Все фазовые диаграммы состояния двухкомпонентных систем можно классифицировать на 5 типов:
диаграммы состояния двухкомпонентных систем с эвтектики, диаграммы состояния двухкомпонентных систем, в которых образуются конгруэнтно и инконгруэнтный плавкие химические соединения, диаграммы состояния систем, в которых образуются непрерывные и ограниченные ряды твердых растворов. Согласно правилу фаз Гиббса для двухкомпонентных систем С = 4 - г. Это свидетельствует о том, что в двухкомпонентной системе одновременно могут сосуществовать не более Четырех фаз - нонвариантна система (четверные точка). Двухкомпонентные системы, содержащие три фазы - моновариантни и т.д. Максимальное число степеней свободы (при р = 1) для двухкомпонентной системы равен трем, то есть они тривариантни. Не нарушая фазности в таких системах, в определенных пределах можно независимо изменять температуру, давление и состав. Каждая фаза двухкомпонентной системы характеризуется тремя переменными: температурой, давлением и концентрацией одного из компонентов. Поэтому для построения диаграммы состояния двухкомпонентных смесей необходимо использовать пространственную систему координат. Пространственные диаграммы состояния недостаточно наглядны. их построение связана со сложностями, и поэтому ими практически не пользуются. Зачастую при построении диаграмм этапа двухкомпонентных систем рассматривают равновесие только в конденсированных фазах, что значительно упрощает задачу. Действительно, если ограничиться рассмотрением свойств системы при постоянном давлении и выбрать это давление больше, чем давление насыщенных паров смеси любого состава (обычное давление принимают по 1,0133 10 +5 Па (1 атм). То в системе газообразной фазы не будет. Тем самым ограничиваются рассмотрением условия равновесия в жидких и твердых фазах. При этом изменится и форма записи правила фаз. Число степеней свободы (вариантность) при постоянном давлении уменьшается на единицу, и его можно назвать условным вариативностью системы. Условную вариантность двухкомпонентной системы можно рассчитать по уравнению С = 3 - г. Используя этот метод, строят плоскостные диаграммы этапа двухкомпонентных систем в координатах Т = f (склад).
Наиболее просты. Диаграммы состояния систем, в которых компоненты неограниченно смешиваются в жидком этапе, совершенно не смешиваются в твердом и химически не взаимодействуют друг с другом. В таких системах, которые представляют собой молекулярные смеси, могут сосуществовать расплавы - фаза переменного состава с кристаллами отдельных компонентов.
На рис. 2.8 схематически изображена диаграмма этапа подобной системы. На отрезке оси абсцисс dg отложен состав системы (выраженный в мольных долях компонентов или в других относительных концентрационных единицах), по оси ординат - температура. Пусть точки t1 и t2 соответствуют температурам плавления первого и второго компонентов в индивидуальном состоянии. Если компоненты не смешиваются в твердом состоянии, т.е. не образуют твердых растворов, добавление второго компонента к первому (его можно рассматривать как растворитель) всегда приводит к уменьшению температуры плавления. Зависимость температуры начала кристаллизации смеси от состава второго компонента схематично изображается отрезком кривой t1е. Аналогично, если добавлять переть компонент во второй (растворителя), то температура начала кристаллизации также будет уменьшаться (отрезок t2h). Отрезки t1е и t2h направлены навстречу друг другу и пересекаются в некоторой точке а. Эта точка называется эвтектической, а соответствующая ей смесь - эвтектики. Эвтектика масс наиболее низкую температуру плавления из всех возможных смесей данных компонентов. Рассмотрим процесс кристаллизации сплава произвольного состава, например, соответствует точке k (рис. 2.8). В этой точке, соответствующей жидком расплава, есть только одна фаза, и поэтому С = 3 - 1 = 2, то система бивариантна. В ней можно произвольно изменять температуру и состав, не изменяя числа фаз. При охлаждении смеси до точки есть (до температуры ее плавления) из смеси начинает выделяться твердая фаза, состоящая из кристаллов компонента I. В точке есть система станет двухфазной и будет состоять из жидкого расплава и кристаллов компонента И. Условная вариантность С равен единице. Так, при изменении температуры будет меняться и состав расплава. При выделении из расплава кристаллов компонента и расплав обогащается вторым компонентом, и температура начала его кристаллизации будет снижаться (участок кривой еа). Аналогично, если охлаждать расплав, состав которого отвечает точке И, точки h система остается однофазной, и ее вариантность равно дном. В точке h из расплава начинают выделяться кристаллы компонента II, расплав будет обогащаться компонентом I, и температура начала его кристаллизации будет снижаться (участок hа). Так будет продолжаться, пока расплав не достигнет эвтектической точки. При кристаллизации эвтектики одновременно выделяются пристали обоих компонентов, в том же соотношении, в котором они находятся в расплаве.
Таким образом, в точке а система состоит из трех фаз (расплав, кристаллы компонента I и кристаллы компонента II), и поэтому она нонвариантна. Это означает, что эвтектическая смесь масс постоянный состав и постоянную температуру кристаллизации. За такими свойствами эвтектика напоминает химическое соединение - характеризуется постоянным составом и постоянной температурой плавления. Некоторые исследователи предполагали, что жидкая эвтектика действительно является непрочной химическим соединением компонентов. Однако это неверно, потому что состав эвтектики зависит от внешнего давления. Эвтектика кристаллизуется при определенной постоянной температуре и в твердом состоянии состоит из равномерно распределенных мелких кристаллов обоих компонентов.
Диаграммы состояния системы позволяют описывать ее свойства при различных температурах. Участок на кривой t1еahl2 - это область существования жидких расплавов. Здесь система однофазная, и ее вариантность равен двум. Сама линия t1еahl2 что называется линией ликвидуса, характеризует температуру начала кристаллизации сплавов различного состава. Заштрихованная площадь t1eас представляет собой гетерогенную область, в которой смесь разделяется на твердую фазу (кристаллы I) и расплав определенного состава. Так, в точке т сосуществуют кристаллы компонента I (точка г) и расплав состава о. Точки х и р, характеризующие составы сосуществующих фаз, называются сопряженными. Количества расплава и твердой фазы могут быть найдены с помощью правила рычага, который можно использовать во всех случаях, когда в состоянии равновесия находятся две фазы.