ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Лекция 7   - 8 Т-Х диаграммы фазовых равновесий

неограниченной растворимостью компонентов. Основные представления при построении фазовых диаграмм двойных

систем. Линиии ликвидуса, солидуса, фигуративные точки, конода. Определение количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при данной температуре. Т–Х диаграммы состояния (равновесия) двойных систем строят в координатах температура (Т) – концентрация (Х). Концентрацию обычно откладывают в атомных процентах (ат.%). Иногда пользуются процентами по массе.

– фигуративная точка сплава. Если фигуративная точка находится в однофазной

области, то состав фазы совпадает с составом сплава. Если фигуративная точка находится в пределах двухфазной области, то состав фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, определяется с помощью конóды, проходящей через эту точку. Конóдой называется отрезок прямой, проведенной при постоянной температуре (т.е. изотерме) и заключенной в пределах двухфазной области. Конода пересекает границы этой области в точках, лежащих на сопряженных линиях и являющихся фигуративными точками фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, т.е. конода соединяет точки, характеризующие составы фаз, находящихся в равновесии. ab – конода.

компонентов двойной системы А и В, соответственно.
Линия А'аВ', выше которой

все сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидуса (L): она представляет собой геометрическое место точек, характеризующих состав жидкой (Ж) фазы (раствора) предельной концентрации и температурную зависимость этой концентрации.
Линия А'bВ', ниже которой все сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидуса (S): она представляет собой геометрическое место точек, характеризующих состав твердой (Тв) фазы (раствора) предельной концентрации и температурную зависимость этой концентрации.
Область между линиями ликвидуса и солидуса – 2-х фазная область сосуществования жидкой и твердой фаз (раствора).

с помощью правила рычага: отношение массовых или объемных количеств Q-фаз,

находящихся в равновесии при данной температуре, обратно пропорционально отношению отрезков коноды, заключенных между фигуративной точкой сплава и фигуративными точками соответствующих фаз.

чистых компонентов А и В при температуре плавления; б) сплавов,

находящихся в однофазных областях (жидкой и твердой); в) сплавов, находящихся в двухфазной области.

обогащаются в ходе кристаллизации одним и тем же компонентом, в

рассматриваемом случае - Ge (германием). Это одновременное обогащение одним и тем же компонентом происходит за счет одновременного резкого уменьшения количества фазы, более богатой этим компонентом (в рассматриваемом случае жидкой фазы, более богатой германием). Отметим, что по окончании процесса кристаллизации, прошедшего в равновесных условиях, имеется только твердая фаза, при этом состав ее отвечает составу жидкого раствора (в рассмотренном примере это твердый раствор, содержащий 70 % Si).

компоненты А и В которых неограниченно растворяясь друг в друге

в жидком и твердом состоянии, могут быть образованы как химическими элементами, так и соединениями. При этом оба компонента должны:
а) обладать одинаковым типом химической связи;
б) обладать одинаковым типом кристаллических решеток;
в) параметры элементарных ячеек (или атомные радиусы) не должны различаться (Δa, ΔR) более чем на (10-15)%;
г) иметь схожий потенциальный рельеф кристаллических решеток компонент.
Такие растворы представляют собой изовалентные растворы замещения (табл. 1)

образуют только кремний и германий. Они полностью отвечают перечисленным выше

требованиям. Кремний же и углерод (алмаз) отвечают требованиям по химической природе и типу решетки, но очень сильно различаются по размеру ковалентных тетраэдрических радиусов (RSi = 0,117 нм, RC = 0,077 нм; ΔR/RSi =36 %). В связи с этим растворимость углерода в кремнии не превышает сотых долей процента, а кремния в углероде еще меньше.

явление среди полупроводниковых соединений. Их образуют между собой очень многие

соединения классов AIIIВV, AIIBVI, A2VB3VI и др. (см. табл. 1). Такие твердые растворы находят широкое применение. Этому способствует то, что твердые растворы полупроводников, с неограниченной растворимостью позволяют получать сплавы с любыми значениями ширины запрещенной зоны, периода решетки (межатомных расстояний), коэффициентов термического расширения и ряда других параметров в пределах между их значениями для исходных компонентов. Периоды решетки в первом приближении изменяются аддитивно (правило Вегарда), другие параметры - по более сложным законам.

Au-Cu, Ag-Cu – в контактах приборов;
2. Cu-Ni – в электровакуумных

приборах;
3. Fe-Cr – в нержавеющих сплавах;
4. Mb-W, Mb-Ti, V-Ti – тугоплавкие материалы.
5. Полупроводниковые твердые растворы - полупроводниковые термоэлементы, микроэлектроника, оптоэлектроника.
  Учитывая возможности, создаваемые твердыми растворами с неограниченной растворимостью, установление зависимостей их свойств от состава является важной материаловедческой задачей.