Атты күйде ерімейтін жүйелердің фазалық диаграммалары.Перитектикалық және эвтектикалық жүйелердегі фазалық диаграммалар.

Компоненттері сұйық және қатты күйде толығымен еритін қорытпалардың күй диаграммасы (42-сурет). Қатты күйдегі қорытпаларда қатты ерітінділердің үздіксіз тізбегі түзіледі. Ерігіштігі шексіз қатты ерітінділер Аg – Аu; Сu– Аu; Сu–Ni және т.б. қорытпаларда болады.

Компоненттері сұйық күйде толығымен еритін, бірақ қатты күйде шектеулі еритін және эвтектикалық реакция салдарынан механикалық қоспа түзетін қорытпалардың күй диаграммасы (43-сурет). В компонентінің А компонентіндегі шекті ерігіштігі р нүктесі арқылы анықталады әрі бұл ерігіштік қыздыру кезінде өзгермейді. А компонентінің В компонентіндегі шекті ерігіштігі к нүктесі арқылы анықталады. Сондықтан да құрамы осы нүктелерден солға (I қорытпа) немесе оңға (II қорытпа) қарай жатқан қорытпалар, дәл бұрынғы күй диаграммаларындағы қорытпалар сияқты кристалданады.

III қорытпа эвтектикалық (ең оңай балқитын) деп аталады. Ол белгілі бір концентрациядағы екі қатты фазаны бір мезгілде бөле отырып, изотермиялық түрде кристалданады; Е концентрация нүктесі бар α қатты ерітіндісі, F концентрация нүктесі бар β қатты ерітіндісі.Мұның нәтижесінде эвтектика деп аталатын механикалық қоспа түзіледі:

Ж_с→ эвтектика (α_Е + β_F).

Эвтектикалық процесс изотермиялық түрде және фазалар концентрациясының тұрақты жағдайында жүреді. Өйткені екі компонентті қорытпада бір мезгілде үш фаза болады. Жүйенің еркіндік дәрежесінің саны нольге тең: с = к+1- ф = 2+1-3=0.

Эвтектикаға фазалардың белгілі бір сандық ара қатынасы тән. Бұл ара қатынас берілген элементтер жүйесі қорытпаларының барлығында да тұрақты болып қалады. 43-суреттегі диаграмма үшін эвтектикадағы фазалардың сандық құрамы α_Е/ β_F = СF/ЕС кесінділермен анықталады.

44, б- суретте пластинкалы эвтектика схема түрінде көрсетілген. Эвтектикадағы α және β кристалдарының формасы пластинка түрінде болады, әрі олар өздерінше бір бірінен кейін орналасып,қатар түзейді.

Эвтектикаға дейінгі IV қорытпада (43-суретті қара) эвтектикалық түрленуден бұрын, 1-2 нүктелерінің температура интервалында сұйық ерітіндіден α кристалдары бөлініп шығады. Осы бөліну салдарынан қалған сұйық фаза В компонентімен байыды. Осыған байланысты 2 нүктесі температурасына дейін суыту нәтижесінде қорытпада Ж_с + α_Е екі фазасы түзіледі. Қорытпадағы бұл фазалардың саны:

кесінділер ара қатынасымен анықталады.

2 нүктесі температурасында қорытпаның сұйық бөлігі эвтектикаға айналады:

Ж_с + α_Е

↓

Эвтектикадан кейінгі V қорытпа үшін кристалдану, 1 – 2 нүктелерінің температура интервалында, қиын балқитын В компоненті мол β-фазасын бөліп шығарумен қабаттаса жүреді. Мұның өзі сұйық ерітіндіде осы элементтің азаюына әкеліп соғады. Бөлініп шығатын β кристалының құрамы 1¹ нүктесінен F нүктесіне, ал сұйық фаза құрамы 1 нүктесінен С нүктесіне дейін өзгереді.

Қорытпаны 2 нүктесі температурасына дейін суытқанда Ж_с + β құрылымы пайда болады. Бұл жағдайда осы фазалардың саны:

кесінділер ара қатынасынан анықталады.

2 нүктесі температурасында қорытпаның сұйық бөлігі эвтектикаға айналады:

Ж_с + β_Е

↓

Мұндай қорытпаның ақырғы құрамы 44, в- суретте көрсетілген.

Жоғарыда айтылғандардан, бөлме температурасында эвтектикаға

дейінгі және эвтектикадан кейінгі барлық қорытпалардың құрылымында эвтектиканың бар екендігі көрінеді және олардың фаза – құрамы барлық жағдайда да тұрақты болатындығы байкалады. Алайда қорытпалардағы эвтектика саны әр түрлі, өйткені эвтектика С нүктесі концентрациясының сұйық фазасынан түзіледі. Ал әр түрлі құрамды қорытпадағы бұл сан әр алуан, өйткені ол Е2 кесіндісімен анықталады. Қорытпа құрамы эвтектикалыққа жуық болған сайын, оның құрамында эвтектика да артады(43 суретті қара).

Қорытпадағы құрылымдық құраушылардың (эвтектиканы құрылымдық құраушы деп санау керек) сандық ара қатынасын 43 суретте көрсетілген бөлме температурасындағы құрылымдық диаграмма бейнелейді. Мұндай диаграмманы қорытпаның химиялық құрамы (х осі) және қорытпадағы құрылымдық құраушылардың сандық проценттік үлесі (у осі) кординаталар құрайды. Бұл диаграмманың барлық сызығы түзу болуға тиіс, өйткені құрылымдық құраушылар саны кесінділер ережесімен анықталатын фазалардан түзіледі.

Компоненттері сұйық күйде толығымен еритін, бірақ қатты күйде іс жүзінде бір-бірінде ерімейтін және эвтектикалық реакция салдарынан механикалық қоспа түзетін қорытпалардың күй диаграммасы(45-сурет). Мұндай типтегі қорытпалардың қатты фазалары – химиялық таза компоненттер немесе тұрақты стехиометриялық құрамның аралық фазалары.

Эвтектикалық, сондай-ақ эвтектикаға дейінгі және эвтектикадан кейінгі қорытпалардың құрылымы 44-суретте көрсетілгендей болып бейнеленеді. Күй диаграммаларының мұндай типтері Рb – Sb,Su – Zn қорытпаларында байқалады.

Компоненттері сұйық күйде толығымен еритін, қатты күйде шектеулі еритін және перитектикалық реакция салдарынан механикалық қоспа түзетін қорытпалардың күй диаграммасы (46-сурет). α және β қатты ерітінділері – ерігіштігі шектелген қатты ерітінділер.

В компоненті α нүктесі анықтайтын шамдан кіші не в нүктесі анықтайтын шамадан үлкен қорытпалардағы кристалдану бір фазалы α және β (сәйкес түрде) қорытпалардың пайда болуына әсер етеді.

1. қорытпа перитектикалық деп аталады. б нүктесі температурасында сұйық фазадан β-кристалының алдын ала бөлініп шығуынан кейін қорытпа перитектикалық түрленуге ұшырайды. Мұның салдарынан Ж_α сұйық фазасы мен β_b қатты фазасы бір-бірімен әсерлесе отырып, жаңа α_в қатты фазасын құрайды:

Ж_а+ β_b → α_в

α_в фазасының түзілуіне қажетті Ж_а және β_b фазаларының саны төмендегі ара қатынастан анықталады:

1-б нүктелері арасындағы кристалдану температурасы интервалы мен перитектикалық реакция температурасындағы еркіндік дәрежесінің санын есептеуден төмендегідей мәндер алынады:

t₁ температурада с=к+1-ф = 2+1-2=1;

t_абв температурада с=к+1-ф = 2+1-3=0.

Сондықтан да кристалдану бірінші интервалда айнымалы температура кезінде жүреді. Бұл жағдайда әрбір температураға фазалардың белгілі бір концентрациясы сәйкес келеді (t₁ температурада Ж_а′ β_b′)

Перитектикалық процесс тұрақты фазалар концентрациясы кезінде изотермиялық жағдайда жүреді.

Перитектикалық реакция температурасындағы перитектикалыққа дейінгі және одан кейінгі қорытпаларда артық сұйық фазалар немесе сәйкес β-фазалар болады. Осыған байланысты перитектикалыққа дейінгі қорытпаларда (II қорытпа) перитектикалық реакция жаңа α-фазаның түзілуімен аяқталады, бірақ артық β-фазалар әлі де қалады:

Ж_а + β_b →α_в + β_b (қалдық).

Осының нәтижесінде қорытпада кристалдардың α_в және β_b типтерінен тұратын механикалық қоспа құрылымы пайда болады (47-сурет). Екі фазасы да бір мезгілде әрі бір қалыпты алмасатын эвтектикалық қоспадан перитектикалық түрлену кезінде алынатын механикалық қоспаның өзгешелігі, – бұрын пайда болған фаза (біздің жағдайымызда, бұл β-фаза) кейін пайда болған фазалармен қоршалады. Мұның үстіне мұндай қоспалардағы фазалардың сандық ара қатынасы айнымалы болады: қорытпа перитектикалық құрам концентрациясына жақындаған сайын, қорытпада а фазалары арта түседі.

Перитектикалық реакцияда перитектикалыққа дейінгі қорытпалар (III қорытпа) толығымен қатаймайды, өйткені жаңадан пайда болған фазасымен қатар сұйық фаза да сақталады:

Ж_а + β_b → α_δ + Ж_а (қалдық)

2-3 температура интервалында қалдық сұйық фазадан а кристалдары бөлініп шығады. Қорытпа 3 нүктесінде толығымен қатаяды, қорытпаның құрылымы бір фазалы болып келеді және осымен қоса перитектикалық реакцияда пайда болған а кристалдарын,сұйық ерітіндіден тікелей бөлініп шыққан а кристалдарынан ажырату қиынға соғады.

Компоненттері сұйық күйде толығымен еритін және орнықты аралық фазалар түзетін қорытпалардың күй диаграммасы (48-сурет).

Қорытпаның Д′ нүктесіне (48, а-сурет) сәйкес оның химиялық құрамында, қорытпада аралық фаза түзіледі. Оның құрамы А_m В_n арқылы белгіленеді. Фаза орнықты, өйткені ол балқу температурасына (Д нүктесі мен белгіленген) дейін қыздырылсада сақталады. А және В таза компоненттері бар мұндай фазалардың күй диаграммаларын бір-біріне тәуелсіз қарастыру керек. 48, б-суретте аралық β- фазасы айнымалы құрамды болатын қорытпалардың күй диаграммалары келтірілген.

Компоненттері сұйық күйде толығымен еритін және орнықсыз аралық фаза түзетін қорытпалардың күй диаграммасы(49-сурет).

А_m В_n аралық фазасы абв сызығына сәйкес температурадағы перитектикалық реакция нәтижесінде түзіледі. Перитектикалық құрамдағы қорытпа (I қорытпа) үшін реакция:

Ж_а + В → А_m В_n формуласы бойынша жүреді.

Бұл фаза қыздыру кезінде, қорытпа толығымен балқып болмай-ақ жойылады яғни фаза S нүктесі температурасында жойылады да, қорытпа 1 нүктесі температурасында балқиды.

Перитектикалықтан кейінгі қорытпаларда (II қорытпа) реакция

А_m В_n + В механикалық қоспаның түзілуімен бітеді.

Перитектикалыққа дейінгі қорытпаларда (III қорытпа) кристалдану 3 нүктесінде эвтектиканың (А + А_m В_n) түзілуімен аяқталады. А_m В_n құрылымдық бос кристалдар ішінара перитектикалық реакцияларда, ішінара 2 – 3 температура интервалында сұйық қорытпадан тікелей бөліну арқылы түзіледі.