Eutectic система - Eutectic system


Из Википедии, свободной энциклопедии
Фазовая диаграмма для фиктивной бинарной химической смеси (с двумя компонентами , обозначенными A и B ) используется для отображения эвтектического состава, температуры и точки. ( L обозначает жидкое состояние.)

Эвтектическая система ( / J ¯u т ɛ к т ɪ к / yoo- ТЕК -tik ) от греческого «εύ» (ес = хорошо) и «τήξις» (= плавления беременности и родов) представляет собой однородная смесь веществ , которые плавятся или затвердевает при одной температуре, которая ниже , чем точка плавления любого из компонентов.

Эвтектической температура самая низкая возможная температура плавления по всем смесительных соотношений для вовлеченных видов компонентов.

При нагревании любое другое соотношение смеси, и достижения эвтектической температуры - см прилегающую фазовой диаграммы - решетки один компонент будет плавиться во- первых, в то время как температура смеси должна дополнительно увеличить для (все) другой компонент решетки (ы) , чтобы расплавить. С другой стороны , как не-эвтектическая смесь остынет, компонент каждой смеси будет затвердевать (формирует его решетку) при отличной температуре, пока весь материал не является твердым.

Координаты , определяющие эвтектическую точку на фазовой диаграмме являются эвтектического процентное отношение (на атомном / молекулярном отношении оси диаграммы) и температура эвтектики (на температурные оси диаграммы).

Не все бинарные сплавы имеют эвтектические точки , так как валентные электроны из компонентов видов не всегда совместимы, в любом соотношении компонентов смеси, чтобы сформировать новый тип совместной кристаллической решетки. Например, в серебристо-золотой системе температура расплава ( ликвидус ) и заморозить температуру ( солидус ) «встречается на чистые элементы конечных точках атомной оси отношения, слегка отделяя в области смеси этой оси».

Термин эвтектического был придуман в 1884 году британский физик и химик Фредерик Гатри (1833-1886).

фазовый переход Эвтектического

Четыре эвтектические структуры: А) пластинчатые Б) стержнеобразные С) шаровым D) игольчатые.

Эвтектической кристаллизации определяется следующим образом:

Этот типом реакции является инвариантной реакцией , поскольку она находится в тепловом равновесии ; другой способ определить это изменение свободной энергии Гиббса равна нулю. Осязаемо, это означает , что жидкость и два твердых растворов сосуществовать в то же время и находятся в химическом равновесии . Существует также тепловое задержание на время изменения фазы , в течение которого температура системы не меняется.

Полученное твердое вещество макроструктуры из эвтектической реакции зависит от нескольких факторов. Наиболее важным фактором является то, как два твердых раствора зарождаются и растут. Наиболее общая структура представляет собой пластинчатую структуру , но другие возможные структуры включают стержнеобразных, шаровидные и игольчатые .

Non-эвтектические составы

Композиции эвтектических систем, которые не являются в составе эвтектического могут быть классифицированы как доэвтектическая или заэвтектической . Доэвтектических композиции являются те , с меньшим процентным соотношением видов р и большим видового составом альфа , чем эвтектическая композиция (Е) , тогда как заэвтектические растворы характеризуются как те , с более высоким составом видов р и нижним видового составом альфа , чем эвтектики состав. По мере того как температура не-эвтектической композиции снижена жидкая смесь будет осаждаться один из компонентов смеси перед другой. В заэвтектическом растворе, там будет доэвтектоидной фаза видов р , тогда как доэвтектическое решение будет иметь проэвтектоидную фазу альфа.

Типы

сплавы

Эвтектические сплавы имеют два или более материалов и имеют эвтектическую композицию. Когда не-эвтектический сплав затвердевает, его компоненты затвердевают при различных температурах, демонстрируя пластмассовый диапазон плавления. И наоборот, когда хорошо перемешанный, эвтектический сплав плавится, он делает это в одном, резкой температуре. Различные фазовые превращения , которые происходят во время затвердевания конкретного состава сплава можно понять, проведя вертикальную линию от жидкой фазы до твердой фазы на фазовой диаграмме для этого сплава.

Некоторые области применения включают:

другие

  • Хлорид натрия и вода образуют эвтектическую смесь , чья точка эвтектического -21,2 ° С и 23,3% по массе соли. Эвтектической природа соли и воды использована при соль распространяется на дорогах , чтобы помочь удалению снега , или в смеси с льдом , чтобы произвести низкие температуры (например, в традиционных мороженого решений).
  • Этанол-вода имеет необычно смещенную точку эвтектики, т.е. она близка к чистому этанолу, который устанавливает максимальное доказательство , получаемое фракционным замораживание .
    Сплошная-жидкость изменение фазы этанол-вода смесей
  • «Солнечная соль», 60% NaNO 3 и 40% KNO 3 , образует эвтектическую смесь расплавленной соли , которая используется для хранения тепловой энергии в концентрированных солнечных энергетических установках. Для того, чтобы снизить температуру эвтектического плавления в солнечных расплавленных солей, нитрат кальция используют в следующей пропорции: 42% Са (NO 3 ) 2 , 43% KNO 3, и 15% NaNO 3 .
  • Лидокаин и прилокаин ОБЕ являются твердыми при комнатной температуре, образуют эвтектики , что представляет собой масло с температурой плавления 16 ° С (61 ° F) , который используется в эвтектической смеси местных анестетиков (ЭСМ) препараты.
  • Ментол и камфора , оба твердые вещества при комнатной температуре, образуют эвтектики , который является жидкостью при комнатной температуре в следующих пропорциях: 8: 2, 7: 3, 6: 4 и 5: 5. Оба вещества являются общими ингредиенты в аптеке импровизированных препаратов.
  • Минералы могут образовывать эвтектические смеси в вулканических породах, что приводит к характерным срастанию текстурам выставлены, например, granophyre .
  • Некоторые чернила эвтектические смеси, что позволяет струйных принтеров работать при более низких температурах.

Другие критические точки

эвтектоидной

фазовая диаграмма железо-углерод, показывающая эвтектоидное преобразование между аустенитом (& gamma;) и ​​перлитом.

Когда раствор выше точек преобразования является твердым, а не жидкостями, аналогичное эвтектоидное преобразование может произойти. Например, в системе железо-углерод, то аустенит фаза может пройти эвтектоидной преобразование для получения феррита и цементита , часто в слоистых структурах , таких как перлит и бейнита . Эта точка эвтектоидной происходит при 727 ° C (° F тысяча триста сорок один) и около 0,76% углерода.

перитектоидной

Перитектоидное преобразование представляет собой тип изотермической обратимой реакции , которая имеет два твердых фаз , реагирующие друг с другом при охлаждении из двойного, тройного, ..., ичного сплава , чтобы создать совершенно другую и единственную твердую фазу. Реакция играет ключевую роль в том порядке и разложении по квазикристаллическим фазам в нескольких типов сплавов.

перитектическим

Перитектическое преобразование также подобно эвтектическим реакции. Здесь жидкость и твердая фаза фиксированных пропорций реагирует при фиксированной температуре , чтобы получить одну твердую фазу. Так как твердые формы продукта на границе раздела между двумя реагентами, он может образовать диффузионный барьер и , как правило вызывает такие реакции , чтобы протекать значительно медленнее , чем эвтектические или эвтектоидные преобразования. Из - за этого, когда перитектическая композиция затвердевает , он не показывает слоистую структуру , которая найдена с эвтектической кристаллизации.

Такое преобразование существует в системе железо-углерод, как видно вблизи верхнего левого угла фигуры. Это напоминает перевернутую эвтектики, с фазой δ в сочетании с жидкостью для получения чистого аустенита при 1495 ° C (2723 ° F) и 0,17% углерода.

Золото-алюминий фазовой диаграммы (немецкий). Топ Название оси читает «Вес-проценты Gold», нижний заголовок оси чтения «Atomic процентов золота»

В перитектической температуре разложения получает соединение, а не плавление, распадается на другое твердое вещество и жидкость. Доля каждого определяется правилом рычага . В Аль-Au фазовой диаграммы, например, можно видеть , что только два из фаз плавятся конгруэнтно, AuAl 2 и Au 2 Al , а остальное перитектической реакции разлагаться.

Eutectic расчет

Состав и температура эвтектики может быть вычислена по энтальпии и энтропии плавления каждого из компонентов.

Свободная энергия Гиббса G зависит от его собственного дифференциала:

Таким образом, G / T производной при постоянном давлении вычисляется по следующему уравнению:

Химический потенциал рассчитывается , если предположить , что активность равна концентрации:

В равновесии , таким образом , получается как

Использование и интеграция дает

Постоянная интегрирования К может быть определено для чистого компонента с температурой плавления и энтальпию плавления :

Мы получим соотношение, которое определяет мольную долю в зависимости от температуры для каждого компонента:

Смесь п компонентов описывается системой

которая может быть решена путем

Смотрите также

Рекомендации

Список используемой литературы

  • Смит, Уильям F .; Хашеми, Джавад (2006), Основы материаловедения и инженерии (4 - е изд.), McGraw-Hill, ISBN  0-07-295358-6 .

дальнейшее чтение