Uvod

1. Vrste faznih dijagrama

2. Sistemi od značaja u mikroelektronici

3. Čvrsta rastvorljivost

4. Fazni prijelazi

Književnost

Uvod

Fazni dijagrami su sastavni dio svake rasprave o svojstvima materijala kada je u pitanju interakcija različitih materijala. Fazni dijagrami su posebno važni u mikroelektronici, jer za izradu provodnika i pasivizirajućih slojeva mora se koristiti veliki skup različitih materijala. U proizvodnji integrisanih kola silicijum je u bliskom kontaktu sa raznim metalima, a posebnu pažnju ćemo obratiti na one fazne dijagrame u kojima se silicijum pojavljuje kao jedna od komponenti.

Ovaj esej govori o tome koje su vrste faznih dijagrama, koncept faznog prijelaza, topljivost u čvrstom stanju, najviše važnih sistema supstance za mikroelektroniku.

1. Vrste faznih dijagrama

Dijagrami jednofaznog stanja su grafikoni koji, u zavisnosti od pritiska, zapremine i temperature, prikazuju fazno stanje samo jednog materijala. Obično nije uobičajeno crtati trodimenzionalni graf na dvodimenzionalnoj ravni - oni prikazuju njegovu projekciju na ravan temperatura-pritisak. Primjer jednofaznog dijagrama stanja dat je na sl. jedan.

Rice. 1. Jednofazni dijagram stanja

Dijagram jasno ocrtava područja u kojima materijal može postojati samo u jednom faznom stanju – kao solidan, tečnost ili gas. Duž razgraničenih linija, supstanca može imati dva fazna stanja (dvije faze) u kontekstu jedno s drugim. Bilo koja od kombinacija se odvija: čvrsto - tečno, čvrsto - para, tečnost - para. U tački preseka linija dijagrama, takozvanoj trostrukoj tački, sve tri faze mogu postojati istovremeno. Štaviše, to je moguće na jednoj temperaturi, tako da trostruka tačka služi kao dobra referentna tačka za temperaturu. Tipično, referentna tačka je trostruka tačka vode (na primjer, u preciznim mjerenjima pomoću termoparova, gdje je referentni spoj u kontaktu sa sistemom led-voda-para).

Dvofazni dijagram (dijagram stanja dualnog sistema) predstavlja stanje sistema sa dvije komponente. U takvim dijagramima, temperatura je iscrtana duž ordinatne ose, a procenat komponenti smeše je prikazan duž ose apscise (obično je to ili procenat ukupne mase (tež.%), ili procenat ukupnog broja atoma (at.%). Obično se pretpostavlja da je pritisak 1 atm. Ako se razmatraju tečne i čvrste faze, mjerenje zapremine se zanemaruje. Na sl. 2. prikazuje tipičan dvofazni dijagram stanja za komponente A i B koristeći težinu ili atomski postotak.

Rice. 2. Dijagram dvofaznog stanja

Slovo  označava fazu supstance A sa rastvorom B,  označava fazu supstance B sa supstancom A rastvorenom u njoj, a  +  označava mešavinu ovih faza. Slovo (od tečno - tečno) označava tečnu fazu, a L+ i L+ tečnu fazu plus fazu, odnosno. Linije koje razdvajaju faze, odnosno linije na kojima mogu postojati različite faze neke supstance, imaju sledeće nazive: solidus - linija na kojoj istovremeno postoje faze  ili  sa fazama L +  i L + ; solvus je linija na kojoj istovremeno koegzistiraju faze  i  +  ili  i  + , a likvidus je linija na kojoj istovremeno postoje faza L i faza L+ ili L+.

Točka presjeka dvije likvidus linije je često najniža tačka topljenja za sve moguće kombinacije supstanci A i B i naziva se eutektička tačka. Smjesa s omjerom komponenti na eutektičkoj tački naziva se eutektička smjesa (ili jednostavno eutektika).

Razmotrite kako prelazi mješavina iz tečno stanje(otopiti) u čvrstu i kako fazni dijagram pomaže da se predvidi ravnotežni sastav svih faza koje postoje na datoj temperaturi. Okrenimo se Sl. 3.

Rice. 3. Dvofazni dijagram stanja koji pokazuje procese očvršćavanja

Pretpostavimo da je na početku smeša imala sastav C M na temperaturi T 1 , na temperaturi od T 1 do T 2 postoji tečna faza, a na temperaturi T 2 istovremeno postoje faze L i . Sastav prisutne L faze je C M, sastav  faze je C  1 . Daljnjim smanjenjem temperature na T 3, sastav tečnosti se menja duž likvidus krive, a sastav  faze se menja duž solidus krive sve dok se ne ukršta sa izotermom (horizontalnom linijom) T 3 . Sada je sastav faze L C L , a sastav faze C  2 . Treba napomenuti da sastav C  2 mora imati ne samo supstancu koja je prešla u fazu na  na temperaturi T 3 , već i sva supstanca koja je prešla u fazu  na višoj temperaturi mora imati sastav C  2 . Ovo poravnanje sastava mora se desiti difuzijom komponente A u čvrstom stanju u postojeću fazu , tako da će do trenutka kada se postigne temperatura T 3, sva supstanca u fazi  imati sastav C  2 . Daljnji pad temperature dovodi nas do eutektičke tačke. U njemu, faze  i  postoje istovremeno sa tečnom fazom. Na nižim temperaturama postoje samo  i  faze. Nastaje mešavina faza  i  sastava C E sa agregatima  početnog sastava C  3. Zatim, držeći ovu smjesu duže vrijeme na temperaturi ispod eutektike, možete dobiti čvrstu supstancu. Rezultirajuće čvrsto tijelo će se sastojati od dvije faze. Sastav svake od faza može se odrediti u tački preseka izoterme sa odgovarajućom linijom solvusa.

Upravo je pokazano kako odrediti sastav svake od prisutnih faza. Sada razmotrite problem određivanja količine supstance u svakoj fazi. Da ne bi došlo do zabune, na sl. 4. Još jednom je prikazan jednostavan dvofazni dijagram. Pretpostavimo da je na temperaturi T 1 sastav taline C M (što znači komponenta B), tada na T 2 faza L ima sastav CL, a faza  će imati sastav C s . Neka je M L masa supstance u čvrstom stanju, a M S masa supstance u čvrstom stanju. Uslov očuvanja ukupne mase dovodi do sljedeće jednačine

(M L + M S)C M = M L C L + M S C S .

Rice. 4. Pravilo nivoa

Ona odražava činjenicu da je ukupna masa supstance na temperaturi T 1, pomnožena sa procentom B, ukupna masa supstance B. Jednaka je zbiru masa supstance B koja postoji u tečnosti i čvrste faze na temperaturi T 2 . Rješavajući ovu jednačinu, dobijamo

. (1)

Ovaj izraz je poznat kao "pravilo nivoa". Koristeći ovo pravilo, znajući početni sastav taline i njegovu ukupnu masu, moguće je odrediti mase obje faze i količinu tvari B u bilo kojoj fazi za bilo koji dio dvofaznog dijagrama. Na isti način se može izračunati

Na sl. 5. pokazuje još jedan primjer očvršćavanja rastopa. Smanjenje temperature sa T 1 na T 2 dovodi do mešanja faza L i  sa sastavom C M i C  , respektivno. Daljnjim hlađenjem, sastav L se mijenja duž likvidusa, a sastav  - duž solidusa, kako je ranije opisano. Kada se dostigne temperatura T 3, sastav  će postati jednak C M, a, kao što slijedi iz pravila nivoa, na temperaturi nižoj od T 3, tečna faza ne može postojati. Na temperaturi nižoj od T 4 , faze  i  postoje kao agregati faza  i . Na primjer, na temperaturi T 5 agregati  faze će imati sastav određen presjekom izoterme T 5 i solvusa . Sastav  određuje se slično - presjekom izoterme i solvusa .

Rice. 5. Dvofazni dijagram i proces očvršćavanja Količina supstance A prisutne u bilo kojoj od faza

Sekcije dvofaznog dijagrama, koje se još nazivaju  i , su oblasti čvrste rastvorljivosti: A i B su rastvoreni u oblasti . Maksimalni iznos A koji se mogu rastvoriti u B na datoj temperaturi zavise od temperature. Na eutektičkim ili višim temperaturama može doći do brze fuzije A i B. Ako se nastala legura brzo ohladi, tada se atomi A mogu "uhvatiti" u B rešetku. Ali ako je rastvorljivost čvrste supstance na sobnoj temperaturi mnogo niža (ovo ukazuje da na ovoj temperaturi razmatrani pristup nije baš prikladan), tada u leguri mogu nastati jaka naprezanja koja značajno utiču na njena svojstva (u prisustvu značajnih napona nastaju prezasićeni čvrsti rastvori, a sistem nije u ravnoteži stanje, a dijagram pruža informacije samo o ravnotežnim stanjima). Ponekad je takav učinak poželjan, na primjer, kod kaljenja čelika kaljenjem da se dobije martenzit. Ali u mikroelektronici, njen rezultat će biti poražavajući. Stoga se doping, odnosno dodavanje aditiva silicijumu prije difuzije, provodi na povišenim temperaturama na način da se spriječi oštećenje površine uslijed prekomjernog legiranja. Ako je količina dopanta u supstratu viša od granice topljivosti čvrste tvari na bilo kojoj temperaturi, tada se pojavljuje druga faza i deformacija povezana s njom.

2. Sistemi supstanci koje su važne u mikroelektronici

Postoji veliki broj materijala koji su potpuno rastvorljivi jedan u drugom. Primjer je sistem od dvije tako važne supstance za mikroelektroniku kao što su silicijum i germanijum. Sistem silicijum-germanijum je prikazan na sl. 6.

Rice. 6. Sistem silicijum - germanijum

Dijagram nema eutektičku tačku. Takav dijagram se naziva izomorfnim. Da bi dva elementa bila izomorfna, moraju se pridržavati Hume-Rotheryjevih pravila, tj. imaju razliku u vrijednostima atomskih radijusa ne veću od 15%, istu vjerovatnoću, istu kristalnu rešetku i, osim toga, približno istu elektronegativnost (elektronegativnost atoma je njegova inherentna porodica za privlačenje ili hvatanje ekstra elektrona, kada kovalentne veze). Cu-Ni, Au-Pt i Ag-Pd sistemi su takođe izomorfni.

Pb–Sn sistem je dobar primjer jednostavnog binarni sistem sa značajnom, iako ograničenom, solidnom rastvorljivošću. Fazni dijagram stanja ovog sistema prikazan je na sl. 7. Tačka preseka solidusa i solvusa naziva se granična rastvorljivost, vrednost granične rastvorljivosti i kalaja u olovu i olova u kalaju biće velika. Ovaj sistem važan za mikroelektroniku zbog široke upotrebe kalaj-olovnih lemova. Njihov dvofazni dijagram ovog sistema pokazuje kako promjena sastava legure mijenja njenu tačku topljenja. Kada je potrebno nekoliko uzastopnih lemljenja prilikom izrade mikrokola, za svako sljedeće lemljenje koristi se lem s nižom tačkom taljenja. To se radi kako ranije napravljena lemljenja ne bi tekla.

Rice. 7. Fazni dijagram stanja sistema olovo-kalaj

Za proizvodnju mikro kola važna su i svojstva Au-Si sistema, jer je eutektička temperatura ovog sistema izuzetno niska u poređenju sa tačkama topljenja čistog zlata ili čistog silicijuma (slika 9). Rastvorljivosti zlata u silicijumu i silicijuma u zlatu su premale da bi se prikazale u konvencionalnom faznom dijagramu. Zbog niske eutektičke temperature, bolje je ugraditi strugotine na zlatne podloge, držače ili ploče sa zlatnim jastučićima, koristeći Au-Si eutektičku reakciju kao glavni mehanizam za zavarivanje (ili lemljenje). Za lemljenje silicijumskih kristala takođe se koristi zlato koje sadrži nekoliko procenata germanijuma.

Kombinacije elemenata koji se formiraju hemijska jedinjenja, imaju složenije dijagrame stanja. Mogu se raščlaniti na dva (ili više) jednostavnija dijagrama, od kojih se svaki odnosi na određeni par veza, ili vezu i elemente. Na primjer, AuAl 2 nastaje kada se 33% (atomski postotak) zlata pomiješa sa aluminijumom na temperaturi manjoj od 1060° (slika 2.10). Lijevo od ove linije koegzistiraju AuAl 2 i čista aluminijumska faza. Jedinjenja poput AuAl 2 nazivaju se intermetalnim i formiraju se u odgovarajućem stehiometrijskom odnosu dva elementa. Karakteriziraju se intermetalna jedinjenja visoke temperature tope, složene kristalne strukture i pored toga su tvrdi i krti.

Fazni dijagram stanja Au - Al može se podijeliti na dva ili više dijagrama, na primjer, Al - AuAl 2 dijagram i AuAl 2 - Au dijagram.

Rice. 8. Aluminijum-silicijum sistem

Dijagram sistema Au–Al prikazan na sl. 2.10 je izuzetno važan u mikroelektronici, jer su zlatne žice obično povezane sa slojem metalizacije aluminijuma koji se nalazi na vrhu silicijuma. Ovdje je navedeno nekoliko važnih intermetalnih jedinjenja: AuAl 2 , Au 2 Al, Au 5 Al 2 i Au 4 Al. Svi oni mogu biti prisutni u provodnicima Au-Al veza.

Rice. 9. Zlato-silicijum sistem

Rice. 10. Zlato - aluminijumski sistem

3. Čvrsta rastvorljivost

Granična rastvorljivost većine dodataka u silicijumu je izuzetno niska i zapravo nije maksimalna rastvorljivost. Na sl. 11 prikazuje tipičnu krivulju solidusa za nečistoću bez silicija. Imajte na umu da se rastvorljivost povećava sa temperaturom do određenu vrijednost, a zatim opada na nulu na temperaturi topljenja silicija. Takva kriva se naziva retrogradna kriva rastvorljivosti. Poboljšana verzija ovog dijagrama u blizini tačke topljenja silicijuma prikazana je na Sl. 12.

Rice. 11 Retrogradna rastvorljivost silicijuma

Rice. 12 Tipični fazni dijagram silikona

Ako je sastav taline silicijuma jednak C M u procentima mase rastvorene supstance, tada će se silicijum očvrsnuti sa sadržajem rastvorene supstance od kC M , gde je k koeficijent segregacije (k=C S /C L). Kada koncentracija u čvrstom stanju dostigne vrijednost C M pri smrzavanju, koncentracija u tekućem rastvoru će biti jednaka C M /k, budući da odnos koncentracija u tečnom i čvrstom ekranu mora biti jednak k. Nagib linije solidusa je dakle

,

a nagib likvidusa je

.

Pokazalo se da je omjer nagiba likvidusa i solidusa jednak jednak koeficijentu segregacija

. (2)

4. Fazni prijelazi

Prijelazi iz jednog faznog stanja u drugo kada se promijene sistemski parametri.

Fazni prijelazi prve vrste (isparavanje, kondenzacija, topljenje, kristalizacija, prijelazi iz jedne kristalne modifikacije u drugu).

Kristalno stanje tvari klasificira se prema sedam singonija (triklinski, monoklinski, rombični, tetragonalni, trigonalni ili romb...., heksagonalni, kubni), dok raspored atoma u ovim singonijama karakteriše 14 tipova rešetki (hrabri rešetka). Stepen pakovanja atoma u ovim rešetkama je različit:

Prosta kubna f = 0,52

Volumen centriran kubni f = 0,68

FCC f = 0,74

Heksagonalno zatvoreno pakovanje f = 0,74

Iz ovih podataka slijedi vrlo važan zaključak; u slučaju polimorfnih transformacija (promjena tipa kristalna rešetka) dolazi do promjene zapremine i, posljedično, fizičko-hemijskih svojstava materijala.

U prijelazima prve vrste, dvije faze koegzistiraju na prijelaznoj tački.

A  B 

a) prelaz se vrši na određenoj temperaturi T per

b) tokom tranzicije, prvi derivati ​​energije se naglo menjaju: entalpija, entropija, zapremina (dakle, gustina)

Fazni prijelazi druge vrste

Tokom prelaza druge vrste, prvi derivati ​​slobodne energije, entalpije, entropije, zapremine i gustine se menjaju monotono.

Barijum titanat – kubična struktura –> tetragonalni tipični piezoelektrik.

MnO je antiferomagnet na 117 K prelazi u paramagnetnu fazu.

1. Prema klasifikaciji faznih transformacija koju je 1933. predložio Eripresit, transformacije se dijele na transformacije (prijelaze) prve i druge vrste.

Prijelaze prve vrste karakterizira činjenica da se prvi derivati ​​termodinamičkog potencijala  u odnosu na temperaturu i tlak mijenjaju postupno

ovdje je S entropija, V je zapremina

Budući da se termodinamički potencijal tokom fazne tranzicije kontinuirano mijenja, određen je izrazom

tada se energija U takođe mora naglo promeniti. Jer

zatim toplina tranzicije

jednak je proizvodu temperature i razlike u entropiji faza, odnosno nagle promjene ili apsorpcije topline.

Kontinuirana promjena termodinamičkog potencijala je važna. Funkcije (T) i (T) ne mijenjaju karakteristike u blizini tačke faznog prijelaza, dok postoje minimumi termodinamičkog potencijala na obje strane tačke faznog prijelaza.

Ova karakteristika objašnjava mogućnost pregrijavanja ili prehlađenja faza u slučaju fazni prelazi u sistemu.

Odredimo odnos između skokova termodinamičkih funkcija i . Nakon diferencijacije s obzirom na temperaturu, relacija Funkcija (R, T) = (R, T), uzimajući u obzir izraz za S, V i q, dobijamo

Ovo je dobro poznata Clausis formula. Omogućava vam da odredite promjenu tlaka faza u ravnoteži s promjenom temperature ili promjenu temperature prijelaza između dvije faze s promjenom tlaka. Nagla promjena zapremine dovodi do odsustva određene veze između strukture i sistema faza koje se transformiraju tokom faznog prijelaza prvog reda, koje se stoga naglo mijenjaju.

Tipični za fazne prelaze prve vrste su prelazi između agregatnih stanja materije, alotropske transformacije i mnoge fazne transformacije u višekomponentnim materijalima.

Osnovna razlika između faznih prelaza drugog reda i faznih prelaza prvog reda je sledeća: prelaze drugog reda karakteriše i kontinuitet promene termodinamičkog potencijala i kontinuitet promene derivata termodinamičkog potencijala.

Hemijska ravnoteža

Termodinamička funkcija - funkcija stanja koja određuje promjenu termodinamičkih potencijala s promjenom broja čestica u sistemu. Drugim riječima, postoji funkcija koja određuje smjer i granicu spontanog prijelaza komponente iz jedne faze u drugu pod odgovarajućim transformacijama i uvjetima (T, P, V, S, n i).

Termodinamički potencijali su međusobno povezani sljedećim odnosima

Količina tvari u gramima; - količina supstance u molovima;

M je molekulska težina odgovarajuće supstance.

Za teoriju čvrstih rastvora, na kojoj rade svi mikroelektronski uređaji, od velike je važnosti metoda hemijskih potencijala koju je razvio Gibbs. Hemijska ravnoteža se može odrediti korištenjem hemijskih potencijala.

Hemijski potencijal karakterizira energija po 1 atomu

Hemijski potencijal; G je Gibbsova energija;

N o - Avogadrov broj, N A - L \u003d mol -1

tj. (P, T) = (P, T)

Obje krive karakteriziraju monotoni pad s temperaturom, određujući vrijednost fazne entropije

Fazni dijagrami su sastavni dio rasprave o svojstvima materijala kada je u pitanju interakcija različitih materijala.

Dijagrami jednofaznog stanja prikazuju fazno stanje samo jednog materijala.

Dvofazni dijagram (dijagram stanja dualnog sistema) predstavlja stanje sistema sa dvije komponente.

Kombinacije elemenata koje formiraju hemijska jedinjenja imaju složenije dijagrame stanja.

Književnost

1. Ormont BF Uvod u fizičku hemiju i kristalnu hemiju poluprovodnika. – M.: postdiplomske škole, 1973.

2. Fizička metalurgija / Uredio Kahn R., vol. 2. Fazne transformacije. Metalografija. – M.: Mir, 1968.

3. Yu.M. Tairov, V.F. Cvetkov "Tehnologija poluvodičkih i dielektričnih materijala", - M.: Viša škola, 1990.

4. "Radionica o poluprovodnicima i poluprovodničkim uređajima", /Ur. Shalimova K.V. - M.: Viša škola, 1968.

(1. Pravilo faza. 2. Koncepti dijagrama fazne ravnoteže. 3. Pravilo segmenata. 4. Dijagram stanjaIIIvrsta)

1. Pravilo faza

Kada se promijeni temperatura ili koncentracija komponenti, sistem (legura) može biti u različitim stanjima. U procesu prijelaza iz jednog stanja u drugo u njemu se javljaju fazne transformacije - pojavljuju se nove faze ili nestaju postojeće faze.

Mogućnost promene stanja sistema, odnosno broja i hemijskog sastava faza, određena je njegovom varijansom - broj stepena slobode.

Definicija. Broj stepeni slobode sistema je broj spoljašnjih (temperatura, pritisak) i unutrašnjih (koncentracija) faktora koji se mogu menjati bez promene broja faza sistema.

Jednadžba faznog pravila ( Gibbsov zakon) za sistem sa konstantnim pritiskom formiran od nekoliko komponenti ima oblik

C \u003d K - F + 1, (3.1)

gdje je C broj stupnjeva slobode (varijansa sistema); K je broj komponenti; F je broj faza.

Pošto je broj stupnjeva slobode uvijek veći ili jednak nuli, tj. C  0, tada je ispunjen uslov između broja komponenti i faza

F  K + 1, (3.2)

uspostavljanje maksimalnog mogućeg broja ravnotežnih faza u legurama.

2. Koncepti faznih dijagrama ravnoteže

Dijagrami fazne ravnoteže ( dijagrami stanja) koriste se u proučavanju strukture legura, izboru načina njihove termičke obrade itd.

Dijagram faza ravnoteže pokazuje koje faze postoje pod datim uslovima (koncentracija komponenti i temperatura) u ravnotežnim uslovima. Iz dijagrama možete odrediti stanje agregacije, broj i hemijski sastav faza, kao i strukturno-fazno stanje legure, u zavisnosti od temperature i koncentracije njenih sastavnih komponenti.

Dijagram fazne ravnoteže je „grafikon“, na čijoj je apscisi ucrtana koncentracija komponenti (ukupni sadržaj komponenti u bilo kojoj leguri je 100%), a na ordinati je temperatura. Ekstremne tačke (lijevo i desno) na x-osi dijagrama odgovaraju čistim komponentama. Bilo koja druga točka na ovoj osi odgovara određenoj koncentraciji komponenti legure.

Na primjer, za dvokomponentnu leguru (slika 3.1), tačka ALI odgovara čistom, tj. koji sadrži 100%, komponenta A, tačka AT- čista komponenta B, tačka C - legura koja sadrži 75% A i 25% B, tačka D - legura koja sadrži 75% B i 25% A. Osa koncentracije pokazuje promjenu sadržaja jedne od komponenti (na slici 3.1 - komponenta B).

Rice. 3.1 - Koordinate dijagrama fazne ravnoteže

Za konstruiranje faznih dijagrama, legure različitih sastava se ispituju na različitim temperaturama. Tradicionalna metoda konstruisanja dijagrama je metoda termičke analize, koja omogućava dobijanje krivulja hlađenja legura u koordinatama "temperatura - vrijeme" - krive hlađenja(legure).

Legure se hlade vrlo malom brzinom, tj. u uslovima bliskim ravnotežnim.

Konstrukcija dijagrama hlađenja izvodi se u sljedećem redoslijedu:

u koordinatama "temperatura - koncentracija" nacrtajte okomite linije koje odgovaraju legurama proučavanih kompozicija (od manje koraka koncentracija, to je tačniji grafikon);

krive hlađenja su napravljene za ove legure;

na vertikalnim linijama tačke označavaju temperaturu na kojoj se temperatura mijenja stanje agregacije ili struktura legure;

tačke identičnih transformacija različitih legura povezane su linijama koje ograničavaju područja identičnih stanja sistema.

Takve smo konstrukcije izvodili u laboratorijskom radu br. 1 prilikom konstruisanja dijagrama stanja „cink-kalaj“ (“Zn – lok»).

Izgled dijagrama ovisi o tome kako komponente u čvrstom i tekućem stanju međusobno djeluju.

Najjednostavniji dijagrami su binarni (dvokomponentni ili dvokomponentni) sistemi ( višekomponentni sistemi se mogu svesti na njih na fiksne vrijednosti "suvišnih" komponenti), čiji glavni tipovi uključuju dijagrame stanja za legure koje se nalaze u čvrsto stanje(na normalnoj temperaturi):

a) mehaničke mešavine čistih komponenti (I vrsta);

b) legure sa neograničenom rastvorljivošću komponenti (tip II);

c) legure sa ograničenom rastvorljivošću komponenti (III vrsta);

d) legure sa formiranjem hemijskog jedinjenja (IV vrsta).

Na predavanju ćemo razmatrati konstrukciju dijagrama fazne ravnoteže na primjeru faznog dijagrama treće vrste - legure ograničene rastvorljivosti komponenti (druge vrste dijagrama se razmatraju u laboratorijskom radu).

Ali prvo ćemo razgovarati o tome šta je važno za analizu takvih dijagrama pravilo segmenta(poluga).

Analiza faznih dijagrama

Dvofazni vodovi, u pravilu, povezuju dvije trostruke tačke, ili trostruku tačku sa tačkom na y-osi koja odgovara nultom pritisku. Izuzetak je vod tečnost-gas, koji se završava na kritičnoj tački. Iznad kritične temperature, razlika između tekućine i pare nestaje.

Presjeci i projekcije dijagrama binarnih sistema

dijagrami temperature i sastava

Dijagrami binarnih sistema

Neograničena rastvorljivost čvrstog stanja

Eutektičke i eutektoidne transformacije

Legure koje formiraju hemijska jedinjenja

Wikimedia Foundation. 2010 .

Pogledajte šta je "Fazni dijagram" u drugim rječnicima:

- (Pogledajte DIJAGRAM STANJA). Fizički enciklopedijski rječnik. M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni i odgovorni urednik A. M. Prokhorov. 1983. FAZNI DIJAGRAM ... Physical Encyclopedia

Isto kao dijagram stanja... Veliki enciklopedijski rječnik

fazni dijagram- Termodinamički dijagram, u kojem su tlak i temperatura iscrtani duž koordinatnih osa i krive ravnoteže faze. [Zbirka preporučenih termina. Broj 103. Termodinamika. Akademija nauka SSSR. Naučno-tehnički odbor ... ... Priručnik tehničkog prevodioca

FAZNI DIJAGRAM, grafički prikaz stanja u kojima postoje različite ravnotežne FAZE neke supstance. Na primjer, kriva TAČKA OTOPLJENJA u odnosu na PRITISAK za čistu čvrstu materiju dijeli dijagram na dva dijela. Tačke u jednom ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

fazni dijagram- fazių pusiausvyros dijagram statusa T sritis Standardizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės sistemos fazių pusiausvyros grafinis vaizdas. atitikmenys: engl. ravnoteža faznog dijagrama; termodinamički fazni dijagram vok.… …

fazni dijagram- Fazni dijagram Fazni dijagram (dijagram stanja) Grafički prikaz odnosa između parametara stanja termodinamički ravnotežnog sistema (temperatura, pritisak, sastav, itd.). Fazni dijagram vam omogućava da odredite ... ... Objašnjavajuće Englesko-ruski rječnik o nanotehnologiji. - M.

Fazni dijagram Fazni dijagram. Grafički prikaz kritičnih temperatura i faznih granica u legiranom ili keramičkom sistemu koji postoje kada se zagrije ili ohladi. Fazni dijagram može biti dijagram ravnoteže ... ... Pojmovnik metalurških pojmova

Isto kao dijagram stanja. * * * FAZNI DIJAGRAM FAZNI DIJAGRAM, isto kao i dijagram stanja (vidi DIJAGRAM STANJA)… enciklopedijski rječnik

Pojam fazni dijagram Pojam na engleskom fazni dijagram Sinonimi fazni dijagram Skraćenice Vezani pojmovi kritična temperatura micelizacije, spinodalna dekompozicija Definicija grafički prikaz stanja ... ... Enciklopedijski rečnik nanotehnologije

fazni dijagram- fazių dijagram statusa T sritis Standardizacija i metrologija apibrėžtis Daugiafazės termodinaminės sistemos būsenų dijagram. atitikmenys: engl. fazni dijagram vok. Gleichgewichtsdiagramm, n; fazni dijagram, n; Zustandsdiagramm, n;… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Knjige

• Fizika i hemija volframovih karbida, Aleksandar Ivanovič Gusev. Monografija kreće stanje tehnike fundamentalno istraživanje volfram karbidi koji se široko koriste u inženjerstvu. Analiza simetrije transformacija nered–red i…

FAZNI DIJAGRAM, grafički prikaz uslova (temperatura, pritisak, hemijski sastav, itd.) pod kojima je u ravnoteži termodinamički sistem, koji se sastoji od jedne ili više datih supstanci (nezavisnih komponenti sistema), postoje homogena stanja supstance (faze) sa različitim fizičko-hemijskim svojstvima. Kao ekvivalent terminu "fazni dijagram", koristi se izraz "dijagram stanja" (uglavnom u Rusiji i Njemačkoj). Međutim, dijagram stanja se često, posebno u literaturi na engleskom jeziku, naziva i grafovima koji direktno ne odražavaju faznu ravnotežu u sistemu.

Faze su na faznom dijagramu predstavljene kao regije ograničene krivuljama ili površinama koje se nalaze u prostoru nezavisnih termodinamičkih varijabli. Obično su to temperatura T, pritisak P, molski udjeli komponenti sistema x, funkcije ovih i drugih varijabli, kao što su omjeri količina ili koncentracija komponenti, gustoće p ili molarne zapremine V m, parcijalni pritisci ili hemijski potencijali supstanci μ. U nedostatku spoljašnjih polja sile, broj koordinatnih osa kompletnog faznog dijagrama otvoreni sistem c sa komponentama jednakim c+2. Za prikaz višedimenzionalnih faznih dijagrama na ravni koriste se njihovi presjeci i projekcije, izgrađene pod određenim ograničenjima nametnutim nekim od nezavisnih varijabli, često u kombinaciji sa posebno odabranim koordinatnim sustavima (Jenike koordinate, Gibbs-Rosebaumovi trouglovi itd.). Fazni dijagram pokazuje: koje pojedinačne supstance, tečni, čvrsti ili gasoviti rastvori čine date komponente sistema; pod kojim uslovima su takve faze i njihove heterogene smeše termodinamički stabilne; pri kojim vrijednostima termodinamičkih varijabli dolazi do faznih transformacija tvari u sistemu. Fazni dijagrami koji sadrže podatke o hemijski sastav faze, takođe vam omogućavaju da odredite relativne količine koegzistirajuće faze. Takve informacije su neophodne za rješavanje mnogih naučnih i praktičnih problema i široko se koriste u hemiji, metalurgiji, nauci o materijalima, geohemiji i drugim oblastima nauke i tehnologije.

Koordinate faznog dijagrama mogu biti termodinamičke varijable dva tipa - parametri termičke, mehaničke i hemijske ravnoteže T, P, μ, koje imaju iste vrijednosti u svim dijelovima ravnotežnog sistema, ili (obično različite u različitim faze) generalizovane gustine ekstenzivnih svojstava, kao što su x, p , V m i druga svojstva, ravnopravnih odnosa ekstenzivne količine na količinu, masu ili zapreminu materije u sistemu. U tom smislu, postoje tri vrste faznih dijagrama. Dijagrami istog tipa su izomorfni: imaju iste topološke karakteristike bez obzira na broj komponenti i vrijednosti specifičnih varijabli na koordinatnim osama.

Na faznim dijagramima tipa (T, R), (T, μ i), (μ i , μ j) i sl., sa intenzivnim parametrima ravnoteže, prikazani su samo fazni regioni i linije (površine) koje ih razdvajaju, što označava granice stabilnosti pojedinih faza. Tačke preseka linija odgovaraju uslovima ravnoteže za više od dve faze. Dakle, trostruka tačka na (T, P)-dijagramu jednokomponentnog sistema ukazuje na uslove za stabilnu koegzistenciju tri faze.

U prisustvu ose koncentracija, molarnih svojstava, gustoće, kao što je, na primjer, u faznom dijagramu (T, x), (P, x), (μ i , x), (T, p), faza regioni stabilnosti su odvojeni drugim regionima, koji odražavaju postojanje heterogenih mešavina ravnotežnih faza. Fazni dijagram ovog tipa za dvokomponentni sistem kadmijum-cink je prikazan na slici. Dijagram ovog dvokomponentnog sistema ima dva koordinatne ose, a ne četiri, kako zahtijeva gornji izraz c + 2, budući da je u njegovoj konstrukciji korišten uvjet konstantnosti P i dvije nezavisne varijable količine Cd i Zn zamijenjene su jednom koncentracijom x Zn (x Cd = 1 - x Zn). Gornji dio slike je dijagram ravnoteže tekućina-para. Izlomljena kriva koja povezuje tačke topljenja čistih komponenti naziva se likvidus linija i prikazuje "dijagram topljenja" sistema. Prave linije (konode) povučene u heterogenom području takvog faznog dijagrama između granica dvije koegzistirajuće faze paralelne osi koncentracije (pogledajte eutektičku konodu na slici) omogućavaju, za bilo koju datu kompoziciju komponenti sistema, da se odredi broj koegzistirajućih faza („pravilo poluge“).

U faznom dijagramu trećeg tipa - (x i , x j), (x i, p), (molarna entropija, x), (molarna entalpija, x) i drugi - samo su generalizovane gustine ekstenzivnih termodinamičkih svojstava koordinate. Ovi dijagrami također prikazuju heterogene mješavine faza i konoda, ali, za razliku od druge dvije vrste faznih dijagrama, u ovom slučaju stanje heterogenih mješavina se prikazuje kao ravna ili trodimenzionalna figura (trokut, tetraedar) i moguće je odrediti kvantitativni fazni sastav sistema kada su tri i više faza (na slici je "pravilo centra gravitacije").

Fazni dijagrami se eksperimentalno proučavaju i izračunavaju metodama hemijske termodinamike prema podacima o termodinamičkim svojstvima supstanci koje čine sistem. Teorijske osnove za konstruisanje faznih dijagrama dao je J. Gibbs 1880-ih. On je također formulirao „fazno pravilo“ (vidi Gibbsovo fazno pravilo), koje se široko koristi u eksperimentalnom proučavanju faznih ravnoteža i faznih dijagrama: pri fiksnim T i P, broj ravnotežnih koegzistirajućih faza f ne može premašiti broj sistema komponente za više od dvije, f ≤ c + 2.

Lit.: Palatnik L. S., Landau A. I. Fazne ravnoteže u višekomponentnim sistemima. Har., 1961; Kaufman L., Bernstein H. Proračun dijagrama stanja [metalnih sistema] korištenjem kompjutera. M., 1972; Fizička metalurgija / Uredili R. Kahn, P. Haazen. M., 1987. T. 2.