Порядок рассмотрения трехкомпонентной диаграммы состояния конденсированной системы

1. Перечертить диаграмму, соблюдая топологию, в заданном масштабе.

2. Дать общую характеристику диаграммы.

3. Обозначить все поля диаграммы греческими или римскими цифрами.

4. Обозначить все значимые точки диаграммы: двойные и тройные эвтектики, двойные и тройные реакционные точки, точки химических соединений.

5. Вывести формулу химического соединения, если оно присутствует на диаграмме.

6. Указать фазовый состав всех полей диаграммы.

7. Указать процессы, протекающие на граничных линиях и в значимых точках диаграммы.

8. Построить развертки диаграммы по всем сторонам треугольника.

9. Показать направления падения температуры по сторонам треугольника и граничным линиям.

10. Показать пути кристаллизации для заданных фигуративных точек диаграммы.

11. Рассмотреть свойства систем, заданных соответствующими фигуративными точками

Типовые диаграммы состояния трехкомпонентных конденсированных систем

Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы без химических соединений и фазовых превращений

На диаграмме существует три поля, в которых происходит кристаллизация чистых компонентов диаграммы из равновесных жидких фаз. В каждом из полей диаграммы существует по две фазы: кристаллический компонент и равновесная с ним жидкость. По мере понижения температуры, от вершин треугольника к центру, жидкая фаза теряет один из компонентов и обогащается двумя другими. В любом поле диаграммы число степеней свободы равно двум.

Рис. 30. Диаграмма состояния трехкомпонентной конденсированной системы с одной тройной точкой эвтектики (а) и развертка к ней (б).

Области полей диаграммы ограничены линиями, называемыми граничными линиями, на которых происходит совместная кристаллизация двух компонентов соседних полей, т.е. на граничной линии в равновесии находятся три фазы и система обладает одной степенью свободы.

На сторонах треугольника показаны точки двойных эвтектик, в которых происходит совместная кристаллизация двух компонентов, по приведенным ниже уравнениям равновесий:

е₁: ;

е₂: ;

е₃: .

В центре концентрационного треугольника показана точка тройной эвтектики Е, в которой происходит завершение процесса кристаллизации по уравнению: . Температуре точки тройной эвтектики является самой низкой в системе.

Проследить тенденцию изменения температуры в пределах диаграммы помогают так называемые «развертки диаграммы», представляющие собой вид сбоку на объемную диаграмму состояния. Для обсуждаемой диаграммы все развертки будут идентичны и представляют собой простейшую двухкомпонентную диаграмму состояния (рис. 30-б). Развертку можно строить непосредственно на стороне диаграммы, а можно оформить в виде отдельного рисунка.

Анализ хода изотерм диаграммы и разверток диаграммы дает возможность показать направления падения температуры по сторонам и граничным линиям диаграммы: от вершин треугольника к точкам двойных эвтектик и далее к точке тройной эвтектики (рис. 30-а).

Кристаллизация системы заданного состава (фигуративная точка 1 на диаграмме рис. 30-а) протекает по направляющей от «хозяина поля» в направлении общего снижения температуры: от точки по направляющей до граничной линии и по граничной линии по стрелке до точки тройной эвтектики.

Кристаллизация точки, расположенной на стороне треугольника (точка 2, рис. 30-а), протекает в направлении падения температуры к точке двойной эвтектики и, далее, к точке тройной эвтектики.

Рис. 30. Иллюстрация к характеристике отдельных точек диаграммы

Характеристика отдельных фигуративных точек диаграммы

Точка 1

Состав жидкости по точке 1”; массовая доля фаз - по направляющей - нода от А до 1’.

Точка 1’. Состав жидкости – по точке Е.

Нода от Е через 1’ к стороне АВ. На рисунке – луч от Е к точке 1”. Числа – по стороне «В»

Относительное количество кристаллов А и В определяется правилом рычага с использованием стороны треугольника АВ:

Массовая доля кристаллов А от общей массы твердой фазы определяется отрезком [B-1'']:

;

Тогда, если принять массу системы 100 г – 100 %, то масса твердой составляющей будет 48 г,

следовательно, масса кристаллов А

.

и их массовая доля от общей массы системы

Массовая доля кристаллов В определяется отрезком [1''-A]:

.

следовательно, масса кристаллов В

.

и их массовая доля от общей массы системы

Точка Е (для точки 1!!!!). Массовые доли компонентов в твердой фазе соответствуют составу точки 1 (общий состав при кристаллизации меняться не может; количество компонентов в смеси постоянно). Для жидкой фазы – эвтектическое равновесие.

Точка 2. Состоит и компонентов В и С. Кристаллизуется С. Состав жидкости – по е₂. Правило рычага применяют по стороне треугольника:

Точка е₂. Двухкомпонентная эвтектика.

Точка 3. Состав жидкости – по точке Е.

Правило рычага применяют по ноде от вершины В к Е: