相圖與相平衡

二元相圖(binary phase diagram)

現在讓兩種成分混合。二元相圖是陶瓷的主力地圖:組成沿底軸展開,從左邊某一組元的百分之百到右邊另一組元的百分之百,溫度則沿縱軸上升。壓力固定在一大氣壓,被默默略去。地圖上每一點都是某溫度下的一份配方(一種混合),它落在哪個區域,就告訴你該處穩定的是哪一相或哪些相、以及它們的組成。

讀圖是簡單的兩步習慣。用整體組成與溫度找到你的點。若它落在只有一個標籤的區域,你就擁有那單一個相,就這樣。若它落在兩相區,在該溫度橫著畫一條水平線——連接線(tie line)——橫過該區域;它與兩條邊界曲線相交之處給出兩個共存相的組成,接著槓桿法則告訴你各有多少。全固態區的上邊界、其上開始出現液相者稱固相線;其上一切皆熔者稱液相線;兩者之間固液共存。

這些地圖承載著陶瓷工作者每天讀取的整套詞彙:液相在最低溫首度出現的共晶凹陷、一種晶體溶解另一種的固溶區、像莫來石或尖晶石那樣豎立成垂直線的中間化合物、以及化合物不一致熔化的包晶台階。從單一張二元相圖,你就能預測形成玻璃結合的燒成溫度、耐火材料的安全服役上限、以及坯體會維持固態還是塌陷。它是被畫成一幅你能用一把尺導航的圖像的平衡熱力學。

取 70 wt% Al2O3 / 30 wt% SiO2 的混合物,在氧化鋁-氧化矽相圖上加熱到 1600 度 C。該點落在莫來石加液相的兩相區。一條連接線讀出液相組成(富矽)與莫來石組成;槓桿法則接著告訴你大約形成了多少液相。這單一次讀取就能預測該件在 1600 度 C 是否還撐得住形狀。

組成橫向、溫度縱向;找出你的點,在兩相區用連接線給出兩個相的組成。

二元相圖是平衡地圖,不是時間表。真實燒成太快,來不及達到完全平衡,所以圖上說應消失的介穩玻璃與殘留未反應相,常常照樣存活下來。

又稱
two-component diagram二組元相圖