相圖與相平衡

相(phase)

想像一杯冰水。冰是一種東西,液態水是另一種,上方的空氣是第三種。每一者內部都是均勻的,而且你能指出一個界面,一者到此為止、下一者由此開始。這些均勻、可分離的部分,每一個都是一個相。相就是系統中任何從頭到尾都相同的區域——相同的晶體結構(或同為液體、氣體)、相同的組成——並且與鄰居之間隔著一個原則上可以分開的界面。

關鍵字是結構與組成。兩塊完全相同化學組成的東西,如果原子堆疊方式不同,仍可以是兩個不同的相:石英(quartz)與白矽石(cristobalite)都是純 SiO2,但因為矽氧四面體排列圖案不同,它們是不同的結晶相。一種液體和它自己的晶體是兩個相。就連燒好的陶器內部充氣的氣孔也算一個相(蒸氣相)。燒成的瓷器是同時多相的好例子:針狀的莫來石(mullite)晶體、殘留的石英顆粒、把它們黏在一起的連續玻璃相,以及孔隙——一塊固體裡就有四個相。

陶瓷工作者為何在意:幾乎每一項性質都取決於存在哪些相、各有多少、如何排列。晶界上的玻璃相主宰高溫潛變與介電損耗;第二結晶相可以增韌也可以致脆;燒成時出現的一點點液相,正是把坯體焊在一起的東西。數相與辨相是相圖能為你做的第一件事,而吉布斯相律(F = C - P + 2)根本就是一條關於多少相能共存的公式。

在相圖上取一個點——比如純氧化鋁維持在 1600 度 C。直接從圖上讀出:一個相,固態剛玉。再看純冰在 0 度 C、1 大氣壓:冰與液態水共存——同時兩個相。你還沒碰到材料,圖就已告訴你相的數目。

相是均勻、可分離的一塊;相圖每一區域都標出在該處穩定的相(或多相)。

化學組成相同不代表同一個相:石英、鱗石英與白矽石都是 SiO2,卻是三個不同的結晶相。反過來,跨越一段組成範圍的固溶體仍可以是單一個相,因為它維持著一種連續的結構。

又称
homogeneous phase均勻相