二组元材料热力学ppt课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,材料热力学,与动力学,北京航空航天大学,材料科学与工程学院,1材料热力学与动力学北京航空航天大学,2,理想溶体模型,规则溶体模型,溶体的性质,亚规则溶体模型,化学势与活度,两相平衡,(,含固,-,液平衡,),溶解度曲线与固,-,固平衡,2理想溶体模型,化学势,根据,G,m,-X,曲线可求出对应一定成分的两个组元的化学势。,既然此二式描述了自由能和化学势的关系，一定会体现在,Gm-X,图上。,规则溶体模型,化学势的具体表达式因溶体模型而异：,理想溶体化学势中没有与,I,AB,有关的过剩项；规则和亚规则溶体中有与,I,AB,有关的过剩项。,小 结,化学势根据Gm-X曲线可求出对应一定成分的两个组元的化学势。,4,*,固溶体中,原子定向迁移的,驱动力,是,化学势梯度,，而,不是浓度梯度,。但是化学势的梯度经常和浓度梯度方向一致，因此表现出原子沿着浓度梯度的方向迁移。,化学势梯度与浓度梯度的方向是否一致,取决于自由能曲线的形状。,G,m,-X,无拐点,:,一致,G,m,-X,有拐点,:,在某一浓度范围内可以与浓度梯度相反,将,发生上坡扩散。,扩散方向判定,溶体性质,I,AB,4*固溶体中原子定向迁移的驱动力是化学势梯度，而不是浓度梯,5,化学势表述,存在,缺点,:(1),无法求得绝对值,(2),在,i,组元的成分,X,i,0,时，,i,-,活 度,活度既能克服化学势的缺点,又能保存化学势基本特征,此定义与溶体模型无关,对于二元系,规则溶体,f,i,:,活度系数,活度系数的产生原因：相互作用能,I,AB,0,如果,I,AB,=0,(,理想溶体,),f,i,=1,a,i,=X,i,如果,I,AB,0,则,:,f,i,1,a,i,0,则,:,f,i,1,a,i,X,i,5化学势表述存在缺点:(1)无法求得绝对值(2)在 i,Henrys Law(,稀溶体的溶质定律,）：在温度一定时，稀溶体中溶质的活度系数为常数,.,以,B,为溶质,的稀溶体,以,B,为溶剂,的稀溶体,Raoults Law(,稀溶体的溶剂定律,):,当溶质的浓度极低时,稀溶体中溶剂的活度系数接近于,1,，即,:,Henrys Law(稀溶体的溶质定律）：在温度一定时，稀,处于热力学平衡中的两相，遵守：,热平衡,(,两相温度相同,),力平衡,(,压力相同,),化学平衡,(,传质相同,),两相平衡的基本判据,:,体系的,Gibbs,自由能为极小值,A-B,二元系,，在,P,T,一定时,在,和,两相平衡,共存的状态下，根据平衡态判据应该有：,两 相 平 衡,二组元材料的热力学,理论是材料热力学最基本的内容。,二元系相平衡,(Phase equilibrium),是分析多组元体系材料中相平衡的基础。以此为基础，掌握运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。,处于热力学平衡中的两相，遵守：两相平衡的基本判据:体系的G,两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学势相等,.,等温等压和,n,B,不变条件下，,n,A,的微小变化引起自由能的变化,组元,A,在,和,相中摩尔数之和为常数,同理,等温等压下,两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学势相等.等温等压,9,两相平衡的化学势相等条件,-,公切线法则,切点成分满足同一组元在两相中化学位相等,-,两相平衡的条件,对两相的自由能曲线作公切线，可求出：,平衡相的成分点,两相平衡的成分范围,某一温度,T,化学势反映了,某一组元从某一相中逸出的能力,。某一组元在某一相中,化学势越高,，它从这一相,迁移到另一相中的倾向越大。,化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。,9两相平衡的化学势相等条件-公切线法则切点成分满足同一组,10,切点成分,：给定温度下的,两平衡相成分,。,成分位于公切点之间,的合金,，处于,多相平衡,，因为此时自由能的值最低。,公切线法则,(Common tangent law),:,成分位于公切点之外，,自由能？单相的液体或者固体的自由能？（体积分数）,10 切点成分：给定温度下的两平衡相成分。公切线法则(Com,11,公切线确定偏聚固溶体的分解,吉布斯自由能成分,公切线确定两相平衡,G,x,E,B,x,F,B,x,B,E,F,x,B,x,B,x,o,G,a,b,P,Q,11公切线确定偏聚固溶体的分解吉布斯自由能成分GxEBxF,12,-L,及,-L,的两相平衡,二元合金系中的,3,相平衡,+L,L,+L,L,A,B,X,B,X,1,X,3,X,4,X,2,A,B,12-L及-L的两相平衡二元合金系中的3相平衡+L,13,固溶体与中间相的平衡,二中间相的两相平衡,G,A,B,X,B,A,B,X,B,13固溶体与中间相的平衡二中间相的两相平衡GABXB,14,固,-,液两相平衡,A-B,二元系固,-,液两相,(,-L),平衡的条件为,A,、,B,组元在固、液相中的化学势相等,计算给定温度下固液两相平衡成分,当,固、液,两相均用,规则溶体模型,描述时,14固-液两相平衡A-B二元系固-液两相(-L)平衡的条件,15,纯组元液态摩尔自由能,可用固态的摩尔自由能,和熔化焓表示,同上，当温度处于,熔点,T,B,附近时,:,当,温度处于熔点,T,A,附近,时，可以认为,:,15纯组元液态摩尔自由能可用固态的摩尔自由能和熔化焓表示同上,16,固,-,液平衡时,当热力学参数 已知时，求解上面的联立方程组可以求得各个温度下的相平衡成分,16固-液平衡时当热力学参数,17,【,例,】,：,A-B,二元系的液相及固相均为,理想溶体,，,A,和,B,两 组元的熔点为,T,A,1000K,，,T,B,=700K,，试求该二元系的液相线和固相线。,解：将题中的各参数代入下式,对于理想溶体,17【例】：A-B二元系的液相及固相均为理想溶体，A和 B,18,液固相线之间的距离,取决于,熔化熵,，熔化熵越大，液固相线间的距离就越大。,将已知条件代入,18液固相线之间的距离取决于熔化熵，熔化熵越大，液固相线间的,例：,试利用规则溶体模型和,Richard,经验定律，分析液固两相相互作用能之差对液固相线极值的影响。,解：假设,I,AB,L,=0,按规则溶体模型：,液固两相平衡时：,Richard,经验定律：,T,A,、,T,B,：纯金属,A,、,B,的熔点,固溶体相规则溶体,液体相理想溶体,(,I,AB,=0,),纯金属组元,例：试利用规则溶体模型和Richard经验定律，分析液固两,20,在液固相线的极大或极小值处，液固,两相的成分相等，即在温度,T,m,处,20在液固相线的极大或极小值处，液固,21,相互作用能对液固相线影响的基本公式：,21相互作用能对液固相线影响的基本公式：,二组元材料热力学ppt课件,23,【,例,】,现代信息产业中使用的半导体测量如,Ge,、,Si,等都是纯度非常高的材料。有时纯度甚至高达,8N,。试分析如何,利用固液相平衡原理来提纯材料。,解：普通的冶金方法无法获得如此高的纯度，利用液固两相平衡成分的差异可实现,-,区域熔炼,。,将微量的杂质,B,与元素,A,构成以,B,为溶质的二元合金系统。可能出现两种情况,固溶体中,B,含量小于液相,固溶体中,B,含量大于液相,(Pfann-,贝尔实验室,-Si,、,Ge,提纯,),23【例】现代信息产业中使用的半导体测量如Ge、Si等都是纯,24,合金的初始成分为,a,的合金在,温度,T,1,熔化后，液体平衡成分为,结晶出的固溶体成分为,固溶体杂质含量低于液体相,合金成分为,p,的合金在,温度,T,2,熔化后，液体平衡成分,.,合金成分为,r,的合金在,温度,T,3,熔化后，液体平衡成分,.,重凝区的杂质含量低于熔化区,24合金的初始成分为a的合金在温度T1 熔化后，液体平衡成分,25,合金的初始成分为,a,的液体凝固后，固体平衡成分为,n,液体相中的杂质含量低于固溶体杂质含量,重凝区域的杂质含量高于熔化区域,25 合金的初始成分为a,26,【,例,】,近年来，,Mg,合金以其轻质的优势在航空、航天、汽车等工业领域备受关注。其中,Mg-Al,合金系是最重要的基础系统，,Mg,17,Al,12,(,相,),是最重要的第二相。试通过,Mg-Al,合金相图中液固相线的分析，了解,相中,Mg,和,Al,原子间的相互作用特点。,26【例】近年来，Mg合金以其轻质的优势在航空、航天、汽车,27,根据,Mg-Al,相图可以看出，,Mg,l7,Al,12,相的液固相线有极大值。这说明相对于假定为理想溶体的液相，,Mg,17,Al,12,相中,Mg,和,Al,之间的相互作用能,I,AB,是负值,。,相互作用能对液固相线影响的基本公式,以,相外推,27根据Mg-Al相图可以看出，Mgl7Al12相的液固相线,28,上列计算假设了,I,MgAl,L,=0,，了解,Mg,17,Al,12,相中,Mg,和,Al,之间的实际相互作用能还需要估算,I,MgAl,L,的数值。,固液,+L,两相平衡时：,A-Al,B-Mg,28上列计算假设了IMgAlL=0，了解Mg17Al12相中,29,因此，,Mg,17,Al,12,相中,Mg,和,Al,之间的实际相互作用能的数值应该为,:,Mg,17,Al,12,相中,Mg,和,Al,之间有很强的吸引作用,查化学物理手册,29因此，Mg17Al12相中Mg和Al之间的实际相互作用能,11,醉翁亭记,1,反复朗读并背诵课文，培养文言语感。,2,结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。,3,把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。,4,体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修,(1007,1072),，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰,(,今属江西,),人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年,(1045,年,),，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字,1,初读文章，结合工具书梳理文章字词。,2,朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁,/,皆山也。其,/,西南诸峰，林壑,/,尤美，望之,/,蔚然而深秀者，琅琊也。山行,/,六七里，渐闻,/,水声潺潺，而泻出于,/,两峰之间者，酿泉也。峰回,/,路转，有亭,/,翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者,/,谁？山之僧,/,曰,/,智仙也。名之者,/,谁？太守,/,自谓也。太守与客来饮,/,于此，饮少,/,