电子陶瓷第三章第一讲(XXXX0228).pptx
合集下载
电子陶瓷结构基础
hcp与fcc旳配位数均为12，空间占用率（密堆度）为 74.05%。
§1-2 球旳密堆积原理及配位数
hcp：一种球周围有6个八面体空隙及8个四面体空隙， 但只有1个八面体空隙和2个四面体空隙属于一种球体。
四面体空隙
八面体空隙
§ 1-2 球旳密堆积原理及配位数
fcp：一种球周围4个八面体空隙,8个四面体空隙。
确切旳说，d为离子（或原子）旳作用范围旳大小。
第6章 Internet应用基础
§ 1-1原子间旳结合力
怎样经过核间距计算正、负离子半径： 假设正、负离子不等径圆球刚好相切 ：d=r++r根据光学法所得旳F-和O2-旳半径分别为133pm和 132pm，推算其他离子半径：（哥希米德半径）
例如： • NaF：d=231pm，Na+半径=231-133=98pm • NaCl：d=279pm，Cl-半径=279-98=181pm
确切旳说，d为离子（或原子）旳作用范围旳大小 。实际晶体中正负离子并不是相互接触旳，故测得旳 离子半径又称为有效离子半径。
同一化合物体系中最佳引用同一作者旳半径。
第6章 Internet应用基础
§ 1-1原子间旳结合力
按照元素周期表旳顺序，我们来考察离子半径旳变化 规律，结论如下：
原子序数相近时，负离子半径不小于正离子半径。 具有相同电子排布旳离子，如Na+、Mg2+、Al3+， 离子价数愈高，离子半径愈小。 同种原子形成不同价态旳离子时，高价离子半径 不不小于低价离子半径。 La系、Ac系外，具有相同价数旳同族（主族、付 族分别考虑）离子，原子序数越大，半径越大。
r0 )]2
[2 3
3r0 ]2
r 6 1 0.225 r0 2
§1-2 球旳密堆积原理及配位数
hcp：一种球周围有6个八面体空隙及8个四面体空隙， 但只有1个八面体空隙和2个四面体空隙属于一种球体。
四面体空隙
八面体空隙
§ 1-2 球旳密堆积原理及配位数
fcp：一种球周围4个八面体空隙,8个四面体空隙。
确切旳说，d为离子（或原子）旳作用范围旳大小。
第6章 Internet应用基础
§ 1-1原子间旳结合力
怎样经过核间距计算正、负离子半径： 假设正、负离子不等径圆球刚好相切 ：d=r++r根据光学法所得旳F-和O2-旳半径分别为133pm和 132pm，推算其他离子半径：（哥希米德半径）
例如： • NaF：d=231pm，Na+半径=231-133=98pm • NaCl：d=279pm，Cl-半径=279-98=181pm
确切旳说，d为离子（或原子）旳作用范围旳大小 。实际晶体中正负离子并不是相互接触旳，故测得旳 离子半径又称为有效离子半径。
同一化合物体系中最佳引用同一作者旳半径。
第6章 Internet应用基础
§ 1-1原子间旳结合力
按照元素周期表旳顺序，我们来考察离子半径旳变化 规律，结论如下：
原子序数相近时，负离子半径不小于正离子半径。 具有相同电子排布旳离子，如Na+、Mg2+、Al3+， 离子价数愈高，离子半径愈小。 同种原子形成不同价态旳离子时，高价离子半径 不不小于低价离子半径。 La系、Ac系外，具有相同价数旳同族（主族、付 族分别考虑）离子，原子序数越大，半径越大。
r0 )]2
[2 3
3r0 ]2
r 6 1 0.225 r0 2
电子陶瓷工艺学讲稿(2020年春)
2020/6/22
3
Cerampiocts:tEe陶artyh瓷ean：wnd陶arep器/oPro、ctte炻elra器yi,Snt/o、/nec瓷wera器raem,Piocrscelain
一、陶瓷的定义及其类别 China
1、陶瓷的定义
陶瓷：经过高温热处理工艺的无机非金属材料。普陶/特陶
特种陶瓷Jo：ur采na用l o高f t度he精Ch选in的es原e C料er，am具ic有S能oc精iet确y 控制的化学 组成，按照便于进th行e C结h构ine设se计C及era控m制ic制So造cie的ty方法进行制造、加 工的，具有优异特性的陶日瓷本。窯业協会誌
▲(粘土泥浆)常用解胶剂：NaOH，纯碱、水玻璃、三聚磷酸钠、腐 植酸钠等。
2020/6/22
20
胶团结构示意图
2020/6/22
21
改善坯料性能的添加剂
2、结合剂(包括塑化剂)：用来提高可塑泥团的塑性， 增强生坯的强度。
(1)粘合剂：有机物及其溶液。如聚乙烯醇(ＰＶＡ) 、聚 醋酸乙酯、石蜡、羧甲基纤维素、聚乙二醇、糊精等。
2020/6/22
15
§1-3 电子瓷瓷料的制备
一、固相法
1、高温固相反应法(PZT\PLZT\PT等)
▲优点：工艺简单，成本低
▲缺点：合成原料纯度低，颗粒粗，活性差
2、分解法
▲优点：合成原料纯度高、颗粒较细、活性较好，工艺简单，成本低
▲缺点：需选择合适的原料
3、燃烧法(自曼延法)——与高温固相反应法类似
AOg=A/Vρ=6/(dρ) (m2/kg 或m2/g)
AOV= AOgρ
等效粒径d=6/ AOV= 6/ρAOg
2020/6/22
《电子陶瓷制备》PPT课件
通常指的是无引线或引线很短的适于表面组 装 的 片 式 微 小 型 电 子 元 件 、 器 件 （ Surface Mounting Device，简称SMD）。
整理ppt
36
什么是SMT？
Surface mount 与传统工艺相比SMT的特点：
Throughhole 高密度 高可靠 低成本 小型化 生产的自动化
整理ppt
8
(2) 原料粒度
指粉粒直径大小，作为陶瓷的粉料，其粒度通常 在0.1～50微米之间。一般而言，粉料的粒度越 细，则其工艺性能越佳。
当采用挤制、扎膜、流延等方法成型时，只有当 粉料达到一定细度，才能使浆料达到必要的流动 性、可塑性，才能保证制出的坯体具有足够的光 洁度、均匀性和好的机械强度。
粒度越细，烧结温度越低
整理ppt
9
粉料颗粒尺寸：
整理ppt
10
(3)混合与粉碎方式:
物料的混合与粉碎是影响产品质量的 重要工序，作为混合粉碎的机械有： 球磨机、砂磨机、强混机、气流磨、 粉碎机等几种，目前使用最多的是球 磨机和砂磨机。
整理ppt
11
（4） 成型
定义：将固体颗粒加工成为具有特定形状 制品的生产过程。
一块集成电路的稳定性和使用寿命，在很 大程度上取决于它的基片或管壳的性能；
一个自动控制系统的调节范围、精度和灵 敏度等主要指标，都取决于传感器的性能，而 制造传感器的主要材料是功能陶瓷；
一台大型计算机的运算速度主要取决于磁
性记忆元件。
整理ppt
5
3.2 电子陶瓷制造中的工艺控制
产品性能的优劣取决于二方面的影响： 内因，主要指原料的纯度（含杂量）、组成、形貌（颗粒
整理ppt
2014电子陶瓷第三章第一讲
固态相变：固态物质在温度、压力、电场、磁 场改变时，从一种组织结构转变成另一种组织 结构。
固态相变中的变化：晶体结构， 化学成分 有序程度
固态相变类型：扩散型，无扩散型 固态相变驱动力：新相与母相的自由能差
3.1 Gibbs相律
Gibbs 相律（ phase rule ）是热力学平衡状态 下系统中自由度与组元和相数间关系的规律。 在任何热力学平衡系统中，体系的自由度 f 、 独立组元数N 和相数目P之间有关系：
根据相图可以判断材料的平衡组织 组织是指在显微镜下观察，具有独特形态的组成 部分。
组织由相组成，有单相组织和两相组织，无论单 相或两相组织，由于相的形状、分布不同，在显 微镜下特征不同，因而显示不同的组织。
实际应用中的二元或者三元相图是很复杂的， 不过它们都是由一些最基本的类型复合叠加起 来的。 必须熟练地掌握相图的基本类型，以便具有分析 复杂相图的能力。
当一个新相形成时，是以微小液滴或微小晶粒 出现.
因颗粒很小，其饱和蒸汽压和溶解度远远高于 平衡状态的蒸汽压和溶解度，在相平衡温度下， 这些微粒还未达到饱和就被重新蒸发和溶解。
1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理 论上不能稳定存在，而实际上却能存在的区域； 2) 在亚稳区内，系统不能自发产生新相，要产
相平衡问题 有几相—服从相律 哪几相、组成如何—用相律分析相图 相图（phase diagram） 表达多相体系的状态如何随温度、压力、组成 等强度性质变化而变化的图形。
材料的相组成取决于成分和温度。
相图就是用来表示材料相的状态和温度、成分 之间关系的综合图形。 相图所表示的相的状态是平衡状态，因而是在 一定温度、成分条件下热力学最稳定、自由焓 最低的状态。
对于一级相变，两相平衡时有：
《电子陶瓷》PPT课件
整理ppt
2
P- and N- type S.M
整理ppt
3
Bands for Doped Semiconductors
The application of band theory to n-type and p-type semiconductors shows that extra levels have been added by the impurities. In n-type material there are electron energy levels near the top of the band gap so that they can be easily excited into the conduction band. In p-type material, extra holes in the band gap allow excitation of valence band electrons, leaving mobile holes in the valence band.
整理ppt
6
Depletion Region
When a p-n junction is formed, some of the free electrons in the n-region diffuse across the junction and combine with holes to form negative ions. In so doing they leave behind positive ions at the donor impurity sites. Depletion region is a non-conducting layer
电子陶瓷工艺基础课程(PDF 31页)
电子材料常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。
工业纯（IR） Industrial Reagent
9Hale Waihona Puke .0%化学纯（CP） Chemical Purity
99.0%
分析纯（AR） Analytical Reagent
99.5%
光谱纯（GR） Spectrum Reagent
99.9%
电子级原料
专用
• 其中成本包括施工时间、施工人员数量、工装 设备投入、质量损失等多个方面。
• 通常工艺定义如下：技术人员利用生产工具对 各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它 们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组 织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之 成为预期产品的方法及过程。
什么是工艺流程？
• 工艺流程在英文中是“ Process Flow”。工艺 和工艺流程，一般是指产品制造阶段的流程； 所以也常称为制造工艺流程（Manufacturing Process）。
MLC瓷料
多
粘合剂
稀释剂
层
陶
配料
瓷
电
流延、印刷
容
器
印刷电极
（
叠片
MLC
）
匀压
制
造
切割
工
艺
烧结
流
程
端电极
包封
第一章 电子材料制备原理
1.晶相结构 电子材料的优良特性主要决定于
2.制备工艺
例如：ZnO 压敏半导瓷 主晶相性能方面—六方纤锌矿结构，本征特性为半
导性。 制备工艺方面—ZnO压敏半导瓷对外加电压有一定
• 工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装 备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据， 是直接指导操作的生产法规，它对产品成本、劳 动生产率、原材料消耗有直接关系。
工业纯（IR） Industrial Reagent
9Hale Waihona Puke .0%化学纯（CP） Chemical Purity
99.0%
分析纯（AR） Analytical Reagent
99.5%
光谱纯（GR） Spectrum Reagent
99.9%
电子级原料
专用
• 其中成本包括施工时间、施工人员数量、工装 设备投入、质量损失等多个方面。
• 通常工艺定义如下：技术人员利用生产工具对 各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它 们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组 织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之 成为预期产品的方法及过程。
什么是工艺流程？
• 工艺流程在英文中是“ Process Flow”。工艺 和工艺流程，一般是指产品制造阶段的流程； 所以也常称为制造工艺流程（Manufacturing Process）。
MLC瓷料
多
粘合剂
稀释剂
层
陶
配料
瓷
电
流延、印刷
容
器
印刷电极
（
叠片
MLC
）
匀压
制
造
切割
工
艺
烧结
流
程
端电极
包封
第一章 电子材料制备原理
1.晶相结构 电子材料的优良特性主要决定于
2.制备工艺
例如：ZnO 压敏半导瓷 主晶相性能方面—六方纤锌矿结构，本征特性为半
导性。 制备工艺方面—ZnO压敏半导瓷对外加电压有一定
• 工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装 备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据， 是直接指导操作的生产法规，它对产品成本、劳 动生产率、原材料消耗有直接关系。
电子陶瓷总复习
电子陶瓷总复习
Pb（ZrxTi1-x）O3中，存在有高温铁电相和低 温铁电相间的相变，它们均为三方结构。发生 相变时，晶体中的氧八面体发生旋转。在三方 与四方相界上，只要组分有微小改变，均会发 生结构相变. 准同型相变(Morphotropic Phase Transition, MPT):伴随组分变化而引起的相变.此相界称为 准同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB )
第二章 电子陶瓷的结构
3.2、Ilmenite Structure: A6B6X43 MgTiO3；MnTiO3、ZnGeO3等
3.3、Perovskite Structure: A12B6X63 SrTiO3、LaAlO3、PbTiO3、Ba(Zn， Nb)O3、Pb(Mg,Nb)O3等
3.4、Pyroxene Structure：A6B4X3 如 MgSiO3、LiAl（SiO3）2等
3、电子陶瓷的原子结构的特点 两大类五种结合键。 强键（化学键）—金属键、离子键、共 价键 原子外层电子进行重新分布 弱键（物理键）—范德瓦尔斯键、氢键 原子外层电子没有（或只有很小）变化
电子陶瓷总复习
混合键 实际材料中，特别是陶瓷、半导体等往往是由 离子键和共价键混合形成的键结。
确定AB组成的化合物中共价键的比例p可由下式 决定： p=exp[-(Ea-Eb)2/4)]
不同的极化机制，有不同的TK : 对电子式极化： T 上升， 降低，极化 强度下降， TK为负；
对离子式极化：T上升，离子极化率增 加，TK为正。
电子陶瓷总复习
第五章 电子陶瓷制备工艺原理
1、了解电子陶瓷制备工艺流程
电子陶瓷的制备过程大致可分为备料计 算、粉料加工、成型、排胶、烧结、机械 加工、表面金属化等基本工序。
压电陶瓷基本知识 ppt课件
LOGO
压电陶瓷基本知识
ppt课件
1
压电陶瓷的基本知识
发展历史 压电陶瓷的基本概念 压电陶瓷的主要性能参数 压电陶瓷的制作工艺 压电陶瓷的应用 市场发展前景与方向
www.themegallery.co m
2
ppt课件
压电陶瓷是什么？
压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体。因生产工 艺和陶瓷相近而得名。
12
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
正压电效应
高
气体喷嘴
压
引
线
www.themegallery.co m
磷压 外 叩
压铜 电 壳 击
电片 振
机
振
子
构
子
压电陶瓷点火示意图
13
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
逆压电效应
www.themegallery.co m
节点支承 边缘支承 中心支承
压电蜂鸣器工作示意图
石英晶体和压电陶瓷的比较
石英晶体：一种单晶体，本身具有压电效应，居里点温 度高（高达573℃），稳定性好，精度高(精度可以达到小 数点后六位数)，无热释电现象，工艺简单。但压电常数 小，成本高（相同的频点，石英要高4～10倍以上）。
压电陶瓷：一种多晶体，需要极化后才具有压电效应， 压电常数大，成本低。但居里点温度低(120～360℃)，精 度低(精度只能满足到小数点后三位),制作工艺较为复杂 ，稳定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来 热干扰。
念
www.themegallery.co m
7
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
三 铁电晶体中存在着自发极 个 化方向不同的小区域，那 重 些自发极化方向相同的区 要 域称为电畴（黑色粗线为 概 畴壁）。 念
压电陶瓷基本知识
ppt课件
1
压电陶瓷的基本知识
发展历史 压电陶瓷的基本概念 压电陶瓷的主要性能参数 压电陶瓷的制作工艺 压电陶瓷的应用 市场发展前景与方向
www.themegallery.co m
2
ppt课件
压电陶瓷是什么？
压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体。因生产工 艺和陶瓷相近而得名。
12
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
正压电效应
高
气体喷嘴
压
引
线
www.themegallery.co m
磷压 外 叩
压铜 电 壳 击
电片 振
机
振
子
构
子
压电陶瓷点火示意图
13
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
逆压电效应
www.themegallery.co m
节点支承 边缘支承 中心支承
压电蜂鸣器工作示意图
石英晶体和压电陶瓷的比较
石英晶体：一种单晶体，本身具有压电效应，居里点温 度高（高达573℃），稳定性好，精度高(精度可以达到小 数点后六位数)，无热释电现象，工艺简单。但压电常数 小，成本高（相同的频点，石英要高4～10倍以上）。
压电陶瓷：一种多晶体，需要极化后才具有压电效应， 压电常数大，成本低。但居里点温度低(120～360℃)，精 度低(精度只能满足到小数点后三位),制作工艺较为复杂 ，稳定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来 热干扰。
念
www.themegallery.co m
7
ppt课件
压电陶瓷的基本概念
三 铁电晶体中存在着自发极 个 化方向不同的小区域，那 重 些自发极化方向相同的区 要 域称为电畴（黑色粗线为 概 畴壁）。 念
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相变也是充满意外发现的领域，
如超导（1911年）、超流都是科学 史上与相变有关的重大发现。
2020/11/12
22
相变、相平衡是热力学在物理化学领域中的重 要应用之一。研究多相体系的平衡与变化在物理、 化学、材料的科研和生产中有重要的意义，例如： 溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯、晶体生长及金 相分析等方面都要用到相平衡的知识。
系统内没有化学平衡和其他浓度限制条件存在。 因此构成这个相平衡系统的最少的可任意选择 的物种就是水和乙醇。
所以独立组分数C＝2
2020/11/12
11
例（3）、由任意PCl5（g）、PCl3（g）和 Cl2（g） 构成的平衡系统； 构成系统的物质为 PCl5(g)、PCl3(g)和Cl2(g) 并且在此相平衡系统中存在下列化学平衡关系
2020/11/12
18
c、系统中物种数目S是相对的，而系统中的独立 组分数是一定的。
NaCl溶于水
S R R’ C
NaCl＋H2O
2
Na＋＋Cl＋＋H2O
3
Na＋＋Cl-＋H＋＋OH－＋ 5
H2O
002 012 122
2020/11/12
19
(5)、自由度：确定平衡系统的状态所需要的独立可 变的强度性质（如温度、压力和组成等）称为自由 度，记为“f ” “独立”的含义：指这些强度性质在一定范围内任意 变化，不会引起系统内部相的数目的变化，即不会 引起新相的产生以及旧相的消失。
所以 R’＝1
因此，系统内只要有PCl5，就能构成这个相平衡系统。
所以该系统的独立组分数 C＝3－1－1＝1
2020/11/12
15
由上述几例可归纳出系统的独立组分数C满足以 下关系式：
C=S-R-R’
对于同时进行多个化学反应的复杂系统，R=S-e （S>e）,其中e为组成所有物种S的元素总数目
2020/11/12
所以 S＝3 依然存在上例化学平衡关系式
所以 R＝1
2020/11/12
14
但是， PCl5(g)分解产生的PCl3(g)与Cl2(g)之间，其浓 度相等，即[PCl3]:[Cl2]=1:1。这个比例关系不是化学 平衡常数所能确定的。通常将这种比例关系式的数目 称为其他浓度限制条件数，以R‘表示。
16
说明：
a、R必须是独立的化学平衡1 2
O2
(g)
(3)
:
CO(
g
)
1 2
O2
(
g
)
(4) : C(石墨) CO2 (g)
CO( g )
CO2 (g) 2CO( g )
不全都独 立
（3）=（1）-（2）；（4）=2（2）-（1）
根据代数原理，变量之间存在一个依赖关系，则 独立变量数目减少一个。所以R=2
化学平衡关系的数目以“R”表示 则R＝1
在一定条件下，三种气体的浓度之间必须满足化学平 衡常数所确定的关系，即
Kc [PCl3 ][Cl2 ]/[PCl5 ]
2020/11/12
12
因此，只要知道任意两种气体的浓度之后，第三种气 体的浓度也就随之确定了。
所以，C＝2
2020/11/12
13
例（4）、由PCl5分解达到平衡的系统 构成系统的物质为 PCl5(g)、PCl3(g)和Cl2(g)
第三章 电子陶瓷的相变与相图
2020/11/12
1
相变是自然界普遍存在的一种突变现象，也是物理化学中充满 难题和机遇的领域之一。
相变现象丰富多彩，如大海里的万顷碧波，初秋早晨湖面上的袅 袅轻烟和高山上的缕缕薄雾，夏天黄昏时万里云空中的朵朵彩云 及冬日雪后琳琅满目的雪花和冰晶便是水的各种相态。由此可见 自然界中相变的千姿百态之一斑。
2020/11/12
5
相图种数繁多，各式各样，但是它们都必须遵守共同 的热力学规律—相律。
相律是研究多相平衡系统中相数、独立组分数与自由 度之间关系的规律。
2020/11/12
6
相是在热力学平衡态下，物理化学性质 完全相同的均匀部分。
一种物质的同一物态可包括几种不同的相 如同一物质的晶型转变
2020/11/12
本章主要解决的问题：
相平衡问题 有几相—服从相律 哪几相、组成如何—用相律分析相图
2020/11/12
3
研究相平衡的方法有函数法和图形法。 函数法是根据热力学基本关系式推导出系统的温度、压力与各 相组成的定量关系。
对于理想系统，这种定量关系很容易推导，但是对于非理想情 况，则很难实现。
因此需要寻求其他方法。
2020/11/12
4
图形法则直接将实验测得的多相平衡系统的温度、压 力及各相组成的关系用图形(相图)表示出来。
相图（phase diagram） 表达多相体系的状态如何 随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图。
由于相图可直接由实验数据绘出，因此，用相图研究 相平衡及相变化时具有直观、方便、形象的优点。是 研究相平衡的重要工具。
（注：通常情况下，C≠S）
2020/11/12
9
例：（1）、由水构成的平衡系统； 构成系统的物质仅为水。∴S＝1
系统内没有化学平衡和其他浓度限制条件存在。 因此构成这个相平衡系统的最少的可任意选择 的物种就是水。所以独立组分数C＝1
2020/11/12
10
例（2）、由水＋乙醇构成的平衡系统； 构成系统的物质为水和乙醇。∴S＝2
8
一个多相平衡系统通常是由若干种物质构成。
（3）、物种数：系统中存在的化学物质的种类数称为 物种数，记为“S”
（4）、独立组分：足以确定一个多相平衡系统中 各相组成所需的最少的可任意选择的独立物种称为 独立组分，或简称为组分。系统中所包含的独立组 分的数目则称为独立组分数（或组分数），记为 “C”
7
根据热力学系统内相数的多少，可将其分 成单相系统和多相系统。
单相系（均相系统）：只有一个相。 如水和酒精的混合物空气和水汽的混合物 都是单相系。
复(多)相系(非均相系统)：包含一个以 上的相。各部分的性质有差别且有一定的 边界可分。一个复相系可分为若干个均匀 部分，每一均匀部分为一个相。
2020/11/12
2020/11/12
17
b、R’是与化学反应有关但平衡常数未能包含的其他 独立浓度限制条件数。也就是说不包含相平衡和化
学平衡已经确定的浓度限制条件，如浓度限制及电
中性限制条件。通常在同一相中使用。 例：
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
体系的纯化学物种S=3， 独立的化学反应总数目R=1， 独立的物质浓度关系的总数目R′= 0。 由式（3-2），体系的组元数为C=3-1-0=2.
如超导（1911年）、超流都是科学 史上与相变有关的重大发现。
2020/11/12
22
相变、相平衡是热力学在物理化学领域中的重 要应用之一。研究多相体系的平衡与变化在物理、 化学、材料的科研和生产中有重要的意义，例如： 溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯、晶体生长及金 相分析等方面都要用到相平衡的知识。
系统内没有化学平衡和其他浓度限制条件存在。 因此构成这个相平衡系统的最少的可任意选择 的物种就是水和乙醇。
所以独立组分数C＝2
2020/11/12
11
例（3）、由任意PCl5（g）、PCl3（g）和 Cl2（g） 构成的平衡系统； 构成系统的物质为 PCl5(g)、PCl3(g)和Cl2(g) 并且在此相平衡系统中存在下列化学平衡关系
2020/11/12
18
c、系统中物种数目S是相对的，而系统中的独立 组分数是一定的。
NaCl溶于水
S R R’ C
NaCl＋H2O
2
Na＋＋Cl＋＋H2O
3
Na＋＋Cl-＋H＋＋OH－＋ 5
H2O
002 012 122
2020/11/12
19
(5)、自由度：确定平衡系统的状态所需要的独立可 变的强度性质（如温度、压力和组成等）称为自由 度，记为“f ” “独立”的含义：指这些强度性质在一定范围内任意 变化，不会引起系统内部相的数目的变化，即不会 引起新相的产生以及旧相的消失。
所以 R’＝1
因此，系统内只要有PCl5，就能构成这个相平衡系统。
所以该系统的独立组分数 C＝3－1－1＝1
2020/11/12
15
由上述几例可归纳出系统的独立组分数C满足以 下关系式：
C=S-R-R’
对于同时进行多个化学反应的复杂系统，R=S-e （S>e）,其中e为组成所有物种S的元素总数目
2020/11/12
所以 S＝3 依然存在上例化学平衡关系式
所以 R＝1
2020/11/12
14
但是， PCl5(g)分解产生的PCl3(g)与Cl2(g)之间，其浓 度相等，即[PCl3]:[Cl2]=1:1。这个比例关系不是化学 平衡常数所能确定的。通常将这种比例关系式的数目 称为其他浓度限制条件数，以R‘表示。
16
说明：
a、R必须是独立的化学平衡1 2
O2
(g)
(3)
:
CO(
g
)
1 2
O2
(
g
)
(4) : C(石墨) CO2 (g)
CO( g )
CO2 (g) 2CO( g )
不全都独 立
（3）=（1）-（2）；（4）=2（2）-（1）
根据代数原理，变量之间存在一个依赖关系，则 独立变量数目减少一个。所以R=2
化学平衡关系的数目以“R”表示 则R＝1
在一定条件下，三种气体的浓度之间必须满足化学平 衡常数所确定的关系，即
Kc [PCl3 ][Cl2 ]/[PCl5 ]
2020/11/12
12
因此，只要知道任意两种气体的浓度之后，第三种气 体的浓度也就随之确定了。
所以，C＝2
2020/11/12
13
例（4）、由PCl5分解达到平衡的系统 构成系统的物质为 PCl5(g)、PCl3(g)和Cl2(g)
第三章 电子陶瓷的相变与相图
2020/11/12
1
相变是自然界普遍存在的一种突变现象，也是物理化学中充满 难题和机遇的领域之一。
相变现象丰富多彩，如大海里的万顷碧波，初秋早晨湖面上的袅 袅轻烟和高山上的缕缕薄雾，夏天黄昏时万里云空中的朵朵彩云 及冬日雪后琳琅满目的雪花和冰晶便是水的各种相态。由此可见 自然界中相变的千姿百态之一斑。
2020/11/12
5
相图种数繁多，各式各样，但是它们都必须遵守共同 的热力学规律—相律。
相律是研究多相平衡系统中相数、独立组分数与自由 度之间关系的规律。
2020/11/12
6
相是在热力学平衡态下，物理化学性质 完全相同的均匀部分。
一种物质的同一物态可包括几种不同的相 如同一物质的晶型转变
2020/11/12
本章主要解决的问题：
相平衡问题 有几相—服从相律 哪几相、组成如何—用相律分析相图
2020/11/12
3
研究相平衡的方法有函数法和图形法。 函数法是根据热力学基本关系式推导出系统的温度、压力与各 相组成的定量关系。
对于理想系统，这种定量关系很容易推导，但是对于非理想情 况，则很难实现。
因此需要寻求其他方法。
2020/11/12
4
图形法则直接将实验测得的多相平衡系统的温度、压 力及各相组成的关系用图形(相图)表示出来。
相图（phase diagram） 表达多相体系的状态如何 随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形， 称为相图。
由于相图可直接由实验数据绘出，因此，用相图研究 相平衡及相变化时具有直观、方便、形象的优点。是 研究相平衡的重要工具。
（注：通常情况下，C≠S）
2020/11/12
9
例：（1）、由水构成的平衡系统； 构成系统的物质仅为水。∴S＝1
系统内没有化学平衡和其他浓度限制条件存在。 因此构成这个相平衡系统的最少的可任意选择 的物种就是水。所以独立组分数C＝1
2020/11/12
10
例（2）、由水＋乙醇构成的平衡系统； 构成系统的物质为水和乙醇。∴S＝2
8
一个多相平衡系统通常是由若干种物质构成。
（3）、物种数：系统中存在的化学物质的种类数称为 物种数，记为“S”
（4）、独立组分：足以确定一个多相平衡系统中 各相组成所需的最少的可任意选择的独立物种称为 独立组分，或简称为组分。系统中所包含的独立组 分的数目则称为独立组分数（或组分数），记为 “C”
7
根据热力学系统内相数的多少，可将其分 成单相系统和多相系统。
单相系（均相系统）：只有一个相。 如水和酒精的混合物空气和水汽的混合物 都是单相系。
复(多)相系(非均相系统)：包含一个以 上的相。各部分的性质有差别且有一定的 边界可分。一个复相系可分为若干个均匀 部分，每一均匀部分为一个相。
2020/11/12
2020/11/12
17
b、R’是与化学反应有关但平衡常数未能包含的其他 独立浓度限制条件数。也就是说不包含相平衡和化
学平衡已经确定的浓度限制条件，如浓度限制及电
中性限制条件。通常在同一相中使用。 例：
CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g)
体系的纯化学物种S=3， 独立的化学反应总数目R=1， 独立的物质浓度关系的总数目R′= 0。 由式（3-2），体系的组元数为C=3-1-0=2.