С простой эвтектикой
Если вещества А и В неограниченно растворимы в жидком состоянии, не образуют химических соединений, не претерпевают полиморфных превращений и кристаллизуются из жидкости в виде чистых компонентов, то их кривые охлаждения и диаграммы состояния (плавкости) имеют вид, представленный на рис.2.
Системы, лежащие выше линий АЕ и ВЕ, дивариантны, так как здесь два компонента и одна жидкая фаза. Кривые АЕ и ВЕ называются кривыми ликвидуса. На этих кривых системы моновариантны. Прямая СD называется линией солидуса. В точке пересечения кривых ликвидуса Е оба твердых компонента находятся в равновесии с жидким расплавом состава, отвечающего точке Е.
Рис. 2. Диаграмма плавкости неизоморфной
бинарной смеси
|
Ниже температуры точки Е (ниже линии СD) могут существовать только смеси твердых компонентов. Среди всех сочетаний компонентов А и В расплав состава, отвечающего точке Е, имеет наиболее низкую температуру кристаллизации. Точка Е называется эвтектической, а отвечающая ей смесь кристаллов А и В - эвтектической смесью или эвтектикой.
Эвтектика – состав из двух (или нескольких) компонентов, имеющий определенную характерную структуру, образующий при плавлении расплав, насыщенный относительно всех входящих в него компонентов.
Составные части эвтектики хорошо видны под микроскопом и могут быть отделены друг от друга механическим путем или с помощью растворителей.
В эвтектической точке Е и по всей линии СD (кроме крайних точек) система инвариантна, здесь три фазы: две твердые (А и В) и одна жидкая (эвтектического состава). Область, лежащая ниже эвтектической температуры, отвечает твердым смесям кристаллов А и В, причем область АСЕG - смесям кристаллов А + эвтектика, область EDHG - смесям кристаллов В + эвтектика. Системы удовлетворяют условиям равновесия между фазой из чистого компонента и фазой раствора (рис.2).
Рассмотрим процессы охлаждения некоторых смесей и чистых компонентов.
Точка 1. Система выше точки А одновариантна, происходит непрерывное понижение температуры по закону Ньютона:
dT/dt = K (Тсис - Токр. ср.).
Появление в точке А твердой фазы делает систему инвариантной. Это отвечает температурной остановке, затем идет опять охлаждение по закону Ньютона; так же ведет себя система, определяемая точкой 9.
Точка 2. Система выше точки Г двухвариантна, т.е. для характеристики подобной системы необходимо фиксировать температуру и состав. В точке Г начинается кристаллизация вещества А. Выделение теплоты кристаллизации замедляет охлаждение системы. По мере увеличения количества твердого вещества А расплав обогащается веществом В, вследствие чего температура кристаллизации непрерывно понижается. Соотношение между количествами твердой и жидкой фаз определяется по правилу рычага. Поскольку с момента образования твердой фазы система стала одновариантной, то между температурой и составом насыщенных растворов будет существовать зависимость, которая и выражается кривой АЕ. Следовательно, отмечая температуру начала кристаллизации, тем самым устанавливают состав; наоборот, каждому составу отвечает единственная температура равновесия твердое вещество А - расплав. По достижении температуры эвтектики расплав будет насыщен обоими веществами; появляется новая фаза - твердое вещество В, и система становится инвариантной. При температуре эвтектики оба вещества выпадают в соотношении, отвечающем составу оставшейся жидкости, поэтому жидкость кристаллизуется без изменения состава. Кристаллизация эвтектического расплава изменяет состав твердой массы, так как последняя пополняется не только веществом А, но и веществом В. При исчезновении последней капли жидкости состав твердой массы совпадает с составом исходного расплава. После этого температура начинает падать, так как с исчезновением жидкости система становится одновариантной. Для точки 2 показаны процесс охлаждения, по линии ликвидуса - изменение состава жидкой фазы, по линии солидуса - изменение состава твердой массы. Твердая масса состоит из двух фаз: компонента А и компонента В. Для смеси 7 показан процесс нагревания.
Точка 4. Оба вещества будут кристаллизоваться одновременно, и длительность эвтектической остановки и тем самым величины горизонтального участка на кривой охлаждения будут максимальными.
Процессы охлаждения смесей, указанных точками 3, 5, 6, 7, 8, аналогичны процессу охлаждения смеси точки 2. В смеси состава точки 3 первоначально кристаллизуется компонент А; в смесях 5 - 8 - компонент В.
Экспериментальная часть
В данной работе следует ознакомиться с методам термического анлиза и микроструктуры, а также построением диаграммы плавкости системы, компоненты которой практически нерастворимы друг в друге в твердом состоянии.
Измерение температуры при работе с солевыми или металлическими сплавами (имеющие высокие температуры плавления) производится при помощи термопары, которая состоит из двух тонких металлических проволок, например медной и константановой, спаянных на конце и изолированных друг от друга фарфоровой трубкой. Термопару помещают в фарфоровый тигель с расплавом так, чтобы спай не касался дна тигля и присоединяют к электронному потенциометру ЭПП-09 (самописцу), позволяющему автоматически регистрировать кривые охлаждения.