材料化学-材料化学热力学解析.ppt

背向规则 在三角形中任一混合物M，若从M中不断析出某一顶点的成分，则剩余物质的成分也不断改变（其余两组分相对含量不变），改变的途径在这个顶点和这个混合物的连线上，改变的方向背向顶点。 * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 杠杆规则 在三元系统中，一种混合物分解为两种物质（或两种物质合成为一种混合物）时，它们的组成点在一条直线上，它们的重量比与其它组成点之间的距离成反比。 * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 重心规则 一定温度下，在三元系统中若有三个物系M1、M2、M3合成新物系M，则物系M的组成点在连成的? M1M2M3之内，M点的位置称为重心位置。由相率可知f=1，T一定时，三个平衡相的成分是确定的。 * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 交叉位置规则 M点在? M1M2M3某一条边的外侧，且在另二条边的延长线范围内。这需要从物质M1+M2中取出一定量的M3才能得到混合物M，此规则称为交叉位置规则。 * M1+M2＝P M+M3＝P M1+M2＝M+M3 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 共轭位置规则 当新物质M的位置落在? M1M2M3的某一角之外，并在该顶角的两条边延长线包围的范围内，点M的位置便称为共轭位置。 要得到新物系M，需要从M3中取出一定量的M1和M2。 * 重心规则M1+M2+M=M3 M＝M3-( M1+M2) Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials （3）三元匀晶相图 三个组元不仅在液态完全互溶，形成均匀的液相，在固态也完全互溶形成单一的固溶体。 * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials 液相面 固相面 * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials A B C a a b b c c * Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials * 相图分析 三元匀晶相图中的熔体M冷却结晶过程示意图 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials * 投影图 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials * 等温截面图 T 共轭线： 两个相平衡时组成点的联结直线 Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials * 等组成截面图 K Chapter4 Chemical Thermodynamics of Materials * 当水温达到Tc=374.15℃，压力Pc＝22.129Mpa，即超临界状态时，出现一个饱和水和饱和蒸汽两相共存的区域，这时加热继续，汽水两相的温度不再上升，直至液态水全部蒸发完毕，干饱和蒸汽才继续升温成为过热蒸汽。 * ZrO2陶瓷相变增韧The transformation toughening of ZrO2 ceramics 相变增韧耐火材料增韧方法之一。由应力诱导相变造成一种耗能机制，从而产生显著的增韧效果。包括马氏体相变、铁弹性相变以及孪晶现象等。 相变增韧的典型范例是ZrO2增韧。ZrO2晶粒具有3种同质异构体，即立方晶相、四方晶相和单斜晶相。在通常情况 下，各相稳定存在的大致温度范围是：立方相大于2300℃，四方相大于1100℃，单斜相小于1100℃。当ZrO2分散在其他陶瓷基体中，在烧成温度 下，ZrO2颗粒一般以四方相存在。当冷却到某一温度时，即发生马氏体相变，转变成单斜Zr02，并伴随着一定的体积膨胀和晶粒形状的变化。但是当 ZrO2颗粒弥散在其他陶瓷基体中，使它受到周围基体的束缚时，它的相变也受到抑制，使它向低温方向移动。调整周围基体的性质，有可能使四方ZrO2保持 到室温。只有在基体受到外力作用，使基体对ZrO2颗粒的束缚作用松弛后，才触发了它向单斜相转变 （也就是应力诱导相变），从而达到相变增韧的效果。具体解释见下面两页slides. 采用ZrO2进行相变增韧的重要条件是保证材料中可相变的四方相有足够高的体积分数。还应考虑以下几点：(1)四方 ZrO2和基体间热膨胀系数之差尽可能小。(2)ZrO2在室温下保持四方相的临界晶粒尺寸随基质性质而变化。(3)高的相变驱动力(四方相一单斜相)， 如加入HfO2可以实现。(4)使颗粒尺寸分布变窄，颗粒间隔均匀。(5)基体有高的本征断裂韧性和高的弹性模量。