Termodynamika materiálů Fázové diagramy binárních systémů

Prezentace na téma: "Termodynamika materiálů Fázové diagramy binárních systémů"— Transkript prezentace:

1 Termodynamika materiálů Fázové diagramy binárních systémů
11. Fázové diagramy binárních systémů  Jindřich Leitner

2 Fázové diagramy binárních systémů
Gibbsovo fázové pravidlo Závislost Gibbsovy energie dvousložkového systému na složení Diagramy G-xA a T-xA (společné tečny) Úplná mísitelnost (s) Omezená mísitelnost (s) Nemísitelnost (s) Základní typy FD binárních systémů

3 Gibbsovo fázové pravidlo
Dvousložkový systém, N = 2 (nezávislé složky A a B) V rovnováze koexistuje F fází Proměnné: Molární zlomky xA v každé fázi (celkem F ) Teplota a tlak (celkem 2) Podmínky rovnováhy: Rovnost chemických potenciálů (celkem 2 (F – 1)) Počet stupňů volnosti: v = F + 2 – 2(F – 1) = 4 – F Maximální počet koexistujících fází: Fmax = 4 (v = 0) Fmax[p] = 3 (v = 1) Fmax[p,T ] = 2 (v = 2)

4 Pákové pravidlo (binární systém)
POZOR na sloučeniny !!!

5 Systém A-B, složení xA, xB
Závislost Gibbsovy energie na složení (binární substituční roztok – úplná mísitelnost) Systém A-B, složení xA, xB G(A) = -10 kJ/mol, G(B) = -20 kJ/mol, T = 2000 K,  = 50 kJ/mol

6 Systém A-B, složení xA, xB
Závislost Gibbsovy energie na složení (binární substituční roztok – omezená mísitelnost) Systém A-B, složení xA, xB G(A) = -10 kJ/mol, G(B) = -20 kJ/mol, T = 2000 K,  = 50 kJ/mol

7 Diagramy G –xA a T –xA Úplná mísitelnost v (l) i (s) fázi
liquidus solidus G(A) = -10 kJ/mol, G(B) = -20 kJ/mol, T = 1500 K, ideální chování obou fází HF(A) = 90 kJ/mol, TF(A) = 1800 K, HF(B) = 70 kJ/mol, TF(B) = 1400 K

8 Úplná mísitelnost v kapalném i pevném stavu

9 Úplná mísitelnost v kapalném i pevném stavu - společné minimum

10 Úplná mísitelnost v kapalném stavu - omezená mísitelnost v pevném stavu

11 Diagramy G –xA a T –xA Omezená mísitelnost v (s) fázi – eutektická přeměna
G(A) = -10 kJ/mol, G(B) = -20 kJ/mol, T = 1500 K, ideální chování obou fází HF(A) = 90 kJ/mol, TF(A) = 1800 K, HF(B) = 70 kJ/mol, TF(B) = 1400 K

12 Omezená mísitelnost v pevném stavu - eutektická přeměna (1)
Eutektická reakce L  S1 + S2

13 Omezená mísitelnost v pevném stavu - eutektická přeměna (2)

14 Diagramy G –xA a T –xA Omezená mísitelnost v (s) fázi – peritektická přeměna
G(A) = -10 kJ/mol, G(B) = -20 kJ/mol, T = 1500 K, ideální chování obou fází HF(A) = 90 kJ/mol, TF(A) = 1800 K, HF(B) = 70 kJ/mol, TF(B) = 1400 K

15 Omezená mísitelnost v pevném stavu - peritektická přeměna (1)
Peritektická reakce L + S2  S1

16 Omezená mísitelnost v pevném stavu - peritektická přeměna (2)

17 Omezená mísitelnost v kapalném stavu - monotektická přeměna
Monotektická reakce L1  S + L2

18 Více strukturních modifikací – polymorfie, alotropie
BCC BCC HCP HCP FCC FCC BCC HCP

19 Eutektoidní přeměna

20 Peritektoidní přeměna

21 Monotektoidní přeměna

22 Tvorba stechiometrických sloučenin

23 Tvorba stechiometrických sloučenin

24 Tvorba stechiometrických sloučenin

25 Tvorba stechiometrických sloučenin

26 Tvorba nestechiometrických intermediálních fází

27 Invariantní reakce (přeměny)

28 Literatura Bergeron C.G., Risbud S.H.: Introduction to Phase Equilibria in Ceramics, ACerS, 1984. Levin E.M. et al.: Phase Diagrams for Ceramists, ACerS, … Massalski T.B. et al.: Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd.Ed., ASM 1990. Predel B.: Phase Equilibria of Binary Alloys (CD), Springer, Berlin-Heidelberg 2003.