Esittely latautuu. Ole hyvä ja odota

Esittely latautuu. Ole hyvä ja odota

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Samankaltaiset esitykset


Esitys aiheesta: "Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta"— Esityksen transkriptio:

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


Lataa ppt "Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta"

Samankaltaiset esitykset


Iklan oleh Google