共晶(eutectic)
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撒在結冰路面上的鹽,就是日常的共晶。鹽並不會讓冰變熱——它降低了冰與鹽水能共存的溫度,於是本來在 0 度 C 結凍的冰,現在到零下十度甚至更低才熔化。把兩種東西混在一起,可以得到一種熔點遠低於任一純成分的混合物。那道熔化谷的最低點、在單一最低溫熔化的組成,就是共晶。這個字源自希臘文「易熔」,而它正是如此。
在二元相圖上,共晶顯現為一個 V 字的谷底,兩條液相線俯衝而下相會於此。在該點,冷卻時發生單一反應:液相直接同時轉變為兩個固相,寫作 L → α + β。因為那裡三相共存(兩固相與液相),相律把它釘死:二元、固定壓力時 F = C - P + 1 = 2 - 3 + 1 = 0。零自由度,一個不變點——共晶坐落在唯一確切的組成與唯一確切的溫度,剩下的整份液相在此凝固而溫度不變,形成特有的細緻、兩相彼此交織的組織。
對陶瓷工作者而言,共晶是動作開始與停止之處。加熱時,它是任何液相首度出現的最低溫,因此它決定了形成玻璃結合的燒成溫度,也決定了耐火材料軟化失效的上限。長石之類的助熔劑加進白陶器,正是為了製造一個低共晶,把玻化溫度拉低到窯爐能達到的程度。而雜質氧化物中的共晶,往往是一塊本應撐到 1800 度 C 的耐火材料實際在 1400 度就塌陷的隱藏原因。
在瓷坯中加入鉀長石作助熔劑。單獨的氧化矽近 1723 度 C 才熔化——對窯爐而言太高了。但長石-矽-鋁的共晶讓液相在約 1200 到 1250 度 C 就出現,那早生的液相溶解並黏結顆粒,使瓷器在窯爐能達到的燒成溫度下玻化。共晶正是這份配方管用的全部原因。
共晶是液相首度出現的最低隘口——L 轉為兩固相,是 F = 0 的不變點。
共晶是熔點最低的混合物,不是任一純組元的熔點——它也不是化合物。它是一個固定組成,凝固成兩種各自維持結構的獨立固體交織而成的密切混合。