте диаграмму состояния (прил. 1, рис. 3).

При решении задач №23 – 25 обратите внимание на то, что для бинарных систем максимальная величина горизонтальной площадки составляет 15 мм.