相圖與相平衡
不一致熔化(incongruent melting)
你遇到的多數固體都乾淨地熔化:加熱純冰,它直接變成完全相同組成的水。那是一致熔化——液相是固相忠實的複本。有些化合物就是不肯這麼整齊。加熱它們時,它們不熔成與自身組成相同的液相,而是分裂成一個不同的固相、加上一份組成與原物截然不同的液相。這種凌亂、分裂的熔化就是不一致熔化:化合物撐不到自己的熔點,先分解了。
在相圖上,不一致熔化的化合物豎立成一條垂直線(它固定的組成),但其頂端並不向上通往簡單的液相區。它反而終止於一個特殊的水平台階,即包晶,加熱時的反應是:固態化合物 → 另一種固相 + 液相。教科書裡的礦物例子是頑火輝石 MgSiO3:加熱到夠高溫,它不給出 MgSiO3 組成的液相,而是分裂成鎂橄欖石晶體(Mg2SiO4)加富矽液相。鉀長石也是如此,分解成白榴石加液相——這一點影響了瓷器如何玻化。
為何這對陶瓷工作者重要:不一致熔化意味著你無法僅靠加熱就製得該化合物的純熔體,這使得長單晶或澆鑄該組成的玻璃變得複雜。它也意味著燒成時的第一滴液相、以及存活其中的晶體,是由包晶決定,而非任何簡單的熔點。從相圖讀出不一致熔化,能告訴你哪個固相會持續到高溫、共存液相為何——這對預測耐火行為、以及理解莫來石與鎂橄欖石何以是那樣的倖存者,至關重要。
把頑火輝石(MgSiO3)加熱越過其穩定極限,它不會熔成 MgSiO3 液相。它反而分解:固態鎂橄欖石(Mg2SiO4)晶體與富矽液相一同出現。你無法靠加熱該化合物得到乾淨的 MgSiO3 熔體——這就是寫進 MgO-SiO2 相圖裡的不一致熔化。
不一致熔化的化合物加熱時分解成一個不同的固相、加上組成不同的液相。
「不一致」意味著熔體與固相不相符——所以單靠加熱無法給你該化合物的純液相。這就是為什麼有些陶瓷與礦物化合物難以從同組成熔體長出單晶。
又称
另见