Системы, образующие неустойчивые химические соединения

Диаграмма плавкости веществ, образующих одно инконгруэнтно плавя­щееся химическое соединение C, приведена на рис. 21.3. Её можно рассматри­вать как два фрагмента обычных диаграмм с эвтектикой (рис. 3.6), сомкнутых по линии Cc ₀ П. На кривой ликвидуса этой диаграммы, кроме минимума в эвтектической точке Э, имеется перегиб в точке П, называемой перитектической точкой и отвечающей температуре разложения химического соединения T_П.

Существованию неустойчивого химического соединения в виде гомогенной однокомпонентной твердой фазы соответствует любая точка на ординате Cc ₀ при температуре ниже T_П. При температуре T_П кристаллы этого соединения разлагаются, образуя кристаллы вещества A и жидкую фазу перитектического состава. Таким образом, жидкая фаза перитектического состава, как и жидкая фаза эвтектического состава, находится в равновесии не с одной, а с двумя твердыми фазами. Отличие состоит в том, что обе кристаллические фазы обо­гащены относительно жидкой фазы перитектического состава одним и тем же компонентом, а относительно жидкой фазы эвтектического состава – либо од­ним, либо другим компонентом. Соответственно на нодах точки, отвечающие составам двух твердых фаз, расположены по одну сторону от перитектической точки и по разные стороны от эвтектической точки. Так, точки a_П и c ₀ на рис.21.3 расположены левее точки П, а точки c_Э и b_Э соответственно слева и справа от точки Э.

Если охлаждать жидкий расплав состава 1, 2 или 3 (рис. 21.3), то по достижении температуры, определяемой точкой пересечения каждой из вертикалей с ветвью a ₀ П линии ликвидуса (точки l ₁, l ₂ или l ₃), начнется – и будет продолжаться при дальнейшем охлаждении до температуры T_П – кристаллизация вещества А (наклонный пологий участок на кривых охлаждения 1–3). Точка, характеризующая состав жидкой фазы, будет при этом смещаться по линии ликвидуса в направлении точки П. Когда температура системы станет равной T_П, кристаллическое вещество А вступит в перитектическую реакцию с веществом В, содержащимся в жидкой фазе, в результате чего образуется химическое соединение С. Поскольку в системе при Т = Т_П сосуществуют одна жидкая и две твердых фазы (f = 3), то система нонвариантна: процессы разложения химического соединения при нагревании и образования химического соединения при охлаждении протекают при постоянной температуре T_П (горизонтальный участок на кривых охлаждения 1-3).

Рис. 21.3. Система, образующая неустойчивое химическое соединение.

Если исходное содержание компонентов A и B в расплаве точно соответствует составу этого химического соединения (состав 2), то в процессе перитектической реакции все ранее выпавшие кристаллы вещества B и вся жидкая фаза превратятся в химическое соединение. Далее будет охлаждаться твердая гомогенная однокомпонентная система – химическое соединение С.

Если исходный состав расплава обогащен, по сравнению с составом 2, компонентом A (состав 1), то после завершения перитектической реакции в системе, кроме кристаллов химического соединения, останутся избыточные кристаллы вещества A, и далее будет охлаждаться твердая гетерогенная двухкомпонентная система – смесь кристаллов химического соединения и кристал­лов вещества A.

Если исходный состав расплава обогащен, по сравнению с составом 2, компонентом B (состав 3), то после завершения перитектической реакции в системе, кроме кристаллов химического соединения, останется в избытке жидкая фаза перитектического состава. При дальнейшем охлаждении (в интервале температур от T_П до Т_Э) из расплава будет продолжаться кристаллизация химического соединения, а точка, характеризующая состав жидкой фазы, будет смещаться по линии ликвидуса в направлении точки Э, т. е. будут происходить процессы, подробно рассмотренные ранее при изучении простых диаграмм с эвтектикой. Поэтому на кривой охлаждения 3, кроме горизонтального участка при Т = T_П, появится второй горизонтальный участок при Т = Т _Э.

Область составов правее точки П можно рассматривать как обычную диа­грамму плавкости системы, компоненты которой C и B не растворяются друг в друге в кристаллическом состоянии, и поэтому подробно останавливаться на ее анализе нет необходимости.

Нет необходимости также рассматривать здесь более сложные, на первый взгляд, диаграммы фазовых равновесий других систем, используемых в технике. В конечном итоге, все они сводятся к различному сочетанию фрагментов простейших диаграмм, рассмотренных выше.