Состав сопряженных фаз. Нода

Рассмотрим на примере системы, состоящей из веществ, неограниченно растворимых в жидком и не растворимых друг в друге в твердом состоянии, как происходит перераспределение компонентов между фазами в процессе изменения температуры системы (рис. 3.7).

Если фигуративная точка, описывающая состояние системы в целом, находится в зоне I (например, точка k₁), то она действительно характеризует состав гомогенной жидкой фазы при данной температуре. Если же фигуративная точка находится в зоне равновесного сосуществования двух фаз (например, точка k₂ или k₃), то она указывает лишь, каково соотношение масс компонентов A и B в системе в целом, а не каков состав сопряженных (равновесных между собой) фаз. Чтобы определить состав каждой из равновесных фаз при заданной температуре (T = const), через фигуративную точку следует провести в пределах данной гетерогенной зоны соединительную прямую, называемую нодой (коннодой), параллельную оси абсцисс (нода не может проходить через гомогенные зоны или пересекать линии, разграничивающие различные гетерогенные зоны.). Точка, принадлежащая одновременно и ноде, и линии ликвидуса, характеризует состав жидкой фазы, а точка, принадлежащая и ноде, и линии солидуса, - состав твердой фазы.

Если охлаждать гомогенную жидкую систему, исходное состояние которой характеризуется точкой k₁ (рис. 3.7), то сначала при охлаждении происходит понижение температуры расплава без изменения числа фаз. При температуре, соответствующей точке пересечения перпендикуляра с линией ликвидуса (точка l₁), начнется кристаллизация из расплава, состав которого определяется точкой l₁.

Другой конец ноды l₁s₁ — точка s₁ — показывает состав первого выпадающего кристалла (в данном случае это кристалл чистого компонента A). Выделившиеся кристаллы не претерпевают затем никаких изменений, и даже полное или частичное удаление их из системы нисколько не влияет на ход дальнейшей кристаллизации. При дальнейшем понижении температуры относительное содержание вещества B в жидкой фазе будет увеличиваться вследствие перехода вещества A в твердую фазу, и состав жидкой фазы будет изменяться по линии ликвидуса (от l₁ до Э). При достижении температуры T_Э состав жидкой фазы будет отвечать эвтектическому составу (точка Э) и, как показывает нода a_Эb_Э, наряду с кристаллами чистого компонента A из расплава начнут выпадать кристаллы компонента B.

Когда исчезнет последняя капля жидкости, в системе останутся только две твердые фазы - кристаллы вещества A и кристаллы вещества В (нода, проведенная через фигуративную точку k₃, общих точек с линией ликвидуса не имеет).

Если же рассматривать процесс охлаждения расплава, в котором содержание компонента B выше, чем в эвтектической смеси, то он будет отличаться от уже описанного только тем, что в период от момента выпадения первого кристалла до достижения температуры T_Э в этом случае из расплава кристаллизуется чистое вещество B, а не А.

Таким образом, в системах, способных образовывать эвтектику, из расплава первыми выпадают кристаллы компонента, находящегося в расплаве в избытке по сравнению с эвтектическим составом. Кристаллизация всегда заканчивается при вполне определенной эвтектической температуре T_Э и при эвтектическом составе последней капли жидкой фазы (точка Э).

При температуре T_Э из расплава одновременно выпадают кристаллы обоих веществ в виде мелкокристаллической смеси. Благодаря своим особым механическим свойствам, обусловленным этой мелкокристаллической структурой (а также благодаря своей легкоплавкости), системы эвтектического состава находят широкое применение в технике.

При нагревании микрогетерогенной смеси кристаллов A и B с любым соотношением веществ A и B плавление начинается также при эвтектической температуре, а первая капля жидкой фазы, независимо от состава исходной смеси, имеет эвтектический состав.