СИСТЕМА С ЭВТЕКТИКОЙ.

Одним из основных типов диаграмм состояния двухкомпонентных конденсированных систем является диаграмма состояния с эвтектикой. Такую диаграмму состояния дают компоненты А и В, которые в твердом виде не образуют между собой химическое соединение или твердый раствор. Диаграмма состояния рассматривается для расплава. Все сказанное справедливо также для раствора.

Температура плавления чистых компонентов А и В отличны т. t_А и t_В. Кривая t_А Е соответствует составу расплава; каждая точка на ней характеризует равновесие расплава с кристаллами вещества А, показывает растворимость вещества А в расплаве при данной температуре. Кривая t_В Е указывает состав расплава, который при соответствующей температуре находится в равновесии с кристаллами вещества В; каждая точка на кривой Т_ВЕ отражает растворимость вещества В в расплаве. Кривые t_AЕ и t_ВЕ называются линиями ликвидуса_.

Точка Е пересечения кривых t_AЕ и t_ВЕ показывает температуру и состав расплава, который одновременно находится в равновесии с кристаллами вещества А и вещества В. Точка Е называется эвтектической точкой.Расплав, соответствующий точке Е называется эвтектическим расплавом, а температура t_Е называется эвтектической температурой. Смесь кристаллов веществ А и В, которая одновременно выпадает при температуре t_Е , называется твердой эвтектикой. Твердая эвтектика состоит из двух твердых фаз (кристаллов А и В). Каждая точка на прямой FG показывает состав системы состоящей из расплава (т. Е), и двух твердых фаз: кристаллов А и В. Линия FG называется эвтектической прямой или линией солидуса.Ниже этой прямой жидкая фаза отсутствует. Линиями ликвидуса t_AЕ и t_ВЕ и солидуса FG диаграмма делится на четыре участка. Площадь выше линии ликвидуса t_AЕ и Еt_В – одна фаза (расплав (ж)). Остальные – три площади: t_AFE – расплав + крА; Т_ВGE – расплав + кр. В AF GB – смесь кристаллов А и В.

Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного фигуративной точкой М на диаграмме (см. рис. 3а). Фигуративной точкой называется любая точка на диаграмме, характеризующая температуру и состав системы в целом.

В точке М имеем двухвариантную систему Ф=1 и С=3-1=2, т.е. можно менять произвольно температуру и состав расплава (в определенных пределах), не меняет числа фаз.

При понижении температуры до точки а₀ (точнее до температуры немного ниже точки а₀) начинается выпадение первых кристаллов вещества А. При этом Ф=2 и С=3-2=1, т.е. имеем одновариантную систему. Это значит, что можно менять произвольно только температуру, а состав расплава при каждой температуре определяется кривой t_АЕ.

При дальнейшем охлаждении системы продолжается понижение температуры и выпадение кристаллов А из расплава. В результате расплав обогащается компонентом В. В фигуративной точке b₀ система продолжает оставаться двухфазной одновариантной. Для определения состава расплава проводим через точку b₀ горизонтальную линию b₂ b₁ которая называется коннодой. По точкам b₂ и b₁ определяют температуру и состав равновесных (сопряженных) фаз: точка в - состав твердой фазы (кристаллы А); точка b₁- состав расплава.

Кривая охлаждения на рис. 3,б в интервале температур между точками a и d опускается более полого, чем на участке Ма. Это объясняется тем, что при кристаллизации вещества А из расплава выделяется тепло, которое замедляет падение температуры. При дальнейшем охлаждении температура понижается до эвтектической температуры Е (см. рис. 3,а) и система достигает фигуративной точки d₀. При этом состав расплава в точке Е становится эвтектическим и начинается выпадение твердой эвтектики, т. е. смеси кристаллов А и В.

В точке d₀ (после выпадения первых кристаллов В) находятся в равновесии три фазы: одна жидкая и две твердые (Ф=3) и число степеней свободы равно С=3-3=0, т. е. в точке d₀ имеется безвариантная трехфазная двухкомпонентная система. Значение С=0 показывает, что три данные фазы могут находиться в равновесии только при вполне определенных условиях, когда температура равна эвтектической температуре Е, а раствор имеет эвтектический состав (точка Е). Ни температуру, ни состав расплава нельзя менять произвольно, не меняя числа фаз. Согласно закону фазового равновесия Гиббса кристаллизация эвтектики из раствора должна происходить при постоянной температуре. Кроме того, соотношение масс кристаллов А и В в выпадающей эвтектике должно быть таким же, как и весовое содержание веществ А и В в расплаве эвтектического состава.

Линия, показывающая изменение состава жилкой фазы от начала процесса охлаждения расплава до ее исчезновения, называется путем кристаллизации. На рис. 3, а путь кристаллизации при охлаждении расплава М изображается кривой Ма₀b₀Е.

 

рис. 3