Диаграммы фазовых равновесий с химическими соединениями

Как уже отмечалось, в случае большой отрицательной величины теплоты смешения , т. е. при большом химическом сродстве компонентов системы, их взаимодействие приводит к образованию химических соединений. На диаграммах фазовых равновесий химические соединения изображаются вертикальными линиями (при высоких температурах может наблюдаться отклонение от вертикали).

Рассмотрим особенности фазовых диаграмм с химическими соединениями. С этих позиций все соединения можно классифицировать по двум признакам:

1) по соотношению составов соединения и жидкой фазы, образующейся при плавлении этого соединения. Соединения, для которых эти составы совпадают, называются конгруэнтно плавящимися, или стойкими. Если же указанные составы не совпадают, соединения называются инконгруэнтно плавящимися, или нестойкими;

2) по способности растворять в себе другие компоненты, в том числе составляющие данное соединение, или, иначе, по способности образовывать твердые растворы на своей основе.

Однофазную область твердых растворов компонентов в этом соединении называют областью гомогенности.

Различают соединения с широкой областью гомогенности, исчисляемой процентами, и соединения с узкой областью гомогенности, исчисляемой десятыми и меньшими долями процентов и не выявляемой на диаграммах фазового равновесия, построенных в обычном масштабе.

Конгруэнтно плавящиеся соединения образуются во многих системах с полупроводниковыми фазами: А ^III- В ^III, A ^III- B ^IV и др. Температура плавления таких соединений лежит на линии ликвидуса, а сама линия имеет вид кривой с максимумом, который во многих случаях соответствует составу соединения (рис. 8.2 а). Такая система всегда содержит нормальные или вырожденные эвтектики и может быть разделена на частные простые эвтектические системы, при этом соединения выступают в качестве компонентов этих систем, а, следовательно, ординаты соединения делят диаграмму на частные диаграммы: М = С+1…, где М - число частных диаграмм, С - число конгруэнтно плавящихся соединений в системе. Так, системы In-As и Ga-As разделяются на две простые эвтектические, Gr-Si - на четыре, т. е. конгруэнтно плавящееся соединение выступает как компонент системы.

Инконгруэнтно плавящиеся соединения (рис. 8.2). Плавление соединений этого типа, например Ga₃Te₄ (рис. 8.2 а), идет как превращение перитектического типа при нагреве, т. е. твердая фаза превращается в две фазы - жидкую и твердую, составы которых лежат по обе стороны состава исходного соединения. Таким образом, температура плавления соединения лежит ниже линии ликвидуса, результате чего последняя не имеет максимума, связанного с соединением.

Если в системе, помимо инконгруэнтно плавящегося, есть и конгруэнтно плавящееся соединение, то в соответствующей области концентраций на линии ликвидуса будет наблюдаться максимум, как это имеет место в системе Ga-Те (см. рис. 8.2 а) в случае соединений GaTe и Ga₂Te₃. Разбивать диаграмму состояния с нестойким соединением на простые диаграммы, принимая это соединение за компонент системы, нельзя.

Рис. 8.2. Фазовая диаграмма систем со стойкими и нестойкими химическими соединениями: а – система Ga-Te, в которой образуются два стйких (GaTe и Ga2Te3) и два нестойких (Ga3Te4 и Ga2Te5) соединения; б, в – системы Si-С при давлении Р≈100 (б) и Р~1 (в); в системе образуется стойкое соединение SiC. В системе Ga-Te температуры плавления 1121, 1057, 1085ºС соответствует соединениям GaTe, Ga3Te4, Ga2Te3.

Дата добавления: 2014-01-11