Lataa esitys
Esittely latautuu. Ole hyvä ja odota
JulkaistuAlbert Jääskeläinen Muutettu yli 9 vuotta sitten
1
Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2012 Teema 1 - Luento 4 Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
2
Tavoite Oppia tulkitsemaan 2-komponentti-systeemien faasipiirroksia
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
3
Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset (paine vakio)
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
4
Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset
Monimutkaisemmatkin piirrokset koostuvat tietyistä perustyypeistä Aukoton liukoisuus Eutektinen tasapaino Peritektinen tasapaino Monotektinen tasapaino Välifaasit Tulkinnan kannalta hallittava erilaiset tasapainotyypit sekä osattava käyttää ns. vipusääntöä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
5
Binäärisysteemeissä esiintyvät tasapainot
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
6
Aukoton liukoisuus Sulan ja kiinteän faasin vapaaenergia-käyrät kaareutuvat alaspäin Aukoton liukoisuus molemmissa faaseissa Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
7
Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
8
Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
9
Eutektinen tasapaino Aukoton liukoisuus sulassa tilassa
Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Kiinteän faasin vapaaenergiakäyrä kuvassa esitettyä muotoa (a) Kaksi kiinteää faasia, joilla sama kidemuoto (b) Kaksi kiinteää faasia, joilla eri kidemuoto Kaksi käyrää, joilla omat minimit Samalla käyrällä kaksi paikallista minimiä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
10
Eutektinen tasapaino Paikallisille minimeille piirretään yhteinen tangentti Tangentti on vapaaenergiakäyrän 1. derivaatta pitoisuuden suhteen (= Kemiallinen potentiaali, ) Leikkauspisteet rajaavat alueen, jossa kahdella eri koostumuksella on sama kemiallinen potentiaali Ts. leikkauspisteiden väliin jää alue, jossa kaksi kiinteää faasia ovat tasapainossa Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
11
Eutektinen tasapaino Piirretty lämpötilassa T5
Eutektinen lämpötila ja koostumus a1 a2 Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
12
Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
13
Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
14
Eutektinen tasapaino Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
15
Eutektoidinen tasapaino
Eutektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe-C-systeemistä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
16
Peritektinen tasapaino
Aukoton liukoisuus sulassa tilassa Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Erona eutektiseen tasapainoon kiinteäkäyrien minimit ovat samalla puolella sulakäyrän minimiä Peritektinen lämpötila Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
17
Peritektinen tasapaino
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
18
Peritektinen tasapaino
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
19
Peritektoidinen tasapaino
Peritektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe2O3-Al2O3-systeemistä Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
20
Monotektinen tasapaino
Kriittinen lämpötila Liukoisuusaukko myös sulassa tilassa Monotektinen lämpötila Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
21
Monotektinen tasapaino
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
22
Monotektinen tasapaino
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
23
Monotektoidinen tasapaino
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
24
Välifaaseja sisältävät systeemit
Kaikki binäärisysteemit koostuvat edellä esitettyjen perustyyppien yhdistelmistä Välifaasit (Lähes) Vakiokoostumuksellinen yhdiste, jonka Koostumus on puhtaiden komponenttien välissä Kiderakenne poikkeaa puhtaiden komponenttien rakenteista Voivat muodostua suoraan sulatteesta tai reaktion kautta Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
25
Välifaaseja sisältävät systeemit
L (s) L (s) L + (s) (s) Muodostuminen suoraan sulatteesta (Congruent) Muodostuminen reaktion kautta (Incongruent) Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
26
Suoraan sulatteesta muodostuva välifaasi
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
27
Reaktion kautta muodostuva välifaasi
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
28
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
29
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
30
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
31
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
32
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto
Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
33
Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla
Binäärisysteemi A-B, jossa A kiteytyy -faasina B kiteytyy -faasina esiintyy liukoisuusaukko koostumuksesta c1 koostumukseen c2 Tarkastelun kohteena kaksifaasialueella sijaitseva koostumus c -faasin osuus (x): -faasin osuus (1-x): Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
34
Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
35
Fe-P-systeemi Montako välifaasia esiintyy kuvan koostumusalueella? Muodostuvatko ne reaktion kautta vai suoraan sulatteesta? Mikä on välifaasien koostumus? Mitä faaseja esiintyy systeemissä, joka koostuu sulasta, joka on jäähdytetty 900 C:een, ja jonka kokonaiskoostumus on 90 paino-% Fe (loput P)? Mitkä ovat ko. systeemissä esiintyvien faasien osuudet ja koostumukset? Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
36
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Tasapainopiirrokset kuvaavat systeemissä esiintyvien faasien stabiilisuuksia eri olosuhteissa Stabiilisuus on riippuvainen tarkastelun kohteena olevien aineiden reaktiivisuuksista (ts. aktiivisuuksista) Tasapainopiirrosten ja aktiivisuuksien välillä havaitaan tiettyjä riippuvuuksia Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
37
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Voimakkaan negatiivinen poikkeama Raoultin laista Merkki voimakkaista vetovoimista Yhdisteiden muodostuminen Välifaasit Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
38
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Liuos käyttäytyy lähes ideaalisesti Liuoksen osaslajit toistensa kaltaisia Laajat liukoisuusalueet Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
39
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
40
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
41
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Näytettä, jonka koostumus on XA, hehkutettiin lämpötilassa TX tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TX Lämpötila XS XL Havaittiin 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS - Lasifaasi, jonka koostumus XL (lasifaasi on nopeasti jähmettynyttä sulaa) Piste (XA,TX) osuu kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ko. lämpötilassa ovat XS ja XL Pitoisuus Ts. mittaus kertoo tietoa A-B-systeemistä myös muissa kuin koeolosuhteissa. A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
42
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Toista näytettä, jolla on sama koostumus XA, hehkutettiin korkeammassa lämpötilassa TY tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TY Lämpötila XS’ XL’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’ Piste (XA,TY) osuu edelleen kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ovat nyt XS’ ja XL’ Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
43
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Tarkastelu kolmannessa (matalamassa) lämpötilassa TZ. XA TZ Lämpötila XS’’ XL’’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’’ Saadaan puuroalueen koostumusrajat kolmannessa lämpötilassa. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
44
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Lämpötila Yhdistämällä kokeiden tulokset nähdään, miten puuroalueen koostumusrajat muuttuvat lämpötilan funktiona. Voidaan hahmotella solidus- ja likviduskäyrät Kokeita jatkamalla saadaan selville, mihin lämpötiloihin asti puuroalue yltää. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
45
Teema 1 - Kotitehtävä 4 Deadline = 8.10
Prosessi- ja ympäristötekniikan osasto Eetu-Pekka Heikkinen, 2012
Samankaltaiset esitykset
© 2024 SlidePlayer.fi Inc.
All rights reserved.