Большая советсткая энциклопедия Двойные системы

Двойные системы

Двойные системы, бинарные системы, двухкомпонентные системы, физико-химические системы, состоящие из двух независимых составных частей (компонентов). Особое практическое значение имеют конденсированные Д. с., т. е. не содержащие газов или паров. Диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство таких систем изображают на плоскости, откладывая на оси абсцисс состав х (выраженный в процентах по массе, атомных или мольных процентах одного из компонентов), а на оси ординат — температуры Т фазовых превращений (начала и конца кристаллизации, полиморфных превращений и др.) или численные значения измеримых свойств Д. с. (плотности, твёрдости, электропроводности и др.). Здесь рассмотрены лишь простейшие изобарические (при давлении 1 атм) диаграммы состояния Д. с., в которых существуют только жидкие фазы L и твёрдые S.

О Д. с., состоящих только из жидких фаз или из жидкостей и газа (пара), см. Жидкие смеси; о Д. с. из твёрдых фаз и газа (пара) см. Термическая диссоциация.

Если взаимная растворимость компонентов А и В в жидком и в твёрдом состоянии отсутствует, то диаграмма состояния (рис. 1) изображается двумя горизонтальными прямыми, проведёнными через точки Т_А и T_B, отвечающие температурам плавления А и В. Выше T_B система состоит из двух жидких фаз L_A и L_B, между T_B и T_A — из L_A и кристаллов В, ниже T_A — из смеси кристаллов А и В. Если взаимная растворимость компонентов А и В в жидком состоянии не ограничена, а в твёрдом состоянии отсутствует, то из одной жидкой фазы L при охлаждении выпадают две твёрдые фазы — кристаллы А и В (рис. 2). Кривые ликвидуса (геометрия, место температур начала кристаллизации) T_AE и T_BE пересекаются в эвтектической точке Е (см. Эвтектика). Жидкость, состав которой отвечает точке Е, затвердевает при постоянной температуре в тонкую смесь кристаллов А и В. Из жидкостей, состав которых лежит между А и Е, при охлаждении начинают выпадать кристаллы А, вследствие чего содержание В в жидкости увеличивается; когда её состав будет отвечать точке Е, процесс закончится кристаллизацией эвтектики. Точно так же затвердевание жидкостей, состав которых лежит между В и Е, начинается выпадением кристаллов В и заканчивается кристаллизацией эвтектики. Прямая FG, проведённая через точку Е, называется линией солидуса (геометрическое место температур конца кристаллизации). Затвердевшие Д. с. этого типа состоят из двухфазной смеси кристаллов А+В. Изотермы свойств таких смесей приближаются к прямой линии e_А e_В (рис. 2).

Если компоненты А и В обладают неограниченной взаимной растворимостью как в жидком, так и в твёрдом состоянии, то из одной жидкой фазы L при охлаждении выпадает только одна кристаллическая фаза —твёрдый раствор S (рис. 3). Диаграмма состояния такой Д. с. может быть без максимума и минимума (рис. 3, I), с максимумом (рис. 3, II) и с минимумом (рис. 3,III). Изотермы свойств имеют вид непрерывных кривых, обращенных выпуклостью вверх (рис. 3,IV) или вниз (рис. 3,V).

Если взаимная растворимость А и В в жидком состоянии не ограничена, а в твёрдом — ограничена, то в случае образования эвтектики последняя состоит из смеси двух твёрдых растворов ( и b (рис. 4), предельные концентрации которых отвечают точкам F и G при эвтектической температуре и точкам М и N при комнатной. Изотермы состав — свойство (отвечающие температуре t) состоят из 3 ветвей e_Am₁n₁e_B и eAm₂n₂e_B, точки m₁, m₂ и n₁, n₂ отвечают предельным концентрациям твёрдых растворов a и b при температуре t.

В случае, когда из жидкости L кристаллизуется одно химическое соединение С, плавящееся без разложения, и твёрдые растворы отсутствуют, на кривой ликвидуса наблюдается либо рациональный максимум М, либо сингулярная точка D, отвечающие составу соединения С, и две эвтектические точки E₁ и E₂, отвечающие эвтектикам, образуемым С с А и В соответственно (рис. 5). Изотермы свойств имеют вид двух прямых, пересекающихся на ординате соединения С. Более сложные случаи диаграмм состояния Д. с. см. в приведённой ниже литературе.

Лит.: Курнаков Н. С., Избр. труды, т. 1—3, М., 1960—63; Вол А. Е., Строение и свойства двойных металлических систем, т. 1—2, М., 1959—62; Хансен М., Андерко К., Структуры двойных сплавов, пер. с англ. , М. , 1962; см. также лит. при ст. Диаграмма состояния.

С. А. Погодин.