三元相图

另一方面，玻璃是非晶体，防止玻璃的析 晶是生产中的一个重要问题。
根据分析析晶能力，解决实际玻璃的失透问题。
玻璃中析晶影响：玻璃的透光性、玻璃的机械强 度、玻璃的热稳定性 玻璃失透含义：玻璃是均质体，若出现析晶将破 坏玻璃的均一性，是玻璃的一种严重缺陷。 实验结果表明：熔体析晶能力由大到小排列， 初晶区熔体 > 界线上熔体 > 共熔点处熔体 原因：不同晶体结构之间的相互干扰。
4、CaO-Al2O3-SiO2
系统共有10个二元化合物，其中
4个是一致熔化合物：CS、C2S、C12A7、A3S2， 6个不一致熔化合物：C3S2、C3S、C3A、CA、 CA2、CA6， 2个一致熔三元化合物
有15个无变量点，整个相图划分为15个副三 角形。
在富硅区有液相分层、晶型转变。
相图的实际应用: 硅酸盐水泥的配料 硅酸盐水泥中含有C3S、 C2S、 C3A、
元系统相图的浓度三角形
C
D A
B
D A
¾等含量规则 ¾等比规则
C B
最简单的四元系统相图
D
B
C
A
§2-5 三元交互系统相图
固相物质之间能够进行置换反应的系统为 交互系统（互易系统）
AX+BY=AY+BX 处于化学反应式同一端的固相物质构成交
互对 系统中存在两个交互对，四种固相物质 仍符合相律，独立组分数为4-1=3
配料点的位置不同，制品中的主晶相不 同，制品的性能就不同。
滑石瓷的烧结范围狭窄。通过L、M、N点的
液相量就可以看出这一点。所以滑石瓷中一般 限制粘土的用量在10%以下。
3、 Na2O-Al2O3-SiO2
NS－CS－SiO2 系统的富硅部分
NS－CS－SiO2 系统的富硅部分
相图的实际应用： 可以帮助我们确定合理的玻璃组成和熔制
AY
AX
BY
BX
简单三元交互系统相图
具有转熔点的交互系统相图
Si4N3-Al2O3-AlN-SiO2系统相图
1971-1972年，日本Oyama发现Al2O3与 Si3N4可以形成单项固溶体
1973年英国、德国学者研究认为存在高温 下的Si4N3+Al2O3=AlN+SiO2交互反应，属 于交互三元系统
1L A
S
B
2
AS
GS
B
C
累计组成 瞬间组成
P E
3
5
4
A
HF
W GS
B
几个规律： （1）在转熔（回吸）线上的析晶过程，有
时会出现液相组成点离开界线进入初晶区的 现象，称为“穿相区”现象。其原因，可以用 相律来分析。
（2）单转熔点P上的相平衡关系：冷却时 液相回吸固相B析出D和C。可能产生三种结果：
温度以及解决玻璃析晶等问题。 钠钙硅酸盐玻璃主要是以纯碱、石灰石和
石英砂为原料，经过熔制、成型而制成各种玻 璃制品。熔制是玻璃生产中的一个重要工艺过 程。在保证玻璃性能的前提下，如能降低熔制 温度，就可以节约能源，减轻熔炉侵蚀。而且 便于玻璃的成型和加工。因此，从降低熔制温 度这点考虑，玻璃的理想配料组成点应选择在 低共熔点附近。
A
B
SS
E1 P
A
B
B
G A
E2
SS
E3
C
C E3-K为低共熔线 K-P为转熔线
E3
K
SS
E2
A
B
A
B
GP
E1
C
E3
SS
E2
A
B
A
B
GP
E1
三、三元相图应用实例 1、助溶剂法生产单晶
2、MgO-Al2O3-SiO2
陶瓷的滑石瓷是电子陶瓷的重要瓷种 耐火材料,微晶玻璃等
本系统有 四个二元化合物，两个三元化合物，九个 三元无变量点。
相图特征：四个初晶区，五条相区界限 （包含转熔线），两个无变量点，其中有 一个转熔点，两个副三角形。不稳定化合 物成分点落在自己的初晶区之外。
TB
G B
TC
S
C
A
E
B
S
C
四个初晶区，五条相A 区界限（包含转熔线），两个
无变量点，其中有一个转熔点，两个副三角形
系统中虽然也有两个 三元无变量点在E和 P，E点落在包围它的 三个初晶区的相应组 成点所构成三角形之 内。P点则落在这包 围它的三个初晶区的 相应组成点所构成的 三角形之外，所以系 统的性质是不同的， E为低共熔点，P是转 熔点。
C
C
P2
E
1
S
S A
P1
B
A
B
四个初晶区，六条相区界限（包含转熔线），三个
无变量点，其中有转熔点，三个副三角形
6 具有一个低温稳定高温分解的二 元化合物的三元系
体系特征：体系中存在一个二元低温稳定 高温分解的化合物，组分间液相完全互 溶，固相完全不互溶；
相图特征：四个初晶区，六条相区界限 （包含转熔线），三个无变量点，两个副 三角形。
（1）说明四个化合物D1，D2， D3，D4的性质； （2）分析E， F，G，H，J，I，K点的性质； （3）分析1，2点的冷却产物是 哪些组分。
D2 D3
D1 D4
§2-4 四元系统相图
相律：f=k-Φ+1=5-Φ 最多5相共存
四元系统相图的组成表示法 四面体为浓度表示方式，四个面均为三
pP界线和其他几 条如EP和e1E等 不同，它是一条 转熔线。
切线规则
用途：判断三元相图上界线的性质 内容：通过界线上作切线与响应两相组成点的
连线相交，交点都在连线以内，共融界线；L →A+B 交点都在连线外，转熔线；L + A → B 交点和一晶相组成点重合，该点为界线性质 转变点。LB → B
2 具有低共熔点的生成二元化合物的三 元相图
体系的特征：化合物为稳定化合物，每种组 分都有确定的熔点，组分间液相完全互溶， 固相完全不互溶。
相图的特征：多于一个无变量点，四个初晶 区，五个相区界限（均为低共熔线），两个 无变量点（均为低共熔点），两个副三角形。 化合物的成分点落在自己的初晶区。
5 生成一个异成分熔融三元化合物 的三元系
体系特征：体系中存在一个三元不稳定化 合物，组分间液相完全互溶，固相完全不 互溶；
相图特征：四个初晶区，六条相区界限 （包含转熔线），三个无变量点，其中有 转熔点，三个副三角形。
具有双升点；（b）具有双降点
具有双升点 P 交叉位
具有双降点 R 共轭位
选择玻璃配料要考虑的因素：析晶性能、工艺性 能、使用性能
熔制玻璃时：还应严格控制工艺条件。
原因：因为高温熔体在析晶温度范围停留时间过 长，或混料不均而使局部熔体组成偏离配料组成 而易造成玻璃的析晶。
化学组成一般范围 12～18％ Na2O ， 6～16％ CaO， 68-82% SiO2
由相图可知，配料点在平行四边形虚线内。
C C
A A
D B B
D
三角形化分的原则 ¾ 副三角形根据三元无变量点来划分，使每 个三元无变量点都对应一个副三角形。 ¾ 副三角形的个数与对应的三元无变量点个 数相等。
连接线规则： 判断界线的温度走向 （下降方向）
要点：两个初晶区之间的界线(或延长线)和 两个晶相的组成点的连线(或延长线)相 交，交点是界线上的温度最高点，界线上 的温度是随着离开上述交线而下降。
相图特征：四个初晶区，五条相区界限 （包含转熔线），两个无变量点，其中有 一个转熔点，两个副三角形。
特点1：S与C不能共存
特点2：Q点无对应 的副三角形
C Q点是双升点形式 的过渡点
C
E为结晶终点
E
Q
A
B
S
A
B S
降温
8 具有液相部C分互溶的三元系
E
A
B
例1 A-B-C三元相图，要求：1、划分副三角形；2、 表出各相区界限降温方向；3、给出O、W、U、V各点 的平衡关系；4、分析组成为1的第一结晶相和最终 产物；画出A-B二元相图。
条件促成熟料中的主要矿物C3S的大量生成。
冷却 为了防止C3S分解及β-C2S 发生晶型转变，
工艺上采取快速冷却的措施，而不是缓慢冷却，因 而冷却过程是不平衡的。
液相独立析晶：独立析晶通常在回吸过程中 发生。由于冷却速度快，被回吸的固相被析 出的固相所包裹，回吸过程不能进行，从而 使液相进行另一种单独的析晶过程。
化合物高温分解， 低温稳定。组成点 落在AB边上，为二 元化合物；析晶区 落在三角形内部。
过渡点R具有双降 点形成。A、B、S、 L在R四相平衡
mA+nB→S(AmBn)
C
C
P E
S
A
A
S
R B B
7 具有在高温稳定低温分解的二元 化合物的三元系
体系特征：体系中存在一个二元高温稳 定，低温不稳定化合物，组分间液相完全 互溶，固相完全不互溶；
体系特征：体系中含有三元稳定化合 物，组分间液相完全互溶，固相完全不 互溶；
相图特征：四个初晶区，六条相区界 限，三个无变量点，三个副三角形。
1、2、3均为三升
A
A
1
S2
S
B
C
3
B
Hale Waihona Puke C4 生成一个不稳定二元化合物的三元相 图
体系特征：体系中存在一个二元不稳定化 合物，组分间液相完全互溶，固相完全不 互溶；
C4AF四种矿物，相应的组成氧化物为CaO、 SiO2、Al2O3、Fe2O3，用CaO-SiO2-Al2O3 三元系统表示水泥的配料组成。