Диаграмма состояния системы с эвтектикой системы с конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимися химическими соединениями. Правило рычага.

Если компоненты А и В могут образовать твердое химическое соединение АВ, плавящееся без разложения, то есть конгруэнтно, то на диаграмме состояния, приведенной на рис. 4, кривая ликвидуса образует максимум в точке С, когда состав кристаллической фазы совпадает с составом жидкой фазы. По обе стороны от нее находятся эвтектики Е и Е₁. Если состав системы находится между чистым компонентом А и химическим соединением АВ., то при эвтектической температуре t_Е расплав состава Х_Е сосуществует с кристаллами А и АВ. Если состав системы лежит между химическим соединением АВ и компонентом В, то при температуре, соответствующей эвтектической точкой Е₁, расплав состава Х_Е сосуществует с кристаллами АВ и В. Таким образом, рассматриваемая диаграмма состояния представляет собой сочетание двух диаграмм состояния с эвтектикой А-АВ и АВ-В.

Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного фигуративной точкой М и отвечающего составу конгруэнтно плавящегося химического соединения АВ. При этом составе число независимых компонентов равно единице, т.к. система может быть образована из одного химического соединения АВ. При температуре t_С из расплава выпадают кристаллы АВ (Ф=2) и число степеней свободы С=1+2-1=О, т.е. система безвариантная и кристаллизуется при постоянной температуре.

Твердое химическое соединение постоянного состава — это одна фаза, одна кристаллическая решетка, в которой частицы компонентов правильно чередуется, при чем соотношение между компонентами в кристаллической решетки повсюду одно и то же.

рис. 4

Диаграмма состояния системы с химическим соединением, плавящимся конгруэнтно

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы, на которой компоненты А и В могут образовать соединение АВ, плавящееся инконгруэнтной, т.е. с разложением, приведена на рис. 5. Инконгруэнтно плавящееся химическое соединение АВ устойчиво только ниже температуры t_C. Поэтому при малейшем повышении температуры выше t_С это твердое соединение распадается и образуется две фазы: кристаллы компонента В и расплав состава х (точка С).

При охлаждении расплава состава М в точке а₀, находящейся на линии ликвидуса СВ, начнется выделение кристаллов компонента В. В интервале температур между точками а₀ и b₀ система является двухфазной и одновариантной: С=3-2=1.

В точке b₀ при температуре t_С начнется и продолжается кристаллизация соединения АВ, состав которого соответствует х₂ (точка D). При этом в равновесии находятся три фазы: расплав, кристаллы АВ и В; причем число степеней свободы равно нулю: С=3-3=0, что указывает на постоянство температуры t_С, состава раствора х (точка С) и состава химического соединения х₂ (точка D).

Чтобы состав расплава не изменялся, одновременно с кристаллизацией АВ ранее выпавшие кристаллы В должны растворятся. Точка С называется перитектикой (или переходной), температура t_с-перитектической температурой и расплав-перитектическим расплавом. В перитектической точке, так же как и в эвтектической точке в равновесии находятся расплав и две твердые фазы. Однако процессы при охлаждении трехфазной системы существенно различаются. В эвтектической точке одновременно выпадают две твердые фазы, а в перитектической точке одна твердая фаза выпадает, а другая растворяется. На кривой охлаждения при перитектической температуре наблюдается горизонтальный участок (линия bb’ на рис. 5,6).

Процесс охлаждения в точке b₀ (рис. 5,а) заканчивается растворением всех ранее выпавших кристаллов В. Остается двухфазная система, состоящая из расплава и кристаллов АВ. Число степеней свободы С3-2=1. Температура при охлаждении двухфазной системы понижается и из расплава выпадают кристаллы АВ. При этом каждой температуре соответствует определенный состав расплавов (кривая СЕ). дальнейшее охлаждение расплава (фигуративные точки f₀, d₀, e₀) описывается диаграммой состояния А-АВ с эвтектикой.

Диаграмма состояния позволяет не только определить число равновесных фаза и их состав, но и соотношение между массами различных фаз при помощи так называемого правила рычага. Фигуративной точки f₀ соответствует система, содержащая х₀ вес.% компонента В. Эта система состоит из двух фаз: кристаллов АВ и расплава, в которых содержание компонента В составляет соответственно х₁ и х₂ вес.%. Общий материальный баланс можно представить в виде уравнения

m₀=m₁+m₂,

Где m₀ - масса всей системы; m₁ и m₂-масса кристаллов АВ и расплава соответственно.

m₂\m₁ = x_o – x₂\ x₂ - x_o

рис. 5