Системы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии

 

Возможны системы таких веществ, которые в твердом состоянии растворяются друг в друге лишь до некоторого предела концентраций. Эти пределы зависят от температуры. В качестве примера можно назвать системы медь – серебро, олово – свинец.

На рис. 6.3 приведена диаграмма плавкости подобных систем. Поля α и β представляют собой области существования твердых растворов с преимущественным содержанием компонента А (твердый раствор α) и с преимущественным содержанием компонента В (твердый раствор β).

 

 

Рис. 6.3. Диаграмма плавкости системы ограниченно

растворимых веществ

 

На рис. 6.3 отмечены, кроме того, поля, соответствующие существованию твердых растворов. Рассмотрим охлаждение расплава /. При температуре, отвечающей точке L, начинается выпадение кристаллов твердого раствора α. В дальнейшем температура понижается, жидкость изменяет свой состав по линии ликвидуса, а кристаллы твердого раствора – по линии солидуса. При эвтектической температуре, соответствующей положению точки Е, жидкость становится эвтектической и кристаллизуется при постоянной температуре с выделением кристаллов твердых растворов α и β одновременно. После окончания кристаллизации происходит охлаждение твердой смеси.

Кривая охлаждения состоит из нескольких участков: охлаждение жидкого расплава; выпадение кристаллов твердого раствора α фазы и охлаждение твердой α фазы соответственно, линии солидуса; eS – одновременное выпадание кристаллов твердых растворов α и β.

Диаграмма ограниченно растворимых компонентов при больших различиях в температурах их кристаллизации отличается от предыдущей. Расплавление кристаллов одного из твердых растворов сопровождается перитектическим взаимодействием этих кристаллов с жидким расплавом и образованием кристаллов другого твердого раствора. Состав перитектической жидкой смеси в отличие от эвтектической не является промежуточным по сравнению с составом равновесных с ней кристаллов. Перитектический расплав более обогащен одним из компонентов, чем каждый из твердых растворов.

При температуре Т_р происходит перитектическое превращение кристаллов α (состава P_i) и жидкости (состава Р) в кристаллы β (состава Р₂), чему соответствует площадка es на кривой охлаждения. После израсходования всей жидкости остаются кристаллы α и β, С_усл = 2 – 2-j- 1 = 1, температура начинает понижаться. Диаграмма смеси такого типа, например сплава меди с серебром, изображена на рис. 6.4.

 

Рис. 6.4. Диаграмма плавкости системы ограниченно

растворимых веществ

 

При кристаллизации смеси, состав которой характеризуется точками на отрезке Р₂Р, перитектическое взаимодействие заканчивается израсходованием кристаллов α.. При дальнейшем понижении температуры из оставшейся жидкости выпадают кристаллы β.

Системы, образующие устойчивое

Химическое соединение

 

Компоненты бинарных систем могут образовывать друг с другом химические соединения. Вид диаграммы плавкости таких систем зависит от числа химических соединений, их устойчивости и способности к взаимной растворимости с отдельными компонентами.

На рис. 6.5 изображена типичная диаграмма плавкости системы компонентов А и В, образующих устойчивое химическое соединение М, не способное образовывать твердый раствор с этими компонентами. Она представляет собой сочетание двух диаграмм бинарных систем с нерастворимыми в твердом виде компонентами. Поля, отвечающие различному фазовому состоянию системы, отмечены на рисунке. Левая часть диаграммы относится к системе А – М, а правая – к системе М – В. В точке N на кривой ликвидуса имеется максимум, характер которого зависит от устойчивости химического соединения. Для малоустойчивого соединения этот максимум становится широким и плоским. Чем больше диссоциирует образующееся соединение, тем положе максимум.

 

Рис. 6.5. Диаграмма плавкости веществ, образующих

устойчивое химическое соединение

 

Обратите внимание, что вид кривых охлаждения соответствует правилу фаз. Например, горизонтальные пло­щадки этих кривых отвеча­ют нонвариантным системам. При подсчете вариантности нужно учитывать, что данная система бинарна (К = 2), так как химическое соединение не является независимым компонентом. Вид и состав выпадающих кристаллов, а также состав равновесного жидкого расплава можно установить с помощью нод, проходящих через фигуративную точку заданной смеси, как это делалось ранее для других систем.