Bai giang chuong 6 he 2 cau tu

Qui tắc pha Gibbs với K = 2, F = K + 2(nhiệt độ, áp suất) - P p = const (áp suất ảnh hưởng tới hệ ngưng tụ), ta có: F=3–P Minh họa “Qui tắc địn bẩy” lB mA m lA mB 6.2 CÁCH LẬP BIỂU ĐỒ  Qui tắc địn bẩy : Xác định t thành phần điểm biểu đồ pha  Coi AB 100% M(t,a) bM A 100%A 0% B aM M m  g A  gB  g A gB 1   (a% m m MB a (%) AB MA b (%) AB    Có thể xác định trực tiếp độ dài đoạn thẳng ứng với thành phần (% mol % khối lượng) Ta có : B % A  a  MB (%) b MA (%) 100% B  Về hình thức, thành phần A xác định theo đoạn MB, thành phần B xác định theo MA, dường « lật ngược »  b%) qua điểm tựa M 6.3 CÁC HỆ HAI CẤU TỬ ĐIỂN HÌNH  6.3.1 Hệ hai cấu tử với điểm eutectic không tạo dung dịch rắn không tạo hợp chất hóa học F m1 = (40%A+60%B) TA F m2 = F m3 = L+R TB m3a RB  L m3.t L+R F m4 = B A RA+RB EA B F m4 = Qui tắc đòn bẩy Điểm hệ m3:  RB m3a 10   RB  25 ( g )    L m3t3 30   L  75 ( g ) R  L  100 ( g )  B điểm pha lỏng a, R m3a B  điểm pha rắn t3 m3t3 Theo qui tắc đòn L bẩy:  Thành phần A B pha lỏng biểu diễn a,  Tính lượng A B pha lỏng (AL BL) : LA  40%.L  40%.75  30 ( g )  LB  60%.L  60%.75  45 ( g ) m a m3 L+R L+R A B RA + RB t3 Điểm hệ m1 m1→m2 m2 m3 m3→m4 m4 m4→m Pha lỏng Pha rắn F L L M2 RB a (40%A+60 % B) a→eAB eAB - Qui tắc đòn bẩy(*) : m3a RB  L m3.t RB RA + RB RA + RB Diễn biến q trình Pha lỏng nóng chảy Làm nguội pha lỏng B bắt đầu kết tinh Lượng B tăng Lượng B tăng A, B kết tinh Làm nguội hỗn hợp A+B Thí nghiệm xác lập biểu đồ trạng thái hệ hai cấu tử  Lấy chất A B tinh khiết trộn với theo tỉ lệ khác nhau: khảo sát xem hệ biến đổi nhiệt độ thành phần khác giữ áp suất không đổi atmosphere:  Thí nghiệm thực lị với nhiệt độ kiểm sốt áp suất thường, hỗn hợp có thành phần khác đặt thuyền, thuyền có tính trơ với vật liệu nhiệt độ khảo sát Thường platin  Tăng nhiệt độ đến giá trị cần khảo sát lưu nhiệt độ đủ lâu để xuất cân tất pha Sau thuyền lấy làm nguội thật nhanh   Mục đích việc hạ nhiệt độ nhanh:  để chăc chắn khơng có phản ứng biến đổi pha hay nói khác giữ nguyên trạng thái hệ nhiệt độ cao nhiệt độ phòng Khi làm nguội, số pha lỏng nhiệt độ cao tồn dạng thủy tinh nhiệt độ phịng Thí nghiệm xác lập biểu đồ trạng thái hệ hai cấu tử  Sau làm nguội, vật liệu thuyền lấy khảo sát dịên pha kính hiển vi  kí hiệu đại diện cho pha đựơc thích bên cạnh hình  Khi điểm đánh dấu, ta vẽ đường cong qua điểm liệu để dựng thành giản đồ nhiệt độ thành phần vùng kết tinh  Các đường vùng thích hình Kết thu thí nghiệm giản đồ kết tinh hai cấu tử thuộc loại đơn giản Không phải hệ hai cấu tử có giản đồ dạng nóng chảy hay kết tinh 10 Hệ MgO – SiO2  MgO: dạng tự nhiên periclase  MS: Ba dạng thù hình enstatite,  Điều chế MgO: MgCO3, klinoenstatite protoenstatite MgCO3.CaCO3, Mg(OH)2,  MgSO4.7H2O, MgSO4.H2O GCL kiềm tính: MgO > 70%, tạp chất SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3 B2O3  Forsterite M2S: Là d.d rắn (Mg,Fe)2SiO4 (tứ diện [SiO4]4+ liên kết với bát diện [MgO6]10-) Tnc= 18900C Tạo độ kín chân không tần số cao, dùng nối ráp chi tiết kim  loại VLCL forsterite cấu trúc thô, nhiều tạp chất, VL kỹ thuật điện tử cấu trúc mịn tạp chất  Nguyên liệu: hoạt thạch (talc) Enstatite: 1100 – 12600C biến đổi chiều thành protoenstatite,  không qua klinoenstatite Khi làm nguội, protoenstatite  khơng tạo enstatite, mà klinoenstatite, thể tích thay đổi 6%, gây nứt vỡ sản phẩm  Dạng thù hình Để tránh biến đổi, cần steatite nhỏ mịn, đều, có pha thủy tinh  bao bọc Steatite : bền cơ, hệ số tổn thất  điện môi thấp, 3MgO.4SiO H O   3(MgO.SiO )  SiO  H O  Làm lõi điện trở, thiết bị cách 3(MgO.SiO )  3MgO   3(2MgO.SiO ) điện dòng cao tần 54 talc 2 metasilicatmangne 1100 13000 C forsterite Hệ MgO – SiO2 55 Đặc điểm hệ MgO-SiO2  Vùng nhiệt độ nung tạo MS hẹp Khoảng tạo pha lỏng (15430C) tới chảy (15570C) 140C,  MS sản phẩm khó nung 56 Tràng thạch kali  Là hợp chất kép leucite SiO2  Tràng thạch alumino silicate không ngậm nước Trong cấu trúc Al3+ thay Si4+, ion kiềm K+, Na+, Li+, Cs+, Rb+ , Fe2+, Ba2+ Ca2+ cân điện tích  KAS6 orthoclase, NAS6 albite CAS4 anorthite phổ biến Còn LAS6 spodumene  Tràng thạch kali: 11500C nóng chảy bị phân hủy tạo leucite pha lỏng giàu SiO2 có độ nhớt cao  Tràng thạch natri (Tnc 11180C) tạo d.d.rắn với tràng thạch canxi (Tnc 15530C) độ nhớt nhỏ, phù hợp với kỹ thuật nung nhanh (40 – 45 phút), pha lỏng hình thành sớm 57 11500 C K 2O.Al2O3.6SiO2   K 2O.Al2O3.4SiO2  2SiO2 anorthite leucit 58 L Leucite (K2O.Al2O3.4SiO2) Dạng thù hình: lập phương tứ phương  HSDNN tứ phương 30 – 4000C (20 – 24)x10-6K-1 dạng lập phương (nhiệt độ cao >6250C) (11,7 – 12,8)x10-6-K-1   Nhờ HSDNN cao, leucite phủ lên bề mặt mũ kim loại (HSDNN 13 – 15.10-6K-1) làm sứ nhân tạo  T chuyển pha 6250C  Biến đổi mactensite (rất nhanh) trượt ghép đôi ô mạng sở 59 Hệ SiO2 – ZrO2  Khoáng       zircon (silicate zircon) ZrSiO4: 67,1% ZrO2+32,9%SiO2 Dạng tự nhiên: Cát đen, quartz, ilmenite rutil lẫn granat, kyanite monasite (Ce,La,Th,Nd,Y)PO4 Zircon kỹ thuật: Tuyển tách khoáng, tách ilmenite từ trường, tách rutil trường tĩnh điện Rửa axit loại tạp chất ZrSiO4 khơng bền, bị phân hủy nóng chảy Khi T > 1676oC, ZrSiO4 bị phân hủy thành ZrO2 bốn phương SiO2 Khi T > 1687oC, nóng chảy tạo ZrO2 pha lỏng Vùng phân lớp lỏng : 43 – 63% SiO2 HSDNN ZrSiO4 thấp ( = 3,5x10-6K-1 khoảng 20 – 12000C) , dãn nở đều, khơng đột ngột Zircon có độ bền axit cao, không tan axit, trừ HF Làm VLCL bền axit cao cấp Pigment tạo màu trắng đục cho men gốm, sứ 60 Oxit zircon (ZrO2) Tính chất Một nghiêng Bốn phương Lập phương Monoclinic tetragonal Cubic 5,56 6,10 6,27 Khối lượng riêng -3 (g.cm ) Nhiệt độ nóng 2710±35 chảy 105 (dạng bền) .107 (tới 10000C) 65 – 72 ≤1100 1100 – 2300 2300– 2710 Miền bền vững nhiệt động ( 0C)  ZrO2 có khối lượng riêng lớn  Trơng chờ: đặc tính học đặc biệt (làm bi nghiền, vật liệu mài, cắt kim loại )  Khó khăn: biến đổi thể tích lớn biến đổi thù hình nung 61 Oxit zircon (ZrO2) Nguồn: Ivoclar Vivadent Inc., “IPS e max,” Research and Development Ivoclar Vivadent AG, Jun 2006 62 63 64 Oxit zircon (ZrO2)  1-Nhóm ceramic làm bền (ZTC –transformation toughened ceramic): hạt ZrO2 mịn có cấu trúc lập phương phân tán kim loại ceramic  2-Nhóm ceramic ổn định phần (PSZ – partially stabilized zirconia): cấu trúc lập phương tứ phương  3-Nhóm zircon tứ phương đa tinh thể (TZP – tetragonal zirconia polycrystal): hạt ZrO2 mịn kết khối nhiệt độ thấp Oxit zircon có khả biến đổi thù hình biến đổi áp suất 65 Độ bền vật liệu tăng nhờ chuyển pha ZrO2  a) Biến đổi pha ngăn vết nứt phát triển  b) Biến đổi pha tăng độ cứng bị chà xát, nghiền : tứ phương, nghiêng 66 Vai trò MgO làm bền ZrO2 lập phương 67 vai trò CaO làm bền ZrO2 lập phương 68