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1、耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地1相图应用相图应用 耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地2 重点内容：重点内容：一、相平衡理论基础一、相平衡理论基础1、二元系统（固溶体、二液区）二元系统（固溶体、二液区）2、三元系统（固面图、等温截面图、等组成截面图）三元系统（固面图、等温截面图、等组成截面图）二、相平衡应用技术二、相平衡应用技术 1、CaO-Al2O3-SiO2系统系统 2、MgO-Al2O3-SiO2系统系统3、CaO-MgO-SiO2系统系统 4、非均一异相平衡体系、非均一异相平衡体系 5、多元体系转换三元系统、多元体系转换三元系统耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地3教
2、材：教材：相图分析及应用相图分析及应用陈树江，田凤仁，李国华等陈树江，田凤仁，李国华等参考书：参考书：1怎样看硅酸盐相图怎样看硅酸盐相图，沈鹤年沈鹤年2相图：原理、计算及在冶金中的应用相图：原理、计算及在冶金中的应用，张圣弼，张圣弼3相平衡和相图基础相平衡和相图基础，顾菡珍，叶于浦编著，顾菡珍，叶于浦编著4高温相平衡与相图高温相平衡与相图，郭祝昆，林祖襄，郭祝昆，林祖襄5相图基础与耐火材料相平衡相图基础与耐火材料相平衡，李广平，张垂昌，李广平，张垂昌耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地4 1.1 目的和意义目的和意义设计耐火材料的组成设计耐火材料的组成指导耐火材料的生产指导耐火材料的生产分
3、析耐火材料的应用分析耐火材料的应用第一节第一节绪绪论论耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地5AlN-Al2O3-MgO系相图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地6 Al2O3-SiO2-CaO系固面图系固面图Solidus face diagram of Al2O3-MgO-SiO2 system Al2O3-MgO-SiO2系系1600等温截面图等温截面图Isotherm cross section of Al2O3-SiO2-CaO system（1600）耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地7 1.2 相图的局限性相图的局限性 1相相图图是是在在热热力力学学基基础础上上建建立
4、立起起来来的的，只只能能说说明明宏宏观观系系统统的状态的状态，未牵涉到微观结构。，未牵涉到微观结构。2相相图图是是在在平平衡衡条条件件下下建建立立的的，对对实实际际生生产产和和科科研研中中非非平平衡状态应加以修正衡状态应加以修正。3相相图图只只能能说说明明系系统统处处于于平平衡衡的的条条件件以以及及系系统统趋趋于于相相平平衡衡的方向和限度的方向和限度，但不能回答系统趋于相平衡的速度。，但不能回答系统趋于相平衡的速度。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地82.1多组分系统多组分系统2.2含固溶体系统含固溶体系统2.3含二液区系统含二液区系统 第二节第二节二元相图二元相图耐火材料与高温陶瓷国家
5、重点实验室培育基地92.1增加系统组分增加系统组分耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地102.2形成有限固溶体形成有限固溶体耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地11形成无限固溶体形成无限固溶体耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地122.3形成二液区形成二液区含二液区的二元系统混含二液区的二元系统混合物合物x从高温液态冷却至从高温液态冷却至t1，开始形成开始形成L1和和L2两相两相平衡共存但互不混溶的平衡共存但互不混溶的液体。液体。可能由于互不混溶的可能由于互不混溶的液相粘度较高，或将该液相粘度较高，或将该液体理解为液体理解为“假固体或假固体或假固相假固相”。形成二液区有利。形成二液
6、区有利。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地13多组分对系统高温性能不利多组分对系统高温性能不利同组分条件下形成固溶体对系统高温性能有利同组分条件下形成固溶体对系统高温性能有利同组分条件下形成二液区对系统高温性能有利同组分条件下形成二液区对系统高温性能有利 认识：认识：耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地14第三节第三节三元相图三元相图3.1固面投影图固面投影图3.2等温截面图等温截面图3.3等组成截面图等组成截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地15 3.1 固面投影图（固面图）固面投影图（固面图）将三元系统立体图的固面（其上有将三元系统立体图的固面（其上有无变量点无变量点温
7、度温度-组成点的平面三角形）组成点的平面三角形）投影到该立体图的底面三角形上，把投影到该立体图的底面三角形上，把固化温度标记在上面而得到的图。固化温度标记在上面而得到的图。3.1.1定义定义耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地16耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地17耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地18耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地193.1.2 意义意义该三元系统内任一混合物冷却时都在该温度下完该三元系统内任一混合物冷却时都在该温度下完全凝固，析出系统顶角三个化合物的晶体；加热时则全凝固，析出系统顶角三个化合物的晶体；加热时则在该温度开始出现液相。在该温度开始出现
8、液相。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地203.1.3系统中如有固溶体（用虚线标出）系统中如有固溶体（用虚线标出）耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地213.1.4举例举例画出画出CaO-Al2O3-SiO2固面图固面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地22耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地23高铝浇注料的组成和高温性能高铝浇注料的组成和高温性能A4,A6,K9,K523Thinkalumina,thinkAlmatis.Wt%红柱石浇注料红柱石浇注料12刚玉浇注料刚玉浇注料12SiO238363.6Al2O358619793TiO20.7CaO2.312.51.5Alk
9、alies0.30.30.30.2理论共熔点理论共熔点C1345134518751512高温抗压高温抗压1500CMPa111480硅微粉硅微粉+基质氧化铝基质氧化铝+理论理论vs.实践实践OK?OKOKOK耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地24红柱石浇注料红柱石浇注料CaOAl2O3SiO224Thinkalumina,thinkAlmatis.浇注料基质组成不同于浇注料基质组成不同于浇注料整体的化学组成浇注料整体的化学组成结合剂结合剂(水泥水泥)和细粉和细粉(-Al2O3粉粉,硅灰硅灰)只只存在于基质当中存在于基质当中红柱石浇注料基质红柱石浇注料基质1:1345红柱石浇注料红柱石浇注
10、料基质基质2:1512耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地2525Thinkalumina,thinkAlmatis.红柱石浇注料抗蠕变性能红柱石浇注料抗蠕变性能(0.2MPa,1500)红柱石浇注料红柱石浇注料2红柱石浇注料红柱石浇注料1耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地26问题：问题：1、某温度下，耐火材料中有哪些相处于平衡，各相相、某温度下，耐火材料中有哪些相处于平衡，各相相对含量是多少？对含量是多少？2、了解某温度下杂质加入量对物料相平衡关系的影响。、了解某温度下杂质加入量对物料相平衡关系的影响。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地273.2 等温截面（横截面）等温截面（
11、横截面）在三元系统立体模型上横向地切一刀所得的截面。在三元系统立体模型上横向地切一刀所得的截面。3.2.1 定义定义耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地283.2.2 意义意义（1）分析某温度下，物料有哪些相处于平衡，各相相对含量）分析某温度下，物料有哪些相处于平衡，各相相对含量是多少。（是多少。（可用杠杆规则计算可用杠杆规则计算）（2）了解某温度下杂质加入量对物料相平衡关系的影响。）了解某温度下杂质加入量对物料相平衡关系的影响。（3）对比不同温度的等温截面图，了解不同温度下处于平衡）对比不同温度的等温截面图，了解不同温度下处于平衡的各相及其相区面积的变化。的各相及其相区面积的变化。（4）
12、从横的方面帮助理解相图内部全液相、单固相、双固相）从横的方面帮助理解相图内部全液相、单固相、双固相和全固相区的空间概念。和全固相区的空间概念。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地293.2.3 作图方法作图方法（1）以某温度的等温线）以某温度的等温线 （如在液面上）为界（如在液面上）为界 将相图划分为全液相区将相图划分为全液相区和其他相区。和其他相区。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地30液面上的等温线（虚线）液面上的等温线（虚线）耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地31(2)如等温线与界线相交，如等温线与界线相交，则由交点与界线所划分则由交点与界线所划分的初晶区所对应晶相组的初
13、晶区所对应晶相组成点作连线，进一步划成点作连线，进一步划分二相区和三相区。分二相区和三相区。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地32（3）如等温线与无变量点）如等温线与无变量点相交（或需作无变量点相交（或需作无变量点温度的等温截面时）则温度的等温截面时）则应区分开始与结束平衡应区分开始与结束平衡晶相的不同，晶相的不同，开始析晶：开始析晶：有液相有液相，结束：无液相。，结束：无液相。全固相区按分三角形法全固相区按分三角形法连线划分三相区。连线划分三相区。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地33（4）如等温线与无变量点）如等温线与无变量点相交（或需作无变量点相交（或需作无变量点温度的等温截
14、面时）则温度的等温截面时）则应区分开始与结束平衡应区分开始与结束平衡晶相的不同，开始析晶：晶相的不同，开始析晶：有液相，有液相，结束析晶：无结束析晶：无液相液相。全固相区按分三。全固相区按分三角形法连线划分三相区。角形法连线划分三相区。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地343.2.4 等温截面的形式等温截面的形式（1）被给定温度液化等温线包围起来的液相区（）被给定温度液化等温线包围起来的液相区（全液相全液相区区）。）。（2）第一固相与给定温度液相平衡共存的第一固相与给定温度液相平衡共存的固固+液区液区（单固单固相区相区）。）。（3）二固相混合物与给定温度某一组成液相平衡共存的）二固相混合
15、物与给定温度某一组成液相平衡共存的固固+固固+液区液区（双固相区双固相区）。）。（4）三固相混合物平衡共存的）三固相混合物平衡共存的固固+固固+固区固区（全固相区全固相区）。）。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地353.2.5 检验检验用用相相区区邻邻接接规规则则检检查查耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地363.2.6 相量计算相量计算耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地37点点1：液相量：液相量=100%，固相量，固相量=0 点点2：固相量：固相量=(2-a/a-A)100%液相量液相量=（2-A/a-A)100%点点3：固相量固相量=(3-ab/ab-ab)100%液相量液
16、相量=(3-ab/ab-ab)100%耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地383.2.7 举例举例右图为含分解熔融二元化合右图为含分解熔融二元化合物的三元系统。物的三元系统。试画：试画：800、700、600、500混晶反应开始阶段、混晶反应开始阶段、500混晶反应完成阶段、混晶反应完成阶段、400液相即将结束时、液相即将结束时、400液相液相结束后的七个等温截面。结束后的七个等温截面。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地39800等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地40700等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地41600等温截面图等温截
17、面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地42500混晶反应开始阶段混晶反应开始阶段等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地43500混晶反应结束阶段混晶反应结束阶段等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地44400液相即将结束液相即将结束等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地45400液相结束液相结束等温截面图等温截面图耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地46 3.2.8 请画出请画出Al2O3-MgO-SiO2三元系三元系 统固面图和统固面图和1600等温截面图。等温截面图。耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地47耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地48