相圖基礎(chǔ)上課

1、耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地1 重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：一、相平衡理論基礎(chǔ)一、相平衡理論基礎(chǔ) 1、 二元系統(tǒng)（固溶體、二液區(qū)）二元系統(tǒng)（固溶體、二液區(qū)） 2、 三元系統(tǒng)（固面圖、等溫截面圖、等組成截面圖）三元系統(tǒng)（固面圖、等溫截面圖、等組成截面圖）二、相平衡應(yīng)用技術(shù)二、相平衡應(yīng)用技術(shù) 1、 CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 2、 MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)3、CaO-MgO-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 4、非均一異相平衡體系、非均一異相平衡體系 5、多元體系轉(zhuǎn)換三元系統(tǒng)、多元體系轉(zhuǎn)換三元系統(tǒng)耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地2 教材：教材：相圖分析及應(yīng)用相圖分析及應(yīng)用陳樹江，

2、田鳳仁，李國華等陳樹江，田鳳仁，李國華等參考書：參考書： 1 怎樣看硅酸鹽相圖怎樣看硅酸鹽相圖 ， 沈鶴年沈鶴年 2 相圖：原理、計(jì)算及在冶金中的應(yīng)用相圖：原理、計(jì)算及在冶金中的應(yīng)用，張圣弼，張圣弼 3 相平衡和相圖基礎(chǔ)相平衡和相圖基礎(chǔ)，顧菡珍，葉于浦編著，顧菡珍，葉于浦編著 4 高溫相平衡與相圖高溫相平衡與相圖，郭祝昆，林祖襄，郭祝昆，林祖襄 5 相圖基礎(chǔ)與耐火材料相平衡相圖基礎(chǔ)與耐火材料相平衡，李廣平，張垂昌，李廣平，張垂昌 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地3 1.1 目的和意義目的和意義 設(shè)計(jì)耐火材料的組成設(shè)計(jì)耐火材料的組成 指導(dǎo)耐火材料的生產(chǎn)指導(dǎo)耐火材料的生產(chǎn) 分析耐火材料的應(yīng)

3、用分析耐火材料的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 緒緒 論論耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地4AlN-Al2O3-MgO系相圖耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地5 Al2O3-SiO2-CaO系固面圖系固面圖Solidus face diagram of Al2O3-MgO-SiO2 system Al2O3-MgO-SiO2系系1600等溫截面圖等溫截面圖Isotherm cross section of Al2O3-SiO2-CaO system （1600 ）耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地6 1.2 相圖的局限性相圖的局限性 1 相圖是在熱力學(xué)基礎(chǔ)上建立起來的，只能說明相圖是在熱

4、力學(xué)基礎(chǔ)上建立起來的，只能說明宏觀系統(tǒng)宏觀系統(tǒng)的狀態(tài)的狀態(tài)，未牽涉到微觀結(jié)構(gòu)。，未牽涉到微觀結(jié)構(gòu)。2 相圖是在平衡條件下建立的，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和科研中相圖是在平衡條件下建立的，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和科研中非平非平衡狀態(tài)應(yīng)加以修正衡狀態(tài)應(yīng)加以修正。3 相圖只能說明系統(tǒng)處于平衡的條件以及系統(tǒng)趨于相圖只能說明系統(tǒng)處于平衡的條件以及系統(tǒng)趨于相平衡相平衡的方向和限度的方向和限度，但不能回答系統(tǒng)趨于相平衡的速度。，但不能回答系統(tǒng)趨于相平衡的速度。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地72.1 多組分系統(tǒng)多組分系統(tǒng)2.2 含固溶體系統(tǒng)含固溶體系統(tǒng)2.3 含二液區(qū)系統(tǒng)含二液區(qū)系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 二元相圖二元相圖耐火材料與

5、高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地82.1 增加系統(tǒng)組分增加系統(tǒng)組分耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地9 2.2 形成有限固溶體形成有限固溶體耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地10 形成無限固溶體形成無限固溶體耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地11 2.3 形成二液區(qū)形成二液區(qū) 含二液區(qū)的二元系統(tǒng)混含二液區(qū)的二元系統(tǒng)混合物合物x從高溫液態(tài)冷卻至從高溫液態(tài)冷卻至t1，開始形成，開始形成L1和和L2兩相兩相平衡共存但互不混溶的平衡共存但互不混溶的液體。液體。可能由于互不混溶的可能由于互不混溶的液相粘度較高，或?qū)⒃撘合嗾扯容^高，或?qū)⒃撘后w理解為液體理解為“假固體或假固體或假固相假固相”

6、。形成二液區(qū)有利。形成二液區(qū)有利。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地12 多組分對(duì)系統(tǒng)高溫性能不利多組分對(duì)系統(tǒng)高溫性能不利 同組分條件下形成固溶體對(duì)系統(tǒng)高溫性能有利同組分條件下形成固溶體對(duì)系統(tǒng)高溫性能有利 同組分條件下形成二液區(qū)對(duì)系統(tǒng)高溫性能有利同組分條件下形成二液區(qū)對(duì)系統(tǒng)高溫性能有利 認(rèn)識(shí)：認(rèn)識(shí)：耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地13 第三節(jié)第三節(jié) 三元相圖三元相圖3.1固面投影圖固面投影圖 3.2等溫截面圖等溫截面圖3.3等組成截面圖等組成截面圖耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地14 3.1 固面投影圖（固面圖）固面投影圖（固面圖） 將三元系統(tǒng)立體圖的固面（其上有將三元系

7、統(tǒng)立體圖的固面（其上有 無變量點(diǎn)無變量點(diǎn)溫度溫度-組成點(diǎn)的平面三角形）組成點(diǎn)的平面三角形） 投影到該立體圖的底面三角形上，把投影到該立體圖的底面三角形上，把 固化溫度標(biāo)記在上面而得到的圖。固化溫度標(biāo)記在上面而得到的圖。3.1.1 定義定義耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地15耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地16耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地17耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地18 3.1.2 意義意義 該三元系統(tǒng)內(nèi)任一混合物冷卻時(shí)都在該溫度下完該三元系統(tǒng)內(nèi)任一混合物冷卻時(shí)都在該溫度下完全凝固，析出系統(tǒng)頂角三個(gè)化合物的晶體；加熱時(shí)則全凝固，析出系統(tǒng)頂角三個(gè)化合物的

8、晶體；加熱時(shí)則在該溫度開始出現(xiàn)液相。在該溫度開始出現(xiàn)液相。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地193.1.3 系統(tǒng)中如有固溶體（用虛線標(biāo)出）系統(tǒng)中如有固溶體（用虛線標(biāo)出）耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地203.1.4 舉例舉例 畫出畫出CaO-Al2O3-SiO2固面圖固面圖 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地21耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地22高鋁澆注料的組成和高溫性能高鋁澆注料的組成和高溫性能A4, A6, K9, K522Think alumina, think Almatis.Wt %紅柱石澆注料紅柱石澆注料 1 2剛玉澆注料剛玉澆注料 1 2SiO238

9、363.6Al2O358619793TiO20.7CaO2.312.51.5Alkalies0.30.30.30.2理論共熔點(diǎn)理論共熔點(diǎn)C1345134518751512高溫抗壓高溫抗壓 1500 C MPa111480硅微粉硅微粉+基質(zhì)氧化鋁基質(zhì)氧化鋁+理論理論 vs. 實(shí)踐實(shí)踐OK? OKOKOK耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地23紅柱石澆注料紅柱石澆注料 CaO Al2O3 SiO2 23Think alumina, think Almatis. 澆注料基質(zhì)組成不同于澆注料基質(zhì)組成不同于 澆注料整體的化學(xué)組成澆注料整體的化學(xué)組成 結(jié)合劑結(jié)合劑 (水泥水泥) 和細(xì)粉和細(xì)粉 (-Al

10、2O3粉粉, 硅灰硅灰) 只只 存在于基質(zhì)當(dāng)中存在于基質(zhì)當(dāng)中紅柱石澆注料基質(zhì)紅柱石澆注料基質(zhì) 1: 1345紅柱石澆注料紅柱石澆注料 基質(zhì)基質(zhì)2: 1512耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地2424Think alumina, think Almatis.紅柱石澆注料抗蠕變性能紅柱石澆注料抗蠕變性能 (0.2 MPa, 1500 )紅柱石澆注料紅柱石澆注料 2紅柱石澆注料紅柱石澆注料 1 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地25問題：?jiǎn)栴}： 1、某溫度下，耐火材料中有哪些相處于平衡，各相相、某溫度下，耐火材料中有哪些相處于平衡，各相相對(duì)含量是多少？對(duì)含量是多少？ 2、了解某溫度下雜質(zhì)

11、加入量對(duì)物料相平衡關(guān)系的影響。、了解某溫度下雜質(zhì)加入量對(duì)物料相平衡關(guān)系的影響。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地26 3.2 等溫截面（橫截面）等溫截面（橫截面） 在三元系統(tǒng)立體模型上橫向地切一刀所得的截面。在三元系統(tǒng)立體模型上橫向地切一刀所得的截面。3.2.1 定義定義耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地273.2.2 意義意義（1）分析某溫度下，物料有哪些相處于平衡，各相相對(duì)含量）分析某溫度下，物料有哪些相處于平衡，各相相對(duì)含量 是多少。（是多少。（可用杠桿規(guī)則計(jì)算可用杠桿規(guī)則計(jì)算）（2）了解某溫度下雜質(zhì)加入量對(duì)物料相平衡關(guān)系的影響。）了解某溫度下雜質(zhì)加入量對(duì)物料相平衡關(guān)系的影響

12、。（3）對(duì)比不同溫度的等溫截面圖，了解不同溫度下處于平衡）對(duì)比不同溫度的等溫截面圖，了解不同溫度下處于平衡 的各相及其相區(qū)面積的變化。的各相及其相區(qū)面積的變化。（4）從橫的方面幫助理解相圖內(nèi)部全液相、單固相、雙固相）從橫的方面幫助理解相圖內(nèi)部全液相、單固相、雙固相 和全固相區(qū)的空間概念。和全固相區(qū)的空間概念。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地28 3.2.3 作圖方法作圖方法（1）以某溫度的等溫線）以某溫度的等溫線 （如在液面上）為界（如在液面上）為界 將相圖劃分為全液相區(qū)將相圖劃分為全液相區(qū)和其他相區(qū)。和其他相區(qū)。 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地29 液面上的等溫線（虛線）液

13、面上的等溫線（虛線）耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地30(2) 如等溫線與界線相交，如等溫線與界線相交，則由交點(diǎn)與界線所劃分則由交點(diǎn)與界線所劃分的初晶區(qū)所對(duì)應(yīng)晶相組的初晶區(qū)所對(duì)應(yīng)晶相組成點(diǎn)作連線，進(jìn)一步劃成點(diǎn)作連線，進(jìn)一步劃分二相區(qū)和三相區(qū)。分二相區(qū)和三相區(qū)。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地31（3）如等溫線與無變量點(diǎn)）如等溫線與無變量點(diǎn)相交（或需作無變量點(diǎn)相交（或需作無變量點(diǎn)溫度的等溫截面時(shí)）則溫度的等溫截面時(shí)）則應(yīng)區(qū)分開始與結(jié)束平衡應(yīng)區(qū)分開始與結(jié)束平衡晶相的不同，晶相的不同，開始析晶：開始析晶：有液相有液相，結(jié)束：無液相。，結(jié)束：無液相。全固相區(qū)按分三角形法全固相區(qū)按分三角

14、形法連線劃分三相區(qū)。連線劃分三相區(qū)。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地32（4）如等溫線與無變量點(diǎn)）如等溫線與無變量點(diǎn)相交（或需作無變量點(diǎn)相交（或需作無變量點(diǎn)溫度的等溫截面時(shí)）則溫度的等溫截面時(shí)）則應(yīng)區(qū)分開始與結(jié)束平衡應(yīng)區(qū)分開始與結(jié)束平衡晶相的不同，開始析晶：晶相的不同，開始析晶：有液相，有液相，結(jié)束析晶：無結(jié)束析晶：無液相液相。全固相區(qū)按分三。全固相區(qū)按分三角形法連線劃分三相區(qū)。角形法連線劃分三相區(qū)。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地333.2.4 等溫截面的形式等溫截面的形式（1）被給定溫度液化等溫線包圍起來的液相區(qū)（）被給定溫度液化等溫線包圍起來的液相區(qū)（全液相全液相 區(qū)區(qū)）

15、。）。（2） 第一固相與給定溫度液相平衡共存的第一固相與給定溫度液相平衡共存的固固+液區(qū)液區(qū)（單固單固 相區(qū)相區(qū)）。）。（3）二固相混合物與給定溫度某一組成液相平衡共存的）二固相混合物與給定溫度某一組成液相平衡共存的 固固+固固+液區(qū)液區(qū)（雙固相區(qū)雙固相區(qū)）。）。（4）三固相混合物平衡共存的）三固相混合物平衡共存的固固+固固+固區(qū)固區(qū)（全固相區(qū)全固相區(qū)）。）。 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地34 3.2.5 檢驗(yàn)檢驗(yàn)用相區(qū)鄰接規(guī)則檢查用相區(qū)鄰接規(guī)則檢查 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地35 3.2.6 相量計(jì)算相量計(jì)算耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地36 點(diǎn)點(diǎn)1：液相

16、量：液相量=100%，固相量，固相量=0 點(diǎn)點(diǎn)2：固相量：固相量=(2-a/a-A)100% 液相量液相量=（2-A/a-A)100% 點(diǎn)點(diǎn)3： 固相量固相量=(3-ab/ab-ab)100% 液相量液相量=(3-ab/ab-ab)100% 耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地373.2.7 舉例舉例 右圖為含分解熔融二元化合右圖為含分解熔融二元化合物的三元系統(tǒng)。物的三元系統(tǒng)。 試畫：試畫：800、700 、600 、500 混晶反應(yīng)開始階段、混晶反應(yīng)開始階段、500 混晶反應(yīng)完成階段、混晶反應(yīng)完成階段、400 液相即將結(jié)束時(shí)、液相即將結(jié)束時(shí)、400 液相液相結(jié)束后的七個(gè)等溫截面。結(jié)束后的七個(gè)等溫截面。耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地38800等溫截面圖等溫截面圖耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地39700等溫截面圖等溫截面圖耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地40600等溫截面圖等溫截面圖耐火材料與高溫陶瓷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地41500混晶反應(yīng)開始階段混晶反應(yīng)開始階段等溫截面圖等溫截面圖耐火材料與高