《热力学与统计物理(imu) 之三一(10.1-2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学与统计物理(imu) 之三一(10.1-2)（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 铜亭（宝云阁）：铜亭是中国目前尚存的工艺最精致、 体量最大的铜铸品之一。建在佛香阁西侧的五方阁院中 一座高4米的汉白玉石座上始建于乾隆年间，高7.5米， 重207吨。四面有菱花扇。虽为铜制，但完全按照木构 架结构而做。东、南、西三面有门，门为四扇格扇门， 北面是八扇格扇窗。门窗格扇均有菱花格扇心，帘架 上部也有格扇心，所有格扇心均为内外二层。 铜亭（宝云阁）：铜亭是中国目前尚存的工艺最精致、 体量最大的铜铸品之一。建在佛香阁西侧的五方阁院中 一座高4米的汉白玉石座上始建于乾隆年间，高7.5米， 重207吨。四面有菱花扇。虽为铜制，但完全按照木构 架结构而做。东、南、西三面有门，门为四扇格扇
2、门， 北面是八扇格扇窗。门窗格扇均有菱花格扇心，帘架 上部也有格扇心，所有格扇心均为内外二层。 境自远尘皆入咏 物含妙理总堪寻 乾隆题 乾隆题 第十章 相变与临界现象第十章 相变与临界现象 Phase transitions and Critical PhenomenaPhase transitions and Critical Phenomena 前讨论过简单相变例子，水滴增大等问题 未章专门讨论相变特征，特别是临界点的问题 主要分析几个具体的相变问题，并简要讨论 临界点附近的性质，介绍临界现象初步知识 前讨论过简单相变例子，水滴增大等问题 未章专门讨论相变特征，特别是临界点的问题 主要分析
3、几个具体的相变问题，并简要讨论 临界点附近的性质，介绍临界现象初步知识 第十章 相变与临 界现象(1) 固溶体相图固溶体相图 范德瓦耳斯汽范德瓦耳斯汽液相变液相变 10.1 固溶体相图固溶体相图 Phase Diagrams of solid solutionsPhase Diagrams of solid solutions 分析典型的相图分析典型的相图二元合金相图， 讨论合金 二元合金相图， 讨论合金（固溶体）（固溶体）相变的特征相变的特征 固溶体固溶体 几种物质以原子形式互相渗合的固体几种物质以原子形式互相渗合的固体 (无化学反应、不是晶粒混合)(无化学反应、不是晶粒混合) 第十章 相变
4、与临 界现象(1) 第十章 相变与临 界现象(1) 无化学反应 不是晶粒混合 无化学反应 不是晶粒混合 2 += kf % 100 BA B mm m x + = 组元数组元数 k, 相数相数, 自由度数 f 二元单相系:二元单相系:自由度(独立变数数)自由度(独立变数数)f 3 质量百分比质量百分比 二维图、考虑定压二维图、考虑定压 变数为二个：变数为二个：T、x 描 述 参 量描 述 参 量 选三个强度量选三个强度量 T、p 和和or 质量比质量比 () BAB mmmx+= 相律相律 BA B NN N x + = 摩尔分数摩尔分数 第十章 相变与临 界现象(1) 2 无限固溶体无限固溶
5、体 两种金属可以任何比 例互相 两种金属可以任何比 例互相固溶固溶 晶格常数相接近晶格常数相接近 如：金（如：金（Au） 银（ ） 银（Ag） 合金合金 讨论两种极端讨论两种极端 完全不溶完全不溶固溶体 两种金属不能以任何 比例互相 固溶体 两种金属不能以任何 比例互相固溶固溶 晶格常数相去远晶格常数相去远 如：镉（如：镉（Cd） 铋（ ） 铋（Bi） 共晶共晶 第十章 相变与临 界现象(1) 1.无限固溶体1.无限固溶体 Infinite Solid SolutionInfinite Solid Solution 金（金（Au）银（）银（Ag）无限固溶）无限固溶 A Ag（银）（银） BAu
6、（金）（金） 合金可是液相合金可是液相 亦可是固相亦可是固相 % 100 BA B mm m x + = Au 质量百分比质量百分比 1 += kfp 已确定,少一变量已确定,少一变量 第十章 相变与临 界现象(1) toC Au熔点 熔点 P 相相1063 TQ Q Q + M O N TR RR 相 相 960.5 O xRx 50 xQ100 x A (Ag) B(Au) 两线中上面一条为液相线（结晶开始线），下 面一条为固相线（结晶终止线） 如图，凝固过程沿 两线中上面一条为液相线（结晶开始线），下 面一条为固相线（结晶终止线） 如图，凝固过程沿PQOR线完成线完成 B组分为组分为x的
7、金属熔液从的金属熔液从P P点冷却，温降至点冷却，温降至Q Q开始 凝出固相 开始 凝出固相Q Q，其B组分比，其B组分比x多多Q Q相的凝出使液相B组 分减少，液相线沿 相的凝出使液相B组 分减少，液相线沿QRQR左移，同时使液体的比例也减 少与此同时，固相增加，其B组分亦减少，固相线 沿 左移，同时使液体的比例也减 少与此同时，固相增加，其B组分亦减少，固相线 沿Q QR R左移如此，继续降温，渐到到左移如此，继续降温，渐到到R R点，全部凝结 成为固溶体 点，全部凝结 成为固溶体B组分为组分为x的合金 图中，结晶过程中的任一点 的合金 图中，结晶过程中的任一点O，两相共存液相 的代表点为
8、 ，两相共存液相 的代表点为M，固相的代表点是，固相的代表点是N两相的B组分不同 ，但总组分仍确定（物质不灭），为 两相的B组分不同 ，但总组分仍确定（物质不灭），为x 第十章 相变与临 界现象(1) 相变特征相变特征 两个相变温度，起始和结束两个相变温度，起始和结束(B 、 A不同熔点不同熔点) 上、下临界点 液固共存有一个温度区间（结晶区、不是线） 上、下临界点 液固共存有一个温度区间（结晶区、不是线） 液化、凝固温度与组分有关液化、凝固温度与组分有关 固相与液相的固相与液相的 B (A) 组分不同组分不同 两相的比例随温度变化两相的比例随温度变化 第十章 相变与临 界现象(1) 计算两相
9、存在比例计算两相存在比例 考虑考虑O点记液相点记液相 M 的的B 组分为组分为x ， 固相固相 N 的的B 组分为组分为x ； ； M 、 、M 为液、固相质量，总质量 为液、固相质量，总质量 Mt= M +M 相相 +相相 M O N 相相 M M 物质不灭 _ MOxx= _ ONxx+= xMxMxM t =+ () () : : MMxxxx= : : _ MMONMO= 第十章 相变与临 界现象(1) 杠杆法则杠杆法则（ （Lever Rule） T 二元系二元系 Tl TS t 冷却曲线（冷却曲线（T t 图)图) T单元系单元系 t Tl 和Ts 之间散发潜热之间散发潜热, 凝固
10、，凝固，Ts 处转变不明显处转变不明显 第十章 相变与临 界现象(1) 3 注意特征：注意特征：相同温度，液、固成分不同!相同温度，液、固成分不同! 区域熔炼法，用来提纯材料区域熔炼法，用来提纯材料 分区熔化再凝固，缓移熔区，可将分区熔化再凝固，缓移熔区，可将分配系数 小于的杂质“驱赶驱赶”至后端反复熔化可提纯至后端反复熔化可提纯 应用一例应用一例 将摩尔数少的组元称为杂质，其在固液中浓度之比为将摩尔数少的组元称为杂质，其在固液中浓度之比为 分配系数分配系数固相中杂质浓度液相中杂质浓度固相中杂质浓度液相中杂质浓度x x 分配系数的杂质液相中多，液化再结晶可去除 分配系数的杂质液相中多，液化再结
11、晶可去除 第十章 相变与临 界现象(1) toC 相相 Q + t0M O N 相 相 O x 50 x 100 x A (Ag) B(Au) M N 第十章 相变与临 界现象(1) 例如例如: 我系李国栋教授小组的工作我系李国栋教授小组的工作 2. 共晶转变2. 共晶转变 EutecticTRansitionEutecticTRansition 完全不溶固溶体 镉（ 完全不溶固溶体 镉（Cd） 铋（铋（Bi） 共晶共晶 A镉（镉（Cd） B铋（铋（Bi） 合金只能是液相合金只能是液相 固相完全不溶（无共同的固相完全不溶（无共同的相），分相），分A、B两相两相 第十章 相变与临 界现象(1)
12、B 杠杆法则：杠杆法则： : : _ A MMONMO = 从从Q 点始凝出固A相(含点始凝出固A相(含B组分 0),使液相之 组分 0),使液相之A组分减，故沿组分减，故沿QN右 移，同时液相比例减少,固相增加; 到 右 移，同时液相比例减少,固相增加; 到R点，除固点，除固A相外还凝出共晶相外还凝出共晶AB ，其，其B组分为图中组分为图中C点（共晶点） 的相应值。 另一侧的曲线类似 点（共晶点） 的相应值。 另一侧的曲线类似 EF线三相（线三相（、A 和和 B）共 存线上任一点液相B组分均为 ）共 存线上任一点液相B组分均为xC ，凝固过程沿，凝固过程沿QOR线完成线完成 第十章 相变与临
13、 界现象(1) 相图如左，相图如左，QOR段上液相与A 固相共存， 段上液相与A 固相共存，B只在液相中，液相组 分按 只在液相中，液相组 分按QC线上的线上的N N点变化固相组分 为 点变化固相组分 为M点之值M点之值（A固为1，固为1，B固为0）固为0） 一定组分的冷却曲线(一定组分的冷却曲线(T t图)图) T 完全不溶二元系完全不溶二元系 Tl TC t 红线为共晶组分的冷却线红线为共晶组分的冷却线 Tl和和TC 之间凝单晶之间凝单晶 TC 处出共晶，散潜热处出共晶，散潜热, 两处转变均两处转变均明显明显 特定组分沿红线至特定组分沿红线至TC （共晶）凝固：（共晶）凝固： 低熔点，细结
14、构低熔点，细结构 第十章 相变与临 界现象(1) 相变特征相变特征 两个熔点（相变温度）： 上：始于 两个熔点（相变温度）： 上：始于A 、 B 熔点； 下：汇于低共熔点 熔点； 下：汇于低共熔点C 共晶温度共晶温度TC 固相不溶，固相不溶， A 、 B分别凝固，或共晶凝固分别凝固，或共晶凝固 有三相共存线，液与有三相共存线，液与 A B共晶平衡，称共晶线共晶平衡，称共晶线, 线下为线下为A + AB或或 B+ A B 固相固相 共晶温度共晶温度TC低于两组元的熔点低于两组元的熔点, 比例适当比例适当(共晶比例共晶比例)则制出更低熔点的合金则制出更低熔点的合金 第十章 相变与临 界现象(1)
15、4 TA TB L + L + L TE D E F + A B 有限固溶体有限固溶体 E共晶点共晶点 、L 三相点三相点 TE易熔温度易熔温度 低共熔点低共熔点 D的的B组分组分 最大饱和 最大饱和B组分组分 F的的A组分组分 最大饱和最大饱和A组分组分 第十章 相变与临 界现象(1) 、为固相 、为固相 、L 液相液相 应用应用 共晶的特点共晶的特点 熔点低 结构细蜜 熔点低 结构细蜜 常见应用常见应用 熔断器 焊锡 熔断器 焊锡 第十章 相变与临 界现象(1) 10.2 范德瓦耳斯汽范德瓦耳斯汽液相变液相变 Liquid-Vapour Phase Transition of van der
