Procesi i kristalizimit të lidhjeve metalike dhe shumë modele strukturore të lidhura të lidhjeve përshkruhen duke përdorur diagramet e ekuilibrit fazor. Këto diagrame tregojnë në formë të përshtatshme grafike përbërjen dhe strukturën fazore në funksion të temperaturës dhe përqendrimit. Diagramet vizatohen për kushtet e ekuilibrit; gjendja e ekuilibrit korrespondon me vlerën minimale të energjisë së lirë.

Ekzaminimi i diagrameve fazore mundëson përcaktimin e transformimeve fazore në kushte të ftohjes ose ngrohjes shumë të ngadaltë. Modeli i ndryshimeve në numrin e fazave në një sistem heterogjen përcaktohet nga rregulli i fazës.

Faza- një pjesë homogjene e sistemit, e ndarë nga pjesët e tjera të sistemit (fazat) nga një ndërfaqe, gjatë kalimit përmes së cilës përbërja kimike ose struktura e substancës ndryshon befas.

Kur studiohen ekuilibrat fiziko-kimikë, temperatura dhe presioni merren si faktorë të jashtëm që ndikojnë në gjendjen e lidhjes. Duke zbatuar rregullin e fazës për metalet, në shumë raste është e mundur të pranohet si ndryshim vetëm një faktor i jashtëm - temperatura, sepse presioni, përveç presionit shumë të lartë, ka pak efekt në ekuilibrin fazor në gjendjet e ngurtë dhe të lëngët. Pastaj ligjet e përgjithshme të ekzistencës së fazave të qëndrueshme që plotësojnë kushtet e ekuilibrit shprehen në formë matematikore me rregullën e fazës (rregulli i Gibbs) dhe në presion konstant shprehen me ekuacionin e mëposhtëm:

C = K + 1 - ,

Ku TE– numri i komponentëve në sistem; - numri i fazave; ME– numri i shkallëve të lirisë (ndryshueshmëria e sistemit).

Numri i shkallëve të lirisë C është numri i variablave të brendshëm të pavarur (përbërja e fazës) dhe faktorëve të jashtëm (temperatura, presioni) që mund të ndryshohen pa ndryshuar numrin e fazave në ekuilibër. Gjatë transformimeve fazore në lidhjet, faza e sapoformuar nuk duhet domosdoshmërisht të ketë një nivel më të ulët të energjisë së lirë se ajo origjinale, por energjia e lirë e sistemit në tërësi duhet domosdoshmërisht të ulet gjatë procesit të transformimit fazor.

Nga kthesat e energjisë së lirë, llojet kryesore të diagrameve fazore mund të ndërtohen gjeometrikisht. Ato paraqiten në koordinatat temperaturë-përqendrim si përqindje në masë.

Për të ndërtuar diagrame fazore, përdoret analiza termike e zhvilluar nga N.S. Kurnakov. Lakoret e ftohjes së lidhjeve individuale merren eksperimentalisht dhe, bazuar në kthesat ose ndalesat e tyre që lidhen me efektet termike të transformimeve, përcaktohet temperatura e transformimeve përkatëse. Këto temperatura quhen pika kritike.

Gjatë studimit të transformimeve në gjendje të ngurtë përdoren metoda të ndryshme të analizës fiziko-kimike, mikroanalizës, difraksionit me rreze X, analizës dilatometrike, magnetike etj.

Në gjendje të lëngët, shumica e metaleve treten pafundësisht në njëri-tjetrin, duke formuar një zgjidhje të lëngshme njëfazore. Çdo fazë e formuar në aliazh ndryshon në përbërje nga tretësira origjinale e lëngshme. Prandaj, për formimin e një embrioni të qëndrueshëm, jo ​​vetëm që janë të nevojshme luhatjet heterogjene, por edhe luhatjet e përqendrimit. Luhatjet e përqendrimit janë devijime të përkohshme në përbërjen kimike të një aliazh në vëllime të vogla individuale të një solucioni të lëngshëm nga përbërja mesatare e tij. Luhatje të tilla lindin si rezultat i lëvizjes së difuzionit të atomeve të një substance dhe për shkak të lëvizjeve termike në një zgjidhje të lëngshme. Bërthama e një faze të re mund të lindë vetëm në ato mikrovolume të fazës fillestare, përbërja e të cilave, si rezultat i luhatjeve në përqendrimin dhe rregullimin e atomeve, korrespondon me përbërjen dhe strukturën e fazës së re kristalizuese.

Shpejtësia e rritjes së kristalit në tretësirat e lëngshme është më e vogël se në metalet e pastra. Kjo shpjegohet me faktin se rritja e kristalit kërkon lëvizjen e difuzionit të atomeve përbërës në një zgjidhje të lëngshme.

Diagrami i gjendjes ndahet në zona me vija. Disa zona mund të përbëhen nga vetëm një fazë, dhe disa mund të përbëhen nga dy faza, me përbërje, struktura dhe veti të ndryshme.

Duke analizuar diagramin e fazës, mund të merret një ide për vetitë specifike të lidhjeve të një sistemi të caktuar përbërësish dhe natyrën e ndryshimeve të tyre në varësi të përbërjes, si dhe mundësinë e trajtimit termik të lidhjeve dhe temperatura e ngrohjes për të.

Lloji i diagramit përcaktohet nga natyra e ndërveprimeve që lindin midis përbërësve në gjendje të lëngët dhe të ngurtë.

Diagrami i fazës për lidhjet që formojnë përzierje përbërësish të pastër

Të dy përbërësit e aliazhit janë pafundësisht të tretshëm në gjendje të lëngët dhe të pazgjidhshëm në gjendje të ngurtë dhe nuk formojnë komponime kimike dhe nuk kanë transformime polimorfike. Pamje e përgjithshme e diagramit në Fig. 3. Fazat: lëngu - L, kristalet - A dhe B.

Linja DIA– vija e fillimit të kristalizimit është vija likuidus; linjë DSE– vija e fundit të kristalizimit është vija solidus. Në linjë AC kristalet fillojnë të bien në sy A; në linjë NE– kristale NË; në linjë DSE nga përqendrimi i lëngjeve ME kristalet lirohen në të njëjtën kohë A Dhe NË. Një përzierje eutektike e dy llojeve të kristaleve që kristalizohen njëkohësisht nga një lëng quhet eutektik.

Oriz. 3. Pamje e përgjithshme e diagramit të gjendjes dhe kurbave ftohëse të lidhjeve: 1 – hipereutektik; 2 – hipoeutektik; 3 – eutektik.

Në Fig. Figura 4 tregon në mënyrë skematike strukturën e aliazhit në momente të ndryshme kristalizimi.

Oriz. 4. Struktura e lidhjeve

Duke pasur një diagram fazor, mund të gjurmoni transformimet fazore të çdo aliazhi dhe të tregoni përbërjen dhe raportin sasior të fazave në çdo temperaturë. Kjo përcaktohet nga rregulli i segmenteve.

Për të përcaktuar përqendrimin e përbërësve në dy faza përmes një pike të caktuar A(Fig. 3.), duke karakterizuar gjendjen e aliazhit, vizatoni një vijë horizontale derisa të kryqëzohet me linjat që kufizojnë këtë zonë. Projeksionet e pikave të kryqëzimit V Dhe Me kompozimet fazore do të shfaqen në boshtin horizontal të diagramit V 1 Dhe Me 1 . Segmentet e kësaj linje ndërmjet pikës A dhe pika V Dhe Me, të cilat përcaktojnë përbërjet e fazave, janë në përpjesëtim të zhdrejtë me sasitë e këtyre fazave:

DHE=ac/bc; B=ab/bc.

Këto rregulla janë të vlefshme për çdo rajon dyfazor të diagramit fazor.

Gjatë vlerësimit të forcës dhe vetive të tjera të aliazhit, duhet pasur parasysh se pjesa e aliazhit që përfaqësohet nga eutektika ka një forcë më të madhe se pjesa e përfaqësuar nga kokrrizat më të mëdha të fazës së tepërt.

Diagrami fazor për lidhjet me tretshmëri të pakufizuar në gjendje të ngurtë

Në Fig. Figura 5 tregon një diagram fazor për lidhjet me tretshmëri të pakufizuar të përbërësve në njëri-tjetrin në gjendje të lëngët dhe të ngurtë, që kanë të njëjtat lloje rrjetash dhe një strukturë të ngjashme të predhave të jashtme të elektroneve.

Linja AMV– vijë likuidus; linjë ANNË– vijë solidus; Faza është një zgjidhje e ngurtë e përbërësve A Dhe NË, kokrrat e kësaj faze kanë një rrjetë të vetme kristalore, por në lidhjet me përbërje të ndryshme numri i atomeve përbërës A Dhe NË në qelizat e njësisë së rrjetës është e ndryshme.

Kristalizimi i fazave α në lidhjet e llojeve të ndryshme ndodh në përputhje me rregullin e segmenteve. Në rastin e kristalizimit të ekuilibrit, i cili ndodh me një shpejtësi mjaftueshëm të ulët të ftohjes së aliazhit, në fund të kristalizimit përbërja e fazës së formuar përfundimisht A 4 duhet të korrespondojë me përbërjen origjinale të aliazhit NË 1 (në këtë rast aliazh I). Kjo është për shkak të përhapjes së vazhdueshme midis të dy fazave.

Oriz. 5. Pamje e përgjithshme e diagramit të gjendjes dhe kurbës së ftohjes së aliazhit.

Në rastin e ftohjes së përshpejtuar të aliazhit gjatë kristalizimit, proceset e difuzionit nuk kanë kohë për të përfunduar. Në këtë drejtim, pjesa qendrore e çdo kokrre rezulton të jetë e pasuruar me një përbërës më refraktar NË, dhe ai periferik është një komponent me shkrirje të ulët A. Ky fenomen quhet likuacioni dendritik, duke zvogëluar forcën dhe vetitë e tjera të lidhjeve.

Ndarja dendritike mund të eliminohet me pjekje të zgjatur. Ky pjekje quhet pjekje me difuzion. Proceset e difuzionit që ndodhin në këtë rast nivelojnë përbërjen kimike në kokrra.

Kur formohet një tretësirë ​​e ngurtë, forca në tërheqje, forca e rendimentit dhe fortësia rriten duke ruajtur një duktilitet mjaft të lartë. Kjo shpjegohet me faktin se atomet e elementit të tretur grupohen në zona të shtrembëruara të rrjetës, gjë që pengon avancimin e dislokimeve.

DIAGRAM FAZOR, një paraqitje grafike e kushteve (temperatura, presioni, përbërja kimike, etj.) në të cilat në një sistem termodinamik ekuilibër që përbëhet nga një ose më shumë substanca të dhëna (përbërës të pavarur të sistemit), ekzistojnë gjendje homogjene të materies (fazat). me veti fiziko-kimike të ndryshme. Termi "diagram i gjendjes" përdoret si ekuivalent me termin "diagram fazor" (kryesisht në Rusi dhe Gjermani). Sidoqoftë, një diagram fazor shpesh, veçanërisht në literaturën në gjuhën angleze, quhet edhe grafikë që nuk pasqyrojnë drejtpërdrejt ekuilibrat e fazës në sistem.

Fazat paraqiten në një diagram fazor në formën e rajoneve të kufizuara nga kthesa ose sipërfaqe të vendosura në hapësirën e ndryshoreve të pavarura termodinamike. Zakonisht kjo është temperatura T, presioni P, fraksionet mole të përbërësve të sistemit x, funksionet e këtyre dhe ndryshoreve të tjera, të tilla si raportet e sasive ose përqendrimeve të përbërësve, dendësia p ose vëllimet molare V m, presionet e pjesshme ose potencialet kimike të substancave μ. Në mungesë të fushave të forcës së jashtme, numri i boshteve të koordinatave të diagramit të plotë fazor të një sistemi të hapur me komponentë është i barabartë me c+2. Për të përshkruar diagramet fazore shumëdimensionale në një rrafsh, përdoren seksionet dhe projeksionet e tyre, të ndërtuara nën kufizime të caktuara të vendosura në disa prej variablave të pavarur, shpesh në kombinim me sisteme koordinative të zgjedhura posaçërisht (koordinatat Jenicke, trekëndëshat Gibbs-Rosebohm, etj.). Diagrami fazor tregon: cilat substanca individuale, tretësira të lëngëta, të ngurta ose të gazta formojnë përbërësit e dhënë të sistemit; në cilat kushte janë termodinamikisht të qëndrueshme fazat e tilla dhe përzierjet e tyre heterogjene; në cilat vlera të ndryshoreve termodinamike ndodhin transformimet fazore të substancave në sistem. Diagramet e fazave, që përmbajnë të dhëna për përbërjen kimike të fazave, bëjnë të mundur edhe përcaktimin e sasive relative të fazave bashkëekzistuese. Një informacion i tillë është i nevojshëm për zgjidhjen e shumë problemeve shkencore dhe praktike dhe përdoret gjerësisht në kimi, metalurgji, shkencë materiale, gjeokimi dhe fusha të tjera të shkencës dhe teknologjisë.

Koordinatat e diagramit fazor mund të jenë variabla termodinamikë të dy llojeve - parametra të ekuilibrit termik, mekanik dhe kimik T, P, μ, të cilat kanë të njëjtat vlera në të gjitha pjesët e sistemit të ekuilibrit, ose (zakonisht të ndryshme në faza të ndryshme ) dendësi të përgjithësuara të vetive ekstensive, si x, p, V m dhe veti të tjera të barabarta me raportin e sasive ekstensive me sasinë, masën ose vëllimin e lëndës në sistem. Në këtë drejtim, dallohen tre lloje të diagrameve fazore. Diagramet e të njëjtit lloj janë izomorfikë: ato kanë të njëjtat veçori topologjike pavarësisht nga numri i komponentëve dhe vlerat e variablave specifike në boshtet e koordinatave.

Në diagramet fazore të tipit (T, P), (T, μ i), (μ i, μ j) e të ngjashme, me parametra ekuilibri intensiv, paraqiten vetëm rajonet fazore dhe vijat (sipërfaqet) që i ndajnë ato, të cilat. tregojnë kufijtë e qëndrueshmërisë së fazave individuale Pikat e kryqëzimit të vijave korrespondojnë me kushtet e ekuilibrit të më shumë se dy fazave. Kështu, pika e trefishtë në diagramin (T, P) të një sistemi me një komponent tregon kushtet për bashkëjetesën e qëndrueshme të tre fazave.

Nëse ka një bosht përqendrimesh, veti molare, dendësi, si për shembull, në diagramin fazor (T, x), (P, x), (μ i, x), (T, p), rajonet e fazës stabiliteti ndahen nga rajone të tjera që pasqyrojnë ekzistencën e përzierjeve heterogjene të fazave të ekuilibrit. Një diagram fazor i këtij lloji për një sistem kadmium-zink me dy komponentë është paraqitur në figurë. Diagrami i këtij sistemi me dy komponentë ka dy boshte koordinatash, dhe jo katër, siç kërkohet nga shprehja e mësipërme me + 2, pasi në ndërtimin e tij është përdorur kushti i qëndrueshmërisë së P dhe dy variabla të pavarur të sasisë së Cd dhe Zn. u zëvendësuan me një përqendrim x Zn (x Cd = 1 - x Zn). Pjesa e sipërme e figurës është një diagram i ekuilibrit lëng-avull. Lakorja e thyer që lidh pikat e shkrirjes së komponentëve të pastër quhet linja e lëngut, ajo tregon "diagramin e shkrirjes" të sistemit. Vijat e drejta (konodat) të vizatuara në rajonin heterogjen të një diagrami të tillë fazor midis kufijve të dy fazave bashkëekzistuese paralele me boshtin e përqendrimit (shih konodin eutektik në figurë) lejojnë, për çdo përbërje përbërëse të caktuar të sistemit, të përcaktojnë sasitë të fazave bashkëekzistuese (“rregulli i levës”).

Në diagramin fazor të tipit të tretë - (x i, x j), (x i, p), (entropia molare, x), (entalpi molare, x) etj. - koordinatat janë vetëm dendësi të përgjithësuara të vetive të gjera termodinamike. Këto diagrame paraqesin gjithashtu përzierje heterogjene të fazave dhe konodeve, por, ndryshe nga dy llojet e tjera të diagrameve fazore, në këtë rast gjendja e përzierjeve heterogjene shfaqet me një figurë të sheshtë ose vëllimore (trekëndësh, katërkëndësh) dhe është e mundur të përcaktohet përbërja sasiore fazore e sistemit në ekuilibrin e tre e më shumë fazave (“rregulli i qendrës së gravitetit” të figurës).

Diagramet e fazave studiohen në mënyrë eksperimentale dhe llogariten duke përdorur metoda kimike termodinamike bazuar në të dhënat mbi vetitë termodinamike të substancave që përbëjnë sistemin. Baza teorike për ndërtimin e diagrameve fazore u dha nga J. Gibbs në vitet 1880. Ai formuloi gjithashtu "rregullin e fazës" (shih rregullin e fazës Gibbs), i cili përdoret gjerësisht në studimin eksperimental të ekuilibrave fazor dhe diagrameve fazore: për T dhe P fikse, numri i fazave të ekuilibrit që bashkëekzistojnë f nuk mund të kalojë numrin e komponentëve të sistemi me më shumë se dy, f ≤ c + 2.

Lit.: Palatnik L. S., Landau A. I. Ekuilibri fazor në sistemet shumëkomponente. Har., 1961; Kaufman L., Bernstein H. Llogaritja e diagrameve të gjendjes [të sistemeve metalike] duke përdorur një kompjuter. M., 1972; Metalurgji fizike / Redaktuar nga R. Kahn, P. Haazen. M., 1987. T. 2.

Figura 3.3 tregon diagramin e fazës në koordinatat P-V dhe Figura 3.4 tregon diagramin e fazës në koordinatat T-S.

Fig.3.3. Diagrami i fazës P-V Fig. 3.4. Diagrami i fazës T-S

Emërtimet:

t + l - rajoni i bashkëjetesës së ekuilibrit të ngurtë dhe të lëngshëm

t + p – rajoni i bashkëjetesës së ekuilibrit të ngurtë dhe avull

l + n – rajoni i bashkëjetesës së ekuilibrit të lëngut dhe avullit

Nëse në diagramin P-T zonat e gjendjeve dyfazore përshkruheshin si kthesa, atëherë në diagramet P-V dhe T-S këto janë disa zona.

Linja AKF quhet kurba kufitare. Ai, nga ana tjetër, ndahet në një kurbë kufiri të poshtëm (seksioni AK) dhe një kurbë kufiri të sipërm (seksioni KF).

Në Fig.

Kur një substancë shkrihet, e cila, si avullimi, ndodh në një temperaturë konstante, formohet një përzierje ekuilibër dyfazore e fazave të ngurta dhe të lëngshme. Vlerat e vëllimit specifik të fazës së lëngshme në përbërjen e një përzierjeje dyfazore janë marrë në Fig. 3.3 nga kurba AN, dhe vlerat e vëllimit specifik të fazës së ngurtë - nga kurba BE .

Brenda zonës së kufizuar nga kontura AKF, substanca është një përzierje e dy fazave: lëngu i zierjes (L) dhe avulli i thatë i ngopur (P).

Për shkak të aditivitetit të vëllimit, vëllimi specifik i një përzierjeje të tillë dyfazore përcaktohet nga formula

entropia specifike:

1. Pikat e veçanta të diagrameve fazore

1. Pika e trefishtë

Pika e trefishtë është pika në të cilën konvergojnë kurbat e ekuilibrit të tre fazave. Në Fig. 3.1 dhe 3.2 kjo është pika T.

Disa substanca të pastra, për shembull, squfuri, karboni etj., në gjendje të ngurtë të grumbullimit kanë disa faza (modifikime).

Nuk ka modifikime në gjendje të lëngët dhe të gaztë.

Në përputhje me ekuacionin (1.3), në një sistem deformimi termik me një komponent, jo më shumë se tre faza mund të jenë njëkohësisht në ekuilibër.

Nëse një substancë ka disa modifikime në gjendje të ngurtë, atëherë numri i përgjithshëm i fazave të substancës i kalon tre dhe një substancë e tillë duhet të ketë disa pika të trefishta. Si shembull, Fig. 3.5 tregon diagramin e fazës P-T të një substance që ka dy modifikime në gjendjen e ngurtë të grumbullimit.

Fig.3.5. Diagrami i fazës P-T

substanca me dy kristalore

cilat faza

Emërtimet:

I - faza e lëngshme;

II – faza e gaztë;

III 1 dhe III 2 – modifikime në gjendjen e ngurtë të grumbullimit

(fazat kristalore)

Në pikën e trefishtë T 1 janë në ekuilibër: faza e gaztë, e lëngët dhe kristalore III 2. Kjo pikë është bazë pikë e trefishtë.

Në pikën e trefishtë T2 janë në ekuilibër: të lëngëta dhe dy faza kristalore.

Në pikën e trefishtë T3, faza e gaztë dhe dy kristalore janë në ekuilibër.

Janë të njohura pesë modifikime (faza) kristalore të ujit: III 1, III 2, III 3, III 5, III 6.

Akulli i zakonshëm është faza kristalore III 1, dhe modifikime të tjera formohen në presione shumë të larta prej mijëra MPa.

Akulli i zakonshëm ekziston deri në një presion prej 204.7 MPa dhe një temperaturë prej 22 0 C.

Modifikimet (fazat) e mbetura janë akulli më të dendur se uji. Një nga këto akull, "akulli i nxehtë", u vëzhgua në një presion prej 2000 MPa deri në një temperaturë prej + 80 0 C.

Parametrat termodinamikë bazë pikë e trefishtë e ujit e mëposhtme:

T tr = 273,16 K = 0,01 0 C;

P tr = 610,8 Pa;

Vtr = 0,001 m 3 / kg.

Anomalia e kurbës së shkrirjes (
) ekziston vetëm për akull të rregullt.

Hyrje

Diagramet e fazave janë pjesë përbërëse e çdo diskutimi të vetive të materialit kur flasim për bashkëveprimin e materialeve të ndryshme. Diagramet e fazave janë veçanërisht të rëndësishme në mikroelektronikë, sepse Për prodhimin e plumbave dhe shtresave pasivizuese, duhet të përdoret një gamë e madhe materialesh të ndryshme. Në prodhimin e qarqeve të integruara, silici është në kontakt të ngushtë me metale të ndryshme do t'u kushtojmë vëmendje të veçantë atyre diagrameve fazore në të cilat silici shfaqet si një nga komponentët.

Ky abstrakt diskuton se cilat lloje të diagrameve fazore ekzistojnë, konceptin e tranzicionit fazor, tretshmërinë e ngurtë dhe sistemet më të rëndësishme të substancave për mikroelektronikën.

Llojet e diagrameve fazore

Diagramet njëfazore janë grafikë që përshkruajnë gjendjen fazore të vetëm një materiali në varësi të presionit, vëllimit dhe temperaturës. Zakonisht nuk është zakon të vizatoni një grafik tre-dimensional në një plan dy-dimensional - ata përshkruajnë projeksionin e tij në rrafshin e temperaturës - presionit. Një shembull i një diagrami të gjendjes njëfazore është dhënë në Fig. 1.

Oriz. 1.

Diagrami përcakton qartë zonat në të cilat materiali mund të ekzistojë vetëm në një gjendje fazore - si i ngurtë, i lëngët ose i gaztë. Përgjatë vijave të përcaktuara, një substancë mund të ketë dy gjendje fazore (dy faza) që janë në kontekst me njëra-tjetrën. Bëhet ndonjë nga kombinimet: i ngurtë - i lëngshëm, i ngurtë - avull, i lëngshëm - avull. Në pikën ku kryqëzohen vijat e diagramit, e ashtuquajtura pika e trefishtë, të tre fazat mund të ekzistojnë njëkohësisht. Për më tepër, kjo është e mundur në një temperaturë të vetme, kështu që pika e trefishtë shërben si një pikë e mirë referimi për temperaturat. Në mënyrë tipike, pika e referencës është pika e trefishtë e ujit (për shembull, në matjet e sakta duke përdorur termoçiftet, ku kryqëzimi i referencës është në kontakt me sistemin akull-ujë-avull).

Një diagram fazor binar (diagrami i fazës së sistemit binar) paraqet gjendjen e një sistemi me dy komponentë. Në diagrame të tilla, temperatura vizatohet përgjatë boshtit të ordinatave dhe përqindja e përbërësve të përzierjes vizatohet përgjatë boshtit të abscisës (zakonisht është ose një përqindje e masës totale (wt.%) ose një përqindje e numrit të përgjithshëm të atomeve (at.%). Presioni zakonisht supozohet të jetë 1 atm. Nëse merren parasysh fazat e lëngëta dhe të ngurta, matjet e vëllimit neglizhohen. Në Fig. 2. tregon një diagram tipik fazor dyfazor për komponentët A dhe B duke përdorur peshën ose përqindjen atomike.

Oriz. 2.

Një letër? tregohet faza e substancës A me tretësirën B, ? do të thotë një fazë e substancës B me substancën A të tretur në të, a? + ? nënkupton një përzierje të këtyre fazave. Shkronja (nga lëngu) nënkupton fazën e lëngshme, dhe L+?? dhe L+? faza mesatare e lëngshme plus fazë ose përkatësisht. Linjat që ndajnë fazat, pra vijat në të cilat mund të ekzistojnë faza të ndryshme të një substance, kanë këto emra: solidus - një vijë në të cilën faza ekzistojnë njëkohësisht? apo? me faza L+? dhe L+? përkatësisht; solvus - një vijë në të cilën faza bashkëjetojnë njëkohësisht? Dhe? + ? apo? Dhe? + ?, dhe likuidus është vija në cilën fazë L dhe fazë L+? apo L+?.

Pika ku kryqëzohen dy linja likuidus është shpesh pika e pikës më të ulët të shkrirjes për të gjitha kombinimet e mundshme të substancave A dhe B dhe quhet pika eutektike. Një përzierje me një raport përbërësish në pikën eutektike quhet përzierje eutektike (ose thjesht eutektike).

Le të shqyrtojmë se si një përzierje kalon nga një gjendje e lëngshme (shkrirë) në një gjendje të ngurtë dhe se si diagrami fazor ndihmon në parashikimin e përbërjes së ekuilibrit të të gjitha fazave që ekzistojnë në një temperaturë të caktuar. Le të shohim Fig. 3.

Oriz. 3.

Le të supozojmë se fillimisht përzierja kishte përbërjen C M në temperaturën T1, në temperaturat nga T1 në T2 ekziston një fazë e lëngshme dhe në temperaturën T2 ekzistojnë njëkohësisht fazat L dhe? Përbërja e fazës L e pranishme është C M, përbërja e fazës? ka C?1. Me një ulje të mëtejshme të temperaturës në T 3, përbërja e lëngut ndryshon përgjatë kurbës fluidus, dhe përbërja e fazës? - përgjatë lakores solidus derisa të kryqëzohet me izotermën (vijën horizontale) T 3 . Tani përbërja e fazës L është C L, dhe përbërja e fazës është C ?2. Duhet theksuar se përbërja C ?2 duhet të ketë jo vetëm substancën që ka kaluar në fazën në? në temperaturën T 3, por edhe e gjithë lënda që ka kaluar në fazë? në një temperaturë më të lartë, duhet të ketë një përbërje prej C ?2. Ky barazim i përbërjeve duhet të ndodhë me difuzionin në gjendje të ngurtë të komponentit A në fazën ekzistuese?, në mënyrë që në kohën kur të arrihet temperatura T 3, e gjithë substanca në fazën do të ketë përbërjen C?2. Një rënie e mëtejshme e temperaturës na sjell në pikën eutektike. A ka faza? Dhe? ekzistojnë njëkohësisht me fazën e lëngshme. Në temperatura më të ulëta ekzistojnë vetëm faza? Dhe?. A formohet një përzierje fazash? Dhe? perberja C E me agregate? me përbërjen fillestare C?3. Më pas, duke e mbajtur këtë përzierje për një kohë të gjatë në një temperaturë nën eutektikën, mund të përftohet një solide. Ngurta që rezulton do të përbëhet nga dy faza. Përbërja e secilës fazë mund të përcaktohet në pikën e kryqëzimit të izotermës me vijën solvus përkatëse.

Sapo është treguar se si të përcaktohet përbërja e secilës prej fazave të pranishme. Tani merrni parasysh problemin e përcaktimit të sasisë së substancës në secilën fazë. Për të shmangur konfuzionin në Fig. 4. Një diagram i thjeshtë dyfazor paraqitet sërish. Le të supozojmë se në temperaturën T 1 përbërja e shkrirjes është C M (që do të thotë komponenti B), atëherë në fazën T 2 L ka përbërjen C L , dhe faza? do të ketë përbërjen C s. Le të jetë M L masa e një lënde në gjendje të ngurtë dhe M S masa e një lënde në gjendje të ngurtë. Kushti për ruajtjen e masës totale çon në ekuacionin e mëposhtëm

(M L + M S)C M = M L C L + M S C S .

Oriz. 4.

Ai pasqyron faktin se masa totale e një substance në temperaturën T1, shumëzuar me përqindjen B, është masa totale e substancës B. Është e barabartë me shumën e masave të substancës B që ekziston në fazën e lëngshme dhe të ngurtë në temperaturë. T2. Duke zgjidhur këtë ekuacion, marrim

Kjo shprehje njihet si "rregulli i nivelit". Duke përdorur këtë rregull, duke ditur përbërjen fillestare të shkrirjes dhe masën totale të tij, është e mundur të përcaktohen masat e të dy fazave dhe sasia e substancës B në çdo fazë për çdo seksion të diagramit dyfazor. Pikërisht në të njëjtën mënyrë mund të llogarisim

Në Fig. 5. Jepet një shembull tjetër i ngurtësimit të shkrirë. Një ulje e temperaturës nga T 1 në T 2 çon në përzierjen e fazave L dhe? me përbërjen C M dhe C ? . Ndërsa ndodh ftohja e mëtejshme, përbërja L ndryshon përgjatë likuidit, dhe përbërja? - përgjatë solidusit, siç përshkruhet më herët. Kur temperatura arrin T 3, përbërja? do të bëhet e barabartë me C M, dhe, siç vijon nga rregulli i nivelit, në një temperaturë nën T 3, faza e lëngshme nuk mund të ekzistojë. Në temperatura nën T4, faza? Dhe? ekzistojnë si agregate fazore? Dhe?. Për shembull, në një temperaturë T 5 agregatet fazore? do të ketë një përbërje të përcaktuar nga kryqëzimi i izotermës T5 dhe solvus?. Kompleksi? përcaktohet në mënyrë të ngjashme - nga kryqëzimi i izotermës dhe solvus?.

Oriz. 5.

Seksionet e një diagrami dyfazor të quajtur ende? dhe?, janë zonat me tretshmëri të ngurtë: në zonën? A dhe B janë të tretura Sasia maksimale e A që mund të treten në B në një temperaturë të caktuar varet nga temperatura. Në temperaturat eutektike ose më të larta, mund të ndodhë shkrirja e shpejtë e A dhe B Nëse aliazhi që rezulton ftohet ashpër, atëherë atomet e A mund të "ngullen" në rrjetën e B. Por nëse tretshmëria e ngurtë në temperaturën e dhomës është shumë. më e ulët (kjo sugjeron që në këtë temperaturë qasja në shqyrtim nuk është shumë e përshtatshme), atëherë mund të shfaqen strese të forta në aliazh, duke ndikuar ndjeshëm në vetitë e tij (në prani të streseve të konsiderueshme, lindin zgjidhje të ngurta të mbingopura dhe sistemi nuk është në një gjendje ekuilibri, dhe diagrami jep informacion vetëm për gjendjet e ekuilibrit). Ndonjëherë, një efekt i tillë është i dëshirueshëm, për shembull, kur forconi çelikun duke e shuar për të prodhuar martensit. Por në mikroelektronikë rezultati i tij do të jetë shkatërrues. Prandaj, dopingu, pra shtimi i aditivëve në silikon para difuzionit, kryhet në temperatura të ngritura në mënyrë të tillë që të parandalohet dëmtimi i sipërfaqes për shkak të lidhjes së tepërt. Nëse sasia e papastërtisë së dopingut në substrat është më e lartë se kufiri i tretshmërisë së ngurtë në çdo temperaturë, atëherë shfaqet një fazë e dytë dhe deformimi shoqërues.

Oriz. 2.3. Diagrami i gjendjes së një gazi shumëpërbërës.

Ndryshe nga një substancë e pastër, për sistemet me shumë komponentë, një ndryshim në vëllim në rajonin dyfazor shoqërohet me një ndryshim në presion (Fig. 2.3, o). Për të avulluar plotësisht një lëng, është e nevojshme të ulet vazhdimisht presioni dhe, anasjelltas, për të kondensuar plotësisht gazin, është e nevojshme të rritet vazhdimisht presioni. Prandaj, presioni i pikës në të cilën fillon avullimi për një sistem me shumë komponentë është më i lartë se presioni në pikën në të cilën fillon kondensimi dhe kur diagrami i fazës rindërtohet në koordinata

Lakoret e presionit - temperaturës së pikave të fillimit të avullimit dhe pikat e vesës nuk përkojnë. Krahasuar me diagramin fazor të një lënde të pastër, diagrami në këto koordinata ka formën e një laku (Fig. 2.3,6). Kurba e pikave të fillimit të avullimit, e cila është kufiri që ndan rajonet e gjendjeve të lëngshme dhe dyfazore të substancës, dhe kurba e pikës së vesës, që ndan rajonin dyfazor nga rajoni i avullimit, janë të lidhura. në pikën kritike C. Në këtë rast, pika kritike nuk është pika e presionit dhe temperaturës maksimale në të cilën mund të ekzistojnë njëkohësisht dy faza, por, si në rastin e një substance të pastër, në pikën kritike dendësia dhe përbërja e fazat janë të njëjta.

Për një sistem me shumë komponentë, pikë M me temperaturën maksimale në të cilën është e mundur gjendja dyfazore quhet kricondenthermoy, një pikë N s presioni i duhur - cricondenbaroy. Midis këtyre pikave dhe pikës kritike ekzistojnë dy rajone në të cilat sjellja e përzierjes ndryshon nga sjellja e substancës së pastër. Gjatë ngjeshjes izotermike, për shembull në temperaturën G, përgjatë vijës EA, përzierje pas kryqëzimit në një pikë E vija e pikës së vesës kondensohet pjesërisht dhe hyn në gjendje dyfazore. Me një rritje të mëtejshme të presionit, përqindja e fazës së lëngshme rritet, por vetëm për një presion të caktuar që korrespondon me pikën D. Rritja e mëvonshme e presionit nga pika D deri në pikën NËçon në një ulje të proporcionit të fazës së lëngshme, dhe më pas përzierja kthehet në gjendjen e avullit. Presioni i pikës D, në të cilën formohet sasia maksimale e fazës së lëngshme quhet presion i kondensimit maksimal.

Dukuri të ngjashme vërehen gjatë ngrohjes izobarike të një lëngu përgjatë vijës LNGB. Fillimisht, përzierja është në gjendje të lëngshme njëfazore. Pas kalimit të vijës së pikave ku fillon avullimi në pikën L në përzierje shfaqet një fazë avulli, sasia e së cilës rritet deri në pikën N. Një rritje e mëvonshme e temperaturës çon në një ulje të vëllimit të fazës së avullit derisa substanca të kthehet në gjendje të lëngshme në pikën G.

Zonat në të cilat ndodh kondensimi dhe avullimi në drejtim të kundërt me transformimet fazore të lëndës së pastër quhen zona retrograde (ato janë të hijezuara në Fig. 2.3.6). Dukuritë që ndodhin në këto zona quhen avullim retrograd (i kundërt) dhe kondensim retrograd (i kundërt). Këto dukuri përdoren gjerësisht në proceset e trajtimit të gazit në terren për të zgjedhur kushte që sigurojnë ndarjen maksimale të kondensatës së gazit.

Diagrami fazor në formë laku (Fig. 2.3, b)është tipike për të gjitha përzierjet me shumë përbërës, por forma e lakut, pozicioni i pikës kritike dhe rajonet retrograde varen nga përbërja e përzierjes. Nëse përbërja e përzierjes së rezervuarit është e tillë që krikondentermia ndodhet në të majtë të izotermës që korrespondon me temperaturën e rezervuarit (linja ft]), atëherë, ndërsa presioni zvogëlohet gjatë zhvillimit të fushës, kjo përzierje do të jetë vetëm në një gjendje gazi njëfazore. Përzierjet e hidrokarbureve të kësaj përbërje formojnë depozita gazi. Nëse përbërja e përzierjes është e tillë që temperatura e rezervuarit është ndërmjet temperaturës kritike dhe temperaturës së krikondentermisë (linja AT^), atëherë përzierjet e tilla hidrokarbure formojnë fusha të kondensatës së gazit. Në procesin e zvogëlimit të presionit në temperaturën e rezervuarit, prej tyre do të lëshohet një fazë e lëngshme - kondensata.

Për fushat e naftës, pika kritike ndodhet në të djathtë të izotermës së temperaturës së rezervuarit (vija GTi). Nëse pika G me koordinata që korrespondojnë me presionin fillestar të rezervuarit dhe temperaturën e rezervuarit ndodhet mbi vijën ku fillon avullimi, atëherë vaji është në gjendje të lëngshme njëfazore dhe është i ngopur me gaz. Vetëm kur presioni bie nën presionin e ngopjes (pika D) faza e gazit fillon të çlirohet nga vendburimet e naftës, përbërja e përzierjes hidrokarbure të së cilës është e tillë që presioni fillestar i rezervuarit (pika K) është nën presionin e ngopjes, kanë një kapak gazi, i cili është një fazë gazi e akumuluar. në pjesën e sipërme të depozitës.