Introducere

1. Tipuri de diagrame de fază

2. Sisteme de importanţă în microelectronică

3. Solubilitate solidă

4. Tranziții de fază

Literatură

Introducere

Diagramele de fază sunt parte integrantă a oricărei discuții despre proprietățile materialelor atunci când vine vorba de interacțiunea diferitelor materiale. Diagramele de fază sunt deosebit de importante în microelectronică, deoarece pentru fabricarea plumburilor și a straturilor de pasivizare, acolo trebuie folosit un set mare de materiale diferite. În producția de circuite integrate, siliciul este în contact strâns cu diferite metale; vom acorda o atenție deosebită acelor diagrame de fază în care siliciul apare ca unul dintre componente.

Acest eseu discută ce tipuri de diagrame de fază sunt, conceptul de tranziție de fază, solubilitatea solidă, cel mai mult sisteme importante substanțe pentru microelectronică.

1. Tipuri de diagrame de fază

Diagramele de stare monofazate sunt grafice care, în funcție de presiune, volum și temperatură, descriu starea de fază a unui singur material. De obicei, nu este obișnuit să desenezi un grafic tridimensional pe un plan bidimensional - ele descriu proiecția acestuia pe planul temperatură-presiune. Un exemplu de diagramă de stare monofazată este dat în fig. unu.

Orez. 1. Diagrama de stare monofazată

Diagrama delimitează clar zonele în care materialul poate exista într-o singură stare de fază - ca solid, lichid sau gazos. De-a lungul liniilor delimitate, o substanță poate avea două stări de fază (două faze) în context una cu cealaltă. Are loc oricare dintre combinațiile: solid - lichid, solid - vapori, lichid - vapori. În punctul de intersecție a liniilor diagramei, așa-numitul punct triplu, toate cele trei faze pot exista simultan. Mai mult, acest lucru este posibil la o singură temperatură, astfel încât punctul triplu servește ca un bun punct de referință de temperatură. De obicei, punctul de referință este punctul triplu al apei (de exemplu, în măsurători de precizie folosind termocupluri, unde joncțiunea de referință este în contact cu sistemul gheață-apă-abur).

Diagrama de fază dublă (diagrama de stare a sistemului dual) reprezintă starea unui sistem cu două componente. În astfel de diagrame, temperatura este reprezentată de-a lungul axei ordonatelor, iar procentul componentelor amestecului este reprezentat de-a lungul axei absciselor (de obicei este fie un procent din masa totală (% în greutate), fie un procent din numărul total de atomi (at.%)). Se presupune de obicei că presiunea este de 1 atm. Dacă se iau în considerare fazele lichide și solide, măsurarea volumului este neglijată. Pe fig. 2. prezintă o diagramă tipică de stare în două faze pentru componentele A și B folosind greutatea sau procentul atomic.

Orez. 2. Diagrama de stare bifazată

Litera  indică faza substanței A cu substanța dizolvată B,  indică faza substanței B cu substanța A dizolvată în ea și  +  indică un amestec al acestor faze. Litera (de la lichid - lichid) înseamnă faza lichidă, iar L+ și L+ înseamnă faza lichidă plus faza sau respectiv. Liniile care separă fazele, adică liniile pe care pot exista diferite faze ale unei substanțe, poartă următoarele denumiri: solidus - o linie pe care fazele  sau  există simultan cu fazele L +  și, respectiv, L + ; solvus este o linie pe care coexistă simultan fazele  și  +  sau  și  + , iar liquidus este o linie pe care există simultan faza L și faza L+ sau L+.

Punctul de intersecție a două linii de lichidus este adesea cel mai scăzut punct de topire pentru toate combinațiile posibile de substanțe A și B și se numește punct eutectic. Un amestec cu un raport de componente în punctul eutectic se numește amestec eutectic (sau pur și simplu eutectic).

Luați în considerare modul în care trecerea amestecului de la stare lichida(topire) la solid și modul în care diagrama de fază ajută la prezicerea compoziției de echilibru a tuturor fazelor care există la o anumită temperatură. Să ne întoarcem la Fig. 3.

Orez. 3. Diagrama de stare în două faze care arată procesele de întărire

Să presupunem că la început amestecul avea compoziţia C M la temperatura T 1 , la temperatura de la T 1 la T 2 există o fază lichidă, iar la temperatura T 2 există simultan fazele L şi . Compoziția fazei L prezente este C M, compoziția fazei  este C  1 . Odată cu o scădere suplimentară a temperaturii la T 3, compoziția lichidului se modifică de-a lungul curbei lichidus, iar compoziția fazei  se modifică de-a lungul curbei solidus până când se intersectează cu izoterma (linia orizontală) T 3 . Acum compoziția fazei L este C L , iar compoziția fazei este C  2 . De remarcat că compoziția C  2 trebuie să aibă nu numai substanța care a trecut în faza la  la temperatura T 3 , ci și toată substanța care a trecut în faza  la o temperatură mai mare trebuie să aibă compoziția C  2 . Această aliniere a compozițiilor trebuie să se producă prin difuzia în stare solidă a componentei A în faza existentă , astfel încât până la atingerea temperaturii T 3, toată substanța din faza  să aibă compoziția C  2 . O scădere suplimentară a temperaturii ne aduce la punctul eutectic. În ea, fazele  și  există simultan cu faza lichidă. La temperaturi mai scăzute, există doar fazele  și . Se formează un amestec de faze  și  de compoziție C E cu agregate  cu compoziție inițială C  3. Apoi, ținând acest amestec mult timp la o temperatură sub eutectic, puteți obține un solid. Corpul solid rezultat va consta din două faze. Compoziția fiecăreia dintre faze poate fi determinată în punctul de intersecție a izotermei cu linia solvus corespunzătoare.

Tocmai s-a arătat cum se determină compoziția fiecăreia dintre fazele prezente. Acum luați în considerare problema determinării cantității de substanță în fiecare fază. Pentru a evita confuzia, în fig. 4. Încă o dată este prezentată o diagramă simplă în două faze. Să presupunem că la temperatura T 1 compoziţia topiturii este C M (adică componenta B), atunci la T 2 faza L are compoziţia CL, iar faza  va avea compoziţia C s . Fie M L masa unei substanțe în stare solidă, iar M S masa substanței în stare solidă. Condiția de conservare a masei totale conduce la următoarea ecuație

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

Orez. 4. Regula nivelului

Ea reflectă faptul că masa totală a unei substanțe la o temperatură T 1, înmulțită cu procentul B, este masa totală a unei substanțe B. Este egală cu suma maselor unei substanțe B care există în lichid și faze solide la temperatura T 2 . Rezolvând această ecuație, obținem

. (1)

Această expresie este cunoscută sub numele de „regula de nivel”. Folosind această regulă, cunoscând compoziția inițială a topiturii și masa sa totală, se pot determina masele ambelor faze și cantitatea de substanță B în orice fază pentru orice parte a diagramei în două faze. În același mod, se poate calcula

Pe fig. 5. prezintă un alt exemplu de solidificare în topitură. Scăderea temperaturii de la T 1 la T 2 duce la amestecarea fazelor L și  cu compoziția C M și respectiv C  . Odată cu răcirea ulterioară, compoziția L se modifică de-a lungul lichidusului, iar compoziția  - de-a lungul solidusului, așa cum s-a descris mai devreme. Când se atinge temperatura T 3, compoziţia  va deveni egală cu C M, iar, după cum rezultă din regula nivelului, la o temperatură mai mică decât T 3, faza lichidă nu poate exista. La o temperatură mai mică decât T 4 , fazele  și  există ca agregate ale fazelor  și . De exemplu, la o temperatură T 5 agregatele fazei  vor avea o compoziție determinată de intersecția izotermei T 5 și solvusul . Compoziția  este determinată în mod similar - prin intersecția izotermei și a solvurului .

Orez. 5. Diagrama în două faze și procesul de solidificare cantitatea de substanță A prezentă în oricare dintre faze

Secțiunile diagramei în două faze, numite încă  și , sunt zone de solubilitate solidă: A și B sunt dizolvate în regiunea . Suma maximă A care poate fi dizolvat în B la o anumită temperatură depinde de temperatură. La sau peste temperatura eutectică, poate avea loc fuziunea rapidă a lui A și B. Dacă aliajul rezultat este răcit rapid, atunci atomii A pot fi „prinși” în rețeaua B. Dar dacă solubilitatea solidului la temperatura camerei este mult mai mică (acest lucru indică faptul că la această temperatură abordarea considerată nu este foarte potrivită), atunci pot apărea solicitări puternice în aliaj, care afectează semnificativ proprietățile acestuia (în prezența unor tensiuni semnificative, apar soluții solide suprasaturate, iar sistemul nu este în o stare de echilibru, iar diagrama oferă informații numai despre stările de echilibru). Uneori, un astfel de efect este de dorit, de exemplu, la călirea oțelului prin călire pentru a obține martensită. Dar în microelectronică, rezultatul său va fi devastator. Prin urmare, alierea, adică adăugarea de aditivi la siliciu înainte de difuzie, este efectuată la temperaturi ridicate, astfel încât să se prevină deteriorarea suprafeței din cauza alierei excesive. Dacă cantitatea de dopant din substrat este mai mare decât limita de solubilitate solidă la orice temperatură, atunci apare o a doua fază și deformarea asociată acesteia.

2. Sisteme de substanțe care sunt importante în microelectronică

Există o serie de materiale care sunt complet solubile unele în altele. Un exemplu este un sistem de două substanțe atât de importante pentru microelectronică precum siliciul și germaniul. Sistemul siliciu-germaniu este prezentat în fig. 6.

Orez. 6. Sistem siliciu - germaniu

Diagrama nu are punct eutectic. O astfel de diagramă se numește izomorfă. Pentru ca două elemente să fie izomorfe, ele trebuie să respecte regulile Hume-Rothery, i.e. au o diferență în valorile razelor atomice de cel mult 15%, aceeași probabilitate, aceeași rețea cristalină și, în plus, aproximativ aceeași electronegativitate (electronegativitatea unui atom este familia sa inerentă pentru a atrage sau capta suplimentar electroni, când legaturi covalente). Sistemele Cu-Ni, Au-Pt și Ag-Pd sunt, de asemenea, izomorfe.

Sistemul Pb–Sn este un bun exemplu de simplu sistem binar cu solubilitate solidă semnificativă, deși limitată. Diagrama de fază a stărilor acestui sistem este prezentată în fig. 7. Punctul de intersecție dintre solidus și solvus se numește solubilitate la limită, valoarea solubilității la limită atât a staniului în plumb, cât și a plumbului în staniu va fi mare. Acest sistem important pentru microelectronică datorită utilizării pe scară largă a lipiturilor staniu-plumb. Diagrama lor în două faze a acestui sistem arată cum modificarea compoziției aliajului îi modifică punctul de topire. Când sunt necesare mai multe lipiri consecutive în timpul fabricării unui microcircuit, pentru fiecare lipire ulterioară se folosește o lipire cu un punct de topire mai scăzut. Acest lucru se face pentru ca lipirile făcute mai devreme să nu curgă.

Orez. 7. Diagrama de fază a stărilor sistemului plumb-staniu

Pentru producerea de microcircuite sunt importante și proprietățile sistemului Au-Si, deoarece temperatura eutectică a acestui sistem este extrem de scăzută în comparație cu punctele de topire ale aurului pur sau siliciului pur (Fig. 9). Solubilitatea aurului în siliciu și a siliciului în aur sunt prea mici pentru a fi afișate într-o diagramă de fază convențională. Datorită temperaturii eutectice scăzute, este avantajoasă instalarea așchiilor pe substraturi de aur, suporturi sau plăci cu plăcuțe de contact cu aur, folosind ca mecanism principal de sudare (sau lipire) reacția eutectică Au-Si. Pentru lipirea cristalelor de siliciu se folosește și aurul care conține câteva procente de germaniu.

Combinații de elemente care formează compuși chimici, au diagrame de stare mai complexe. Ele pot fi împărțite în două (sau mai multe) diagrame mai simple, fiecare referindu-se la o pereche specifică de conexiuni, sau la o conexiune și elemente. De exemplu, AuAl 2 se formează atunci când 33% (procent atomic) de aur este combinat cu aluminiu la o temperatură mai mică de 1060 ° (Fig. 2.10). În stânga acestei linii, coexistă AuAl 2 și o fază de aluminiu pur. Compuși precum AuAl 2 sunt numiți intermetalici și se formează la raportul stoechiometric corespunzător al celor două elemente. Compușii intermetalici sunt caracterizați temperatura ridicata se topesc, structura cristalina complexa si, in plus, sunt dure si casante.

Diagrama de fază a stărilor Au - Al poate fi împărțită în două sau mai multe diagrame, de exemplu, o diagramă Al - AuAl 2 și o diagramă AuAl 2 - Au.

Orez. 8. Sistem aluminiu-siliciu

Diagrama sistemului Au–Al prezentată în fig. 2.10 este extrem de important în microelectronică, deoarece firele de aur sunt de obicei conectate la un strat de metalizare de aluminiu situat deasupra siliciului. Mai mulți compuși intermetalici importanți sunt enumerați aici: AuAl 2 , Au 2 Al , Au 5 Al 2 și Au 4 Al . Toate pot fi prezente în conductorii legăturilor Au-Al.

Orez. 9. Sistem aur-siliciu

Orez. 10. Aur - sistem aluminiu

3. Solubilitate solidă

Solubilitatea limită a majorității dopanților în siliciu este extrem de scăzută și nu este cu adevărat solubilitatea maximă. Pe fig. 11 prezintă o curbă solidă tipică pentru o impuritate fără siliciu. Rețineți că solubilitatea crește cu temperatura până la o anumită valoare, iar apoi scade la zero la temperatura de topire a siliciului. O astfel de curbă se numește curbă de solubilitate retrogradă. O versiune îmbunătățită a acestei diagrame în vecinătatea punctului de topire al siliciului este prezentată în Fig. 12.

Orez. 11 Solubilitatea retrogradă a siliciului

Orez. 12 Diagrama de fază tipică cu siliciu

Dacă compoziția topiturii de siliciu este egală cu C M în procente din masa de solut, atunci siliciul se va solidifica cu un conținut de solut de kC M , unde k este coeficientul de segregare (k=C S /C L). Când concentrația în solid atinge valoarea C M la îngheț, concentrația în soluția lichidă va fi egală cu C M /k, deoarece raportul dintre concentrațiile din ecranul lichid și cel solid trebuie să fie egal cu k. Panta dreptei solide este deci

,

iar panta liquidus este

.

Raportul dintre pantele lichidus și solidus se dovedește a fi egal cu coeficientul de segregare

. (2)

4. Tranziții de fază

Trece de la o stare de fază la alta atunci când parametrii sistemului se modifică.

Tranziții de fază de primul fel (evaporare, condensare, topire, cristalizare, treceri de la o modificare de cristal la alta).

Starea cristalină a substanțelor este clasificată în funcție de șapte singonii (triclinice, monoclinice, rombice, tetragonale, trigonale sau romb...., hexagonale, cubice), în timp ce dispunerea atomilor în aceste singonii se caracterizează prin 14 tipuri de rețele (Brave). zăbrele). Gradul de împachetare a atomilor în aceste rețele este diferit:

Cubic simplu f = 0,52

Volum centrat cubic f = 0,68

FCC f = 0,74

Împachetare hexagonală f = 0,74

Din aceste date rezultă o concluzie foarte importantă; în cazul transformărilor polimorfe (o schimbare a tipului rețea cristalină) are loc o modificare a volumului și, în consecință, a proprietăților fizico-chimice ale materialelor.

În tranzițiile de primul fel coexistă două faze la punctul de tranziție.

A  B 

a) tranziția se realizează la o anumită temperatură T per

b) în timpul tranziției, primele derivate ale energiei se modifică brusc: entalpia, entropia, volumul (deci, densitatea)

Tranziții de fază de al doilea fel

În timpul tranzițiilor de al doilea fel, primele derivate ale energiei libere, entalpiei, entropiei, volumului și densității se modifică monoton.

Titanat de bariu – structură cubică –> piezoelectric tipic tetragonal.

MnO este un antiferomagnet la 117 K intră în faza paramagnetică.

1. Conform clasificării transformărilor de fază propusă în 1933 de Eripresit, transformările se subîmpart în transformări (tranziții) de primul și al doilea fel.

Tranzițiile de primul fel sunt caracterizate prin faptul că primele derivate ale potențialului termodinamic  în raport cu temperatură și presiune se modifică treptat.

aici S este entropia, V este volumul

Deoarece potențialul termodinamic în timpul tranziției de fază se modifică continuu este determinat de expresie

atunci energia U trebuie să se schimbe și ea brusc. La fel de

apoi căldura tranziției

este egal cu produsul temperaturii și diferența de entropie a fazelor, adică o schimbare bruscă sau o absorbție a căldurii.

Modificarea continuă a potențialului termodinamic este importantă. Funcțiile (T) și (T) nu schimbă caracteristicile din apropierea punctului de tranziție de fază, în timp ce există minime ale potențialului termodinamic de ambele părți ale punctului de tranziție de fază.

Această caracteristică explică posibilitatea supraîncălzirii sau suprarăcirii fazelor în cazul tranziții de fazăîn sistem.

Să determinăm relația dintre salturile funcțiilor termodinamice și . După diferențierea față de temperatură, relația Funcția (Р, Т) = (Р, Т), ținând cont de expresia pentru S, V și q, obținem

Aceasta este binecunoscuta formulă Clausis. Vă permite să determinați schimbarea presiunii fazelor aflate în echilibru cu o schimbare a temperaturii sau o modificare a temperaturii de tranziție între două faze cu o schimbare a presiunii. O modificare bruscă a volumului duce la absența unei legături clare între structură și sistemul de faze care sunt transformate în timpul unei tranziții de fază de ordinul întâi, care deci se schimbă brusc.

Tipice pentru tranzițiile de fază de primul fel sunt tranzițiile între stările agregate ale materiei, transformările alotropice și multe transformări de fază în materialele multicomponente.

Diferența fundamentală dintre tranzițiile de fază de ordinul doi și tranzițiile de fază de ordinul întâi este următoarea: tranzițiile de ordinul doi se caracterizează atât prin continuitatea modificării potențialului termodinamic, cât și prin continuitatea modificării derivatelor potențialului termodinamic.

Echilibru chimic

Funcția termodinamică - o funcție de stare care determină modificarea potențialelor termodinamice cu o modificare a numărului de particule din sistem. Cu alte cuvinte, există o funcție care determină direcția și limita tranziției spontane a unei componente de la o fază la alta în transformări și condiții adecvate (T, P, V, S, n i).

Potențialele termodinamice sunt legate între ele prin următoarele relații

Cantitatea de substanță în grame; - cantitatea de substanță în moli;

M este greutatea moleculară a substanței corespunzătoare.

Pentru teoria soluțiilor solide, pe care funcționează toate dispozitivele microelectronice, metoda potențialelor chimice dezvoltată de Gibbs este de mare importanță. Echilibrul chimic poate fi determinat folosind potențiale chimice.

Potențialul chimic este caracterizat de energia pe 1 atom

Potential chimic; G este energia Gibbs;

N o - numărul lui Avogadro, N A - L \u003d mol -1

adică (P, T) = (P, T)

Ambele curbe caracterizează o scădere monotonă cu temperatura, determinând valoarea entropiei de fază

Diagramele de fază sunt o parte integrantă a discuției despre proprietățile materialelor atunci când vine vorba de interacțiunea diferitelor materiale.

Diagramele de stare monofazate descriu starea de fază a unui singur material.

Diagrama de fază dublă (diagrama de stare a sistemului dual) reprezintă starea unui sistem cu două componente.

Combinațiile de elemente care formează compuși chimici au diagrame de stare mai complexe.

Literatură

1. Ormont BF Introducere în chimia fizică și chimia cristalină a semiconductorilor. – M.: facultate, 1973.

2. Metalurgia fizică / Editat de Kahn R., vol. 2. Transformări de fază. Metalografie. – M.: Mir, 1968.

3. Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov „Tehnologia materialelor semiconductoare și dielectrice”, - M .: Școala superioară, 1990.

4. „Atelier de semiconductori și dispozitive semiconductoare”, /Ed. Shalimova K.V. - M .: Liceu, 1968.

(1. Regula fazelor. 2. Concepte de diagrame de echilibru de fază. 3. Regula segmentelor. 4. Diagrama stărilorIIIdrăguț)

1. Regula fazelor

Când temperatura sau concentrația componentelor se modifică, sistemul (aliajul) poate fi în diferite stări. În procesul de trecere de la o stare la alta, în ea au loc transformări de fază - apar faze noi sau dispar fazele existente.

Posibilitatea de a schimba starea sistemului, adică numărul și compoziția chimică a fazelor, este determinată de varianța acestuia - numărul de grade de libertate.

Definiție. Numărul de grade de libertate ale unui sistem este numărul de factori externi (temperatură, presiune) și interni (concentrație) care pot fi modificați fără modificarea numărului de faze ale sistemului.

Ecuația regulii fazei ( legea Gibbs) pentru un sistem la presiune constantă format din mai multe componente are forma

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

unde C este numărul de grade de libertate (varianta sistemului); K este numărul de componente; Ф este numărul de faze.

Deoarece numărul de grade de libertate este întotdeauna mai mare sau egal cu zero, i.e. C  0, atunci condiția este îndeplinită între numărul de componente și faze

Ф  K + 1, (3.2)

stabilirea numărului maxim posibil de faze de echilibru în aliaje.

2. Concepte de diagrame de fază de echilibru

Diagrame de echilibru de fază ( diagrame de stare) sunt utilizate în studiul structurii aliajelor, alegerea modurilor de tratare termică a acestora etc.

Diagrama fazelor de echilibru arată care faze există în condiții date (concentrația componentelor și temperatură) în condiții de echilibru. Din diagramă, puteți determina starea de agregare, numărul și compoziția chimică a fazelor, precum și starea structural-fază a aliajului, în funcție de temperatura și concentrația componentelor sale constitutive.

Diagrama de echilibru de fază este un „grafic”, pe abscisa căruia este trasată concentrația componentelor (conținutul total de componente din orice aliaj este de 100%), iar pe ordonată este temperatura. Punctele extreme (stânga și dreapta) de pe axa x a diagramei corespund componentelor pure. Orice alt punct de pe această axă corespunde unei anumite concentrații de componente din aliaj.

De exemplu, pentru un aliaj cu două componente (Fig. 3.1), punctul DAR corespunde cu pur, i.e. conţinând 100%, componenta A, punct LA- componenta pură B, punctul C - aliaj care conține 75% A și 25% B, punctul D - un aliaj care contine 75% B si 25% A. Axa concentratiei indica modificarea continutului unuia dintre componente (in Fig. 3.1 - componenta B).

Orez. 3.1 - Coordonatele diagramei de echilibru de fază

Pentru a construi diagrame de fază, aliajele de diferite compoziții sunt examinate la diferite temperaturi. Metoda tradițională de construire a diagramelor este metoda analizei termice, care permite obținerea curbelor de răcire ale aliajelor în coordonatele „temperatura – timp” - curbe de răcire(aliaje).

Aliajele sunt răcite la o viteză foarte scăzută, adică în condiții apropiate de echilibru.

Construcția diagramelor de răcire se realizează în următoarea secvență:

în coordonatele „temperatura – concentrație” trasați linii verticale corespunzătoare aliajelor compozițiilor studiate (decât mai putin pas concentrare, cu atât graficul este mai precis);

curbele de răcire sunt construite pentru aceste aliaje;

pe liniile verticale, punctele indică temperatura la care se modifică temperatura starea de agregare sau structura aliaje;

punctele de transformări identice ale diferitelor aliaje sunt legate prin linii care limitează zonele de stări identice ale sistemului.

Am realizat astfel de construcții în lucrarea de laborator nr. 1 la construirea diagramei de stare „zinc-staniu” („Zn – sn»).

Aspectul diagramei depinde de modul în care componentele în stare solidă și lichidă interacționează între ele.

Cele mai simple diagrame sunt sisteme binare (duble sau bicomponente) ( sistemele multicomponente pot fi reduse la ele la valori fixe ale componentelor „redundante”.), ale căror principale tipuri includ diagrame de stare pentru aliaje, care sunt în stare solidă(la temperatura normala):

a) amestecuri mecanice de componente pure (tip I);

b) aliaje cu solubilitate nelimitată a componentelor (tip II);

c) aliaje cu solubilitate limitată a componentelor (tip III);

d) aliaje cu formarea unui compus chimic (tip IV).

În prelegere, vom lua în considerare construcția diagramelor de echilibru de fază folosind exemplul unei diagrame de fază de al treilea fel - un aliaj cu solubilitate limitată a componentelor (alte tipuri de diagrame sunt luate în considerare în lucrările de laborator).

Dar mai întâi vom discuta ce este important pentru analiza unor astfel de diagrame regula segmentului(pârghie).

Analiza diagramelor de fază

Liniile cu două faze, de regulă, fie conectează două puncte triple, fie un punct triplu cu un punct pe axa y corespunzător presiunii zero. Excepție este linia lichid-gaz, care se termină în punctul critic. Peste temperatura critică, diferența dintre lichid și vapori dispare.

Secțiuni și proiecții de diagrame ale sistemelor binare

diagrame temperatură-compoziție

Diagrame ale sistemelor binare

Solubilitate nelimitată în stare solidă

Transformări eutectice și eutectoide

Aliaje care formează compuși chimici

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Diagrama de fază” în alte dicționare:

- (Vezi DIAGRAMA DE STARE). Dicţionar enciclopedic fizic. M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983. DIAGRAMA DE FAZE ... Enciclopedia fizică

La fel ca diagrama de stare... Mare Dicţionar enciclopedic

diagramă de fază- Diagrama termodinamică, în care sunt trasate presiunea și temperatura de-a lungul axelor de coordonate și sunt trasate curbele de echilibru de fază. [Culegere de termeni recomandați. Problema 103. Termodinamică. Academia de Științe a URSS. Comitetul științific și tehnic ...... Manualul Traducătorului Tehnic

DIAGRAMĂ DE FAZĂ, o reprezentare grafică a condițiilor în care există diverse FAZE de echilibru ale unei substanțe. De exemplu, curba PUNCTUL DE TOPIRE versus PRESIUNE pentru un solid pur împarte diagrama în două părți. Puncte într-unul ...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

diagramă de fază- fazių pusiausvyros diagrama statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės sistemos fazių pusiausvyros grafinis vaizdas. atitikmenys: engl. echilibrul diagramei de fază; diagrama de fază termodinamică vok.… …

diagramă de fază- Diagrama de fază Diagrama de fază (diagrama de stări) Reprezentarea grafică a relației dintre parametrii de stare ai unui sistem de echilibru termodinamic (temperatură, presiune, compoziție etc.). Diagrama de fază vă permite să determinați ...... Dicționar explicativ englez-rus de nanotehnologie. - M.

Diagrama de fază Diagrama de fază. Reprezentare grafică a temperaturilor critice și a limitelor de fază dintr-un aliaj sau un sistem ceramic care există atunci când este încălzit sau răcit. Diagrama de fază poate fi o diagramă de echilibru ...... Glosar de termeni metalurgici

La fel ca diagrama de stare. * * * DIAGRAMA DE FAZE DIAGRAMA DE FAZĂ, la fel ca diagrama de stare (vezi DIAGRAMA DE STARE) … Dicţionar enciclopedic

Termenul diagramă de fază Termenul în engleză diagramă de fază Sinonime diagramă de stări Abrevieri Termeni înrudiți temperatura de micelizare critică, descompunere spinodale Definiție reprezentarea grafică a stărilor ... ... Dicţionar enciclopedic de nanotehnologie

diagramă de fază- fazių diagrama statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Daugiafazės termodinaminės sistemos būsenų diagrama. atitikmenys: engl. diagrama de fază vok. Gleichgewichtsdiagramm, n; phasediagramm, n; Zustandsdiagramm, n;… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Cărți

• Fizica și chimia carburilor de tungsten, Alexander Ivanovich Gusev. Monografia stabileşte de ultimă oră cercetare fundamentală carburi de tungsten utilizate pe scară largă în inginerie. O analiză de simetrie a transformărilor dezordine-ordine și...

DIAGRAMĂ DE FAZĂ, o reprezentare grafică a condițiilor (temperatură, presiune, compoziție chimică etc.) în care se află în echilibru sistem termodinamic, formată din una sau mai multe substanțe date (componente independente ale sistemului), există stări omogene ale substanței (faza) cu proprietăți fizico-chimice diferite. Ca echivalent cu termenul „diagrama de fază”, este folosit termenul „diagrama de stat” (în principal în Rusia și Germania). Cu toate acestea, o diagramă de stare este adesea, în special în literatura de limba engleză, denumită și grafice care nu reflectă direct echilibrele de fază în sistem.

Fazele sunt reprezentate pe diagrama de fază ca regiuni delimitate de curbe sau suprafețe situate în spațiul variabilelor termodinamice independente. De obicei, acestea sunt temperatura T, presiunea P, fracțiile molare ale componentelor sistemului x, funcțiile acestora și ale altor variabile, cum ar fi rapoartele cantităților sau concentrațiilor componentelor, densitățile p sau volumele molare V m, presiunile parțiale sau potențialele chimice ale substanțelor μ. În absența câmpurilor de forță externe, numărul de axe de coordonate ale diagramei de fază complete sistem deschis c cu componente este c+2. Pentru a reprezenta diagrame de fază multidimensionale pe un plan, se folosesc secțiunile și proiecțiile acestora, construite sub anumite restricții impuse unora dintre variabilele independente, adesea în combinație cu sisteme de coordonate special selectate (coordonatele Jenike, triunghiurile Gibbs-Rosebaum etc.). Diagrama de fază arată: ce substanțe individuale, soluții lichide, solide sau gazoase formează componentele date ale sistemului; în ce condiții astfel de faze și amestecurile lor eterogene sunt stabile termodinamic; la ce valori ale variabilelor termodinamice au loc transformările de fază ale substanțelor în sistem. Diagrame de fază care conțin date despre compoziție chimică faze, vă permit de asemenea să determinați cantități relative faze coexistente. Astfel de informații sunt necesare pentru rezolvarea multor probleme științifice și practice și sunt utilizate pe scară largă în chimie, metalurgie, știința materialelor, geochimie și alte domenii ale științei și tehnologiei.

Coordonatele diagramei de fază pot fi variabile termodinamice de două tipuri - parametrii de echilibru termic, mecanic și chimic T, P, μ, care au aceleași valori în toate părțile sistemului de echilibru sau (de obicei diferiți în diferite faze) densități generalizate ale proprietăților extensive, cum ar fi x, p , V m și alte proprietăți egale cu rapoartele cantităților extensive la cantitatea, masa sau volumul materiei din sistem. În acest sens, există trei tipuri de diagrame de fază. Diagramele de același tip sunt izomorfe: au aceleași caracteristici topologice, indiferent de numărul de componente și de valorile variabilelor specifice de pe axele de coordonate.

Pe diagramele de fază de tipul (Т, Р), (Т, μ i), (μ i , μ j) și altele asemenea, cu parametri de echilibru intensiv, sunt prezentate doar regiunile de fază și liniile (suprafețele) care le separă, care indică limitele stabilității fazelor individuale. Punctele de intersecție ale dreptelor corespund condițiilor de echilibru pentru mai mult de două faze. Astfel, punctul triplu de pe diagrama (T, P) a unui sistem monocomponent indică condițiile pentru coexistența stabilă a trei faze.

În prezența unei axe de concentrații, proprietăți molare, densități, ca, de exemplu, în diagrama de fază (T, x), (P, x), (μ i , x), (T, p), faza regiunile de stabilitate sunt separate de alte regiuni, care reflectă existența unor amestecuri eterogene de faze de echilibru. O diagramă de fază de acest tip pentru un sistem cu două componente cadmiu-zinc este prezentată în figură. Diagrama acestui sistem cu două componente are două axele de coordonate, și nu patru, așa cum cere expresia de mai sus cu + 2, deoarece în construcția sa s-a folosit condiția de constanță P și două variabile independente ale cantității Cd și Zn au fost înlocuite cu o concentrație x Zn (x Cd = 1 - x Zn). Partea superioară a figurii este o diagramă de echilibru lichid-vapori. Curba întreruptă care conectează punctele de topire ale componentelor pure se numește linia liquidus și arată „diagrama de topire” a sistemului. Liniile drepte (konode) desenate în regiunea eterogenă a unei astfel de diagrame de fază între limitele a două faze coexistente paralele cu axa concentrației (vezi conodul eutectic din figură) permit, pentru orice compoziție de componentă dată a sistemului, să se determine numărul de faze coexistente („regula pârghiei”).

În diagrama de fază de al treilea tip - (x i , x j), (x i , p), (entropia molară, x), (entalpia molară, x) și altele - numai densitățile generalizate cu proprietăți termodinamice extinse sunt coordonate. Aceste diagrame prezintă și amestecuri eterogene de faze și conode, dar, spre deosebire de celelalte două tipuri de diagrame de fază, în acest caz starea amestecurilor eterogene este afișată ca o figură plată sau tridimensională (triunghi, tetraedru) și este posibil să determinați compoziția fazelor cantitative a sistemului atunci când sunt trei sau mai multe faze („regula centrului de greutate” a figurii).

Diagramele de fază sunt studiate experimental și calculate prin metodele termodinamicii chimice în funcție de datele privind proprietățile termodinamice ale substanțelor care alcătuiesc sistemul. Bazele teoretice pentru construirea diagramelor de fază au fost date de J. Gibbs în anii 1880. El a formulat, de asemenea, „regula fazelor” (a se vedea regula fazei Gibbs), care este utilizată pe scară largă în studiul experimental al echilibrelor de fază și al diagramelor de fază: la T și P fix, numărul de faze coexistente f nu poate depăși numărul de sistem. componente cu mai mult de două, f ≤ c + 2.

Lit.: Palatnik L. S., Landau A. I. Echilibre de fază în sisteme multicomponente. Har., 1961; Kaufman L., Bernstein H. Calculul diagramelor de stare [ale sistemelor metalice] folosind un calculator. M., 1972; Metalurgie fizică / Editat de R. Kahn, P. Haazen. M., 1987. T. 2.