相平衡与相图-材料科学基础-05.pdf

第五章 相平衡与相图 相：材料科学中将材料中均匀而具有物理 特性的部分，并和体系其它部分有明 显界面的称为相。 相图：具体描述在平衡条件下材料的相平衡 态与成分和温度、压力等外部条件之 间关系的图解，又称状态图或平衡图。 第一节 相与相平衡 一.组元 通常指构成材料的最简单、最基本、可以独立 存在的物质。在一给定系统中，就是构成系统的各 种化学元素或化合物。 按照组元数目的不同，可将系统划分为一元 系，二元系，三元系和多元系。 二.相 系统中成分、结构相同，性能一致的均匀的组 成部分，不同相之间必须有界面分开，在相界面处 物质的性质发生突变。 气体物质一般只能是一个相：相平衡条件下， 不同气体可以任何比例均匀混合在一起。 相界面： 不同的相之间必然有界面将其截然分开，但 由界面分开的并不一定就是两个不同的相；在界 面两侧性质发生变化的是两个不同的相，它们之 间的界面称为相界面。 晶界： 同一种晶体相之间的界面称为晶界。 组织： 由各不同形貌及含量的相或组元所构成的微 观图像。 显微组织中如果是由成分、结构互不相同的几种 晶粒组成，则该组织就有几种不同的相；如果是由成 分、结构完全相同的晶粒组成，尽管晶粒与晶粒之间 有晶界分开，则仍为同一种相。 三.相平衡 1.平衡：各相的化学热力学平衡 各相的化学热力学平衡 2.相平衡条件 不含气相的材料系统，处于热力学平衡时：dG=0 多元系统的吉布斯自由能： G f T p n n ( ) , , , , 1 2 对其进行微分运算得 ⎛ ⎞ ∂G ⎛ ⎞ K ⎜ ⎟ dni ∂G ∂G ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ dG ⎜ ⎟ dT +⎜ ⎟ dp + ∂ni ∑⎝ ⎠ ⎜ ⎟ T p ,n , ∑ j ∂T ∂p ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ p n ,∑ i T n ,∑ i i 1 即 dG SdT Vdp dn − + + ∑μ , i i 式中：S V和 分别是系统的总熵和总体积； μ是组元i的偏摩尔自由能，也就是组元i的i 化学势，其代表系统内物质传递的驱动力。如果 每一个组元在所有各相中的化学势μ都相等，则 系统