3.3 pav. parodyta fazių diagrama P–V koordinatėmis, o 3.4 pav. – fazių diagrama T–S koordinatėmis.
3.3 pav. Fazės P-V diagrama 3.4 pav. Fazės T-S diagrama
Pavadinimai:
t + l – kieto ir skysčio pusiausvyros sambūvio sritis
t + p – kietosios medžiagos ir garų pusiausvyros sambūvio sritis
l + n – skysčio ir garų pusiausvyros sambūvio sritis
Jei P-T diagramoje dvifazių būsenų sritys buvo pavaizduotos kaip kreivės, tai P-V ir T-S diagramose tai yra keletas sričių.
AKF linija vadinama ribine kreive. Ji savo ruožtu yra padalinta į apatinę ribinę kreivę (atkarpa AK) ir viršutinę ribinę kreivę (atkarpa KF).
3.3 ir 3.4 paveiksluose linija BF, kurioje susikerta trijų fazių būsenos, yra išplėstas trigubas taškas T iš 3.1 ir 3.2 pav.
Kai medžiaga tirpsta, kuri, kaip ir garavimas, vyksta pastovioje temperatūroje, susidaro pusiausvyrinis dvifazis kietos ir skystos fazės mišinys. Dviejų fazių mišinio sudėtyje esančios skystosios fazės specifinio tūrio reikšmės paimtos 3.3 pav. iš AN kreivės, o kietosios fazės specifinio tūrio vertės - iš BE kreivės. .
AKF kontūro apribotoje srityje medžiaga yra dviejų fazių mišinys: verdančio skysčio (L) ir sausų sočiųjų garų (P).
Dėl tūrio adityvumo tokio dvifazio mišinio specifinis tūris nustatomas pagal formulę
specifinė entropija:
Fazių diagramų vienetiniai taškai
Trigubas taškas
Trigubas taškas yra taškas, kuriame susilieja trijų fazių pusiausvyros kreivės. 3.1 ir 3.2 pav. tai taškas T.
Kai kurios grynos medžiagos, pavyzdžiui, siera, anglis ir kt., kietoje agregacijos būsenoje turi keletą fazių (modifikacijų).
Skystosios ir dujinės būsenos modifikacijų nėra.
Pagal (1.3) lygtį vienkomponentėje šiluminės deformacijos sistemoje vienu metu pusiausvyroje gali būti ne daugiau kaip trys fazės.
Jei medžiaga turi keletą modifikacijų kietoje būsenoje, tai bendras medžiagos fazių skaičius viršija tris ir tokia medžiaga turi turėti kelis trigubus taškus. Pavyzdžiui, 3.5 pav. parodyta medžiagos, kuri turi dvi modifikacijas kietoje agregacijos būsenoje, P–T fazių diagrama.
3.5 pav. Fazės P-T diagrama
medžiagos su dviem kristalais
kokios fazės
Pavadinimai:
I – skystoji fazė;
II – dujinė fazė;
III 1 ir III 2 – kietos agregacijos būsenos modifikacijos
(kristalinės fazės)
Trigubame taške T 1 yra pusiausvyra: dujinės, skystos ir kristalinės fazės III 2. Šis taškas yra pagrindinis trigubas taškas.
Trigubame taške T2 yra pusiausvyra: skystoji ir dvi kristalinės fazės.
Trigubame taške T3 dujinė ir dvi kristalinės fazės yra pusiausvyroje.
Yra žinomos penkios vandens kristalinės modifikacijos (fazės): III 1, III 2, III 3, III 5, III 6.
Paprastas ledas yra kristalinė III fazė 1, o kitos modifikacijos susidaro esant labai dideliam tūkstančių MPa slėgiui.
Paprastas ledas egzistuoja iki 204,7 MPa slėgio ir 22 0 C temperatūros.
Likusios modifikacijos (fazės) yra ledo tankesnės už vandenį. Vienas iš šių ledų, „karštas ledas“, buvo pastebėtas esant 2000 MPa slėgiui iki + 80 0 C temperatūros.
Termodinaminiai parametrai pagrindinis trigubas vandens taškas Sekantis:
T tr = 273,16 K = 0,01 0 C;
P tr = 610,8 Pa;
Vtr = 0,001 m 3 /kg.
Lydymosi kreivės anomalija ( 
) yra tik įprastam ledui.
(1. Fazės taisyklė. 2. Pusiausvyros fazių diagramų sampratos. 3. Segmentų taisyklė. 4. Būsenos diagramaIIIkaip ir)
1. Fazės taisyklė
Keičiantis temperatūrai ar komponentų koncentracijai, sistema (lydinys) gali būti skirtingų būsenų. Perėjimo iš vienos būsenos į kitą procese joje vyksta fazių transformacijos – atsiranda naujos fazės arba išnyksta esamos fazės.
Galimybę pakeisti sistemos būseną, ty fazių skaičių ir cheminę sudėtį, lemia jos kintamumas - laisvės laipsnių skaičius.
Apibrėžimas. Sistemos laisvės laipsnių skaičius – tai išorinių (temperatūra, slėgis) ir vidinių (koncentracijos) veiksnių skaičius, kurį galima keisti nekeičiant sistemos fazių skaičiaus.
Fazės taisyklės lygtis ( Gibbso įstatymas) pastovaus slėgio sistemai, kurią sudaro keli komponentai, turi formą
C = K – F + 1, (3.1)
čia C – laisvės laipsnių skaičius (sistemos kintamumas); K – komponentų skaičius; Ф – fazių skaičius.
Kadangi laisvės laipsnių skaičius visada didesnis arba lygus nuliui, t.y. Kai 0, tada sąlyga tarp komponentų skaičiaus ir fazių tenkinama
F K + 1, (3.2)
nustatantis maksimalų galimą pusiausvyros fazių skaičių lydiniuose.
2. Sąvokos apie pusiausvyros fazių diagramas
Pusiausvyros fazių diagramos ( būsenų diagramos) naudojami tiriant lydinių struktūrą, pasirenkant jų terminio apdorojimo režimus ir kt.
Pusiausvyros fazių diagrama parodo, kurios fazės egzistuoja tam tikromis sąlygomis (komponentų koncentracija ir temperatūra) pusiausvyros sąlygomis. Iš diagramos galite nustatyti agregacijos būsena, kiekis ir cheminė sudėtis fazės, taip pat lydinio struktūrinė-fazinė būsena, priklausomai nuo jį sudarančių komponentų temperatūros ir koncentracijos.
Pusiausvyros fazinė diagrama yra „grafas“, kurio abscisių ašyje vaizduojama komponentų koncentracija (bendras komponentų kiekis bet kuriame lydinyje yra 100%), o ordinačių ašyje – temperatūra. Kraštutiniai taškai (kairėje ir dešinėje) diagramos x ašyje atitinka grynus komponentus. Bet kuris kitas šios ašies taškas atitinka tam tikrą lydinio komponentų koncentraciją.
Pavyzdžiui, dviejų komponentų lydiniui (3.1 pav.) taškas A atitinka gryną, t.y. turintis 100 % komponento A, taškas IN– grynas komponentas B, taškas C – lydinys, turintis 75 % A ir 25 % B, taškas D – lydinys, kuriame yra 75 % B ir 25 % A. Koncentracijos ašyje nurodomas vieno iš komponentų kiekio pokytis (3.1 pav. - komponentas B).
Ryžiai. 3.1 – Pusiausvyros fazių diagramos koordinatės
Norint sudaryti fazių diagramas, įvairios sudėties lydiniai tiriami skirtingose temperatūrose. Tradicinis diagramų sudarymo metodas yra šiluminės analizės metodas, leidžiantis gauti lydinių aušinimo kreives koordinatėse „temperatūra - laikas“ - aušinimo kreivės(lydiniai).
Lydiniai aušinami labai mažu greičiu, t. y. sąlygomis, artimomis pusiausvyrai.
Aušinimo schemų konstravimas atliekamas tokia seka:
Koordinatėse „temperatūra – koncentracija“ brėžiamos vertikalios linijos, atitinkančios tiriamų kompozicijų lydinius (kurie mažesnis žingsnis pagal koncentraciją, tuo diagrama tikslesnė);
šiems lydiniams sukonstruotos aušinimo kreivės;
Ant vertikalių linijų taškai rodo temperatūrą, kuriai esant temperatūra keičiasi. agregacijos būsena arba struktūra lydiniai;
skirtingų lydinių identiškų virsmų taškai sujungiami linijomis, ribojančiomis identiškų sistemos būsenų plotus.
Tokias konstrukcijas atlikome laboratoriniame darbe Nr. 1, kurdami „cinko - alavo“ fazių diagramąZn – Sn»).
Diagramos tipas priklauso nuo to, kaip kietos ir skystos būsenos komponentai sąveikauja tarpusavyje.
Paprasčiausios diagramos yra dvejetainės (dvikomponentės) sistemos ( Daugiakomponentės sistemos gali būti sumažintos iki jų su fiksuotomis „perteklinių“ komponentų reikšmėmis), kurių pagrindiniai tipai apima lydinių fazių diagramas, kurios yra kietojo(esant normaliai temperatūrai):
a) mechaniniai grynų komponentų mišiniai (I tipas);
b) lydiniai, kurių komponentų tirpumas neribojamas (II tipas);
c) lydiniai, kurių komponentų tirpumas ribotas (III tipas);
d) lydiniai, sudarantys cheminį junginį (IV rūšies).
Paskaitoje nagrinėsime pusiausvyros fazių diagramų konstravimą naudojant trečios rūšies fazių diagramos pavyzdį - lydinį su ribotu komponentų tirpumu (kito tipo diagramos aptariamos laboratoriniuose darbuose).
Tačiau pirmiausia aptarkime, kas svarbu analizuojant tokias diagramas: segmento taisyklė(svirtis).
Pasvarstykime P− T− X dvejetainių sistemų diagramos. Intensyvus studijų darbas P− T− X fazių diagramos parodė, kad naudojant aukštą slėgį (dešimtys ir šimtai tūkstančių atmosferų) kai kuriais atvejais pasikeičia fazių diagramos tipas, smarkiai pasikeičia fazių ir polimorfinių transformacijų temperatūra, atsiranda naujos fazės, kurių nėra tam tikroje sistemoje esant atmosferos slėgiui. Pavyzdžiui, diagrama su neribotu tirpumu kietoje būsenoje esant aukštai temperatūrai ir kieto tirpalo α skilimą į du kietus tirpalus α1 + α2 žemos temperatūros gali, didėjant slėgiui, palaipsniui transformuotis į diagramą su eutektika (žr. 4.18 pav., A). Fig. 4.18, b parodyta Ga–P sistemos, kurioje susidaro GaP puslaidininkinis junginys, būsenos diagrama. Priklausomai nuo slėgio, šis junginys gali ištirpti vienodai arba nenuosekliai. Atitinkamai keičiasi dvigubos diagramos išvaizda. T− Xįvairiose izobarinėse dalyse trigubai P− T− X diagramas.
Praktiškai tūrinis P− T− X diagramos sudaromos labai retai. Dažniausiai fazinės transformacijos į trimačius P− T− X Ana diagramos
Ryžiai. 4.18. A- P− T− X diagrama; b- P− T− X būsenos diagrama
Ga-P sistemos su suderintu ir nesuderinamu tirpstančiu GaP junginiu
priklausomai nuo slėgio.
lyse naudojant jų projekcijas plokštumoje P− T, T− X Ir P− X, taip pat įvairios sekcijos esant pastoviai temperatūrai ar slėgiui (žr. 4.18 pav., A).
Atkreipkite dėmesį, kad analizuojant fazių transformacijas sistemoje, reikėtų atskirti P− T− X fazių diagramos, kuriose disociacijos slėgis P dis9 yra mažas ir P fazių diagramoje - tai išorinis slėgis ir kuriame disociacijos slėgis yra didelis ir P- Tai P dis. Sistemose, kurių komponentų disociacijos slėgis yra žemas ir kuriose didžiausia mišinio lydymosi temperatūra yra žemesnė už žemiausią virimo temperatūrą (sistemoje nėra labai lakiųjų komponentų), gali būti nepaisoma dujų fazės vaidmens fazių transformacijų metu. . Jei kurio nors komponento disociacijos slėgis yra didelis (sistemoje yra labai lakių komponentų), tuomet reikia atsižvelgti į dujų fazės sudėtį esant aukštesnei ir žemesnei temperatūrai.
Pažvelkime atidžiau į fazių diagramas P dis − T− X su aukštu
disociacijos slėgis (fazių diagramos su labai lakiais komponentais). Pažymėtina, kad dėmesys jiems išaugo dėl padidėjusio junginių, turinčių lakiųjų komponentų, vaidmens puslaidininkių elektronikoje. Pavyzdžiui, tai yra junginiai AIIIBV, kurių sudėtyje yra labai lakių komponentų fosforo ir arseno, junginiai AIIBVI, turintys gyvsidabrio, AIVBVI turintys sieros ir kt.
Visi puslaidininkiniai junginiai turi daugiau ar mažiau išplėstą homogeniškumo sritį, tai yra, jie gali ištirpti patys
9 P dis yra pusiausvyros slėgis, esantis visų pusiausvyros fazių disociacijos sąlygoms. Jei sistemoje yra vienas labai nepastovus komponentas P dis yra labai lakios sistemos komponento pusiausvyros disociacijos slėgis.
bet kuris iš komponentų, viršijančių stechiometrinę sudėtį, arba trečiasis komponentas.
Bet kokie nukrypimai nuo stechiometrinės sudėties turi įtakos elektrinėms savybėms (žr. 3 skyrių). Todėl norint atkuriamai gauti kristalus, kurių sudėtyje yra lakiųjų komponentų su nurodytomis savybėmis, taip pat būtina atkurti tam tikros sudėties junginius.
Tačiau vieno iš junginio komponentų nepastovumas lemia nukrypimą nuo stechiometrinės sudėties dėl laisvų vietų - anijoninių arba katijoninių - susidarymo, priklausomai nuo to, kurio komponento disociacijos slėgis yra didesnis, ir, atitinkamai, perteklinis. kitas komponentas. Kaip jau buvo aptarta sk. 3, laisvos vietos daugelyje junginių gali sukurti akceptorių arba donorų lygius, taip paveikdami fizines savybes.
A ir B pozicijų laisvų vietų susidarymo energija beveik niekada nebūna vienoda, todėl skiriasi ir anijoninių bei katijoninių laisvų vietų koncentracija, o junginio homogeniškumo sritis stechiometrinės sudėties atžvilgiu pasirodo asimetriška. Atitinkamai, beveik visų junginių maksimali lydymosi temperatūra neatitinka stechiometrinės sudėties lydinio.10
Galima užkirsti kelią junginio sudėties pokyčiams dėl lakumo, jei jis auginamas iš lydalo ar tirpalo esant išoriniam lakiojo komponento slėgiui, lygiam disociacijos slėgiui augimo temperatūroje. Ši sąlyga pasirenkama naudojant P dis − T– X diagramas.
Labai lakaus komponento disociacijos slėgis lydiniuose labai priklauso nuo jo sudėties, paprastai mažėjant šio komponento koncentracijai, kaip, pavyzdžiui, In–As sistemoje (arseno disociacijos slėgis sumažėja beveik keturiomis eilėmis mažėjanti arseno koncentracija nuo 100 iki 20 %. Dėl to junginyje esančio lakiojo komponento disociacijos slėgis yra daug mažesnis nei gryno komponento disociacijos slėgis toje pačioje temperatūroje.
Ši aplinkybė naudojama dviejų temperatūrų schemoje šiam junginiui gauti. Vienoje orkaitėje sukuriamos dvi temperatūros zonos.
10 Vis dėlto junginiams, ypač AIII BV, turintiems siaurą homogeniškumo sritį, ir daugeliui junginių, ypač AIV BVI, kurių vidutinis homogeniškumo srities plotis, vartojama tolygiai tirpstančių junginių sąvoka, nes faktinės lydymosi temperatūros nuokrypiai. junginio nuo stechiometrinės sudėties junginio lydymosi temperatūros yra nereikšmingi.
Ryžiai. 4.19. P dis − T skyrius P dis − T− X Pb–S sistemos fazių diagramos. 1 -
trifazė linija; 2 - PS 2 gryna siera virš PbS+S2; 3 - PS 2 per PbS+Pb.
Vienas turi temperatūrą T 1, lygi junginio kristalizacijos temperatūrai. Čia dedamas indas su lydalo. Antroje zonoje dedamas grynas lakusis junginio komponentas As. Temperatūra T 2 antroje zonoje palaikoma vienoda temperatūra, kuriai esant gryno lakiojo komponento disociacijos slėgis yra lygus šio komponento disociacijos slėgiui junginyje esant temperatūrai. T 1. Dėl to pirmoje zonoje virš junginio esančio lakiojo komponento garų slėgis yra lygus jo dalinės disociacijos slėgiui junginyje, kuris neleidžia šiam komponentui išgaruoti iš lydalo ir užtikrina junginio kristalizaciją. duota kompozicija.
Fig. duotas 4.19 P− T Pb–S fazių diagramos projekcija.
Ištisinė linija rodo trifazės kietosios, skystosios ir dujinės fazės pusiausvyros liniją, ribojančią kietojo junginio stabilumo sritį; punktyrinė linija – izokoncentracijos linijos homogeniškumo srityje. Izokoncentracijos linijos rodo kompozicijas su vienodais nuokrypiais nuo stechiometrijos (identiškos sudėties) link švino pertekliaus (laidumo) n-tipo) arba sieros pertekliaus (laidumo) link p-tipas), pusiausvyra esant nurodytoms temperatūros ir sieros garų slėgio vertėms. Linija n= p atitinka temperatūros ir slėgio vertes PS 2, kuriame kietoji fazė turi griežtai stechiometrinę sudėtį. Jis kerta trifazę liniją esant temperatūrai, kuri yra stechiometrinio junginio lydymosi temperatūra. arba sieros pertekliaus (laidumo p-tipas).
Kaip matyti iš fig. 4.19, stechiometrinės sudėties junginio lydymosi temperatūra yra žemesnė už maksimalią lydymosi temperatūrą, kurią turi lydinys su švino pertekliumi, palyginti su formulės sudėtimi. Matoma ryški kristalų sudėties priklausomybė nuo lakiojo komponento dalinio garų slėgio. Aukštos temperatūros srityje visos kreivės, atitinkančios skirtingas kompozicijas, artėja prie linijos n= p. Kai temperatūra mažėja, skirtumas tarp pusiausvyros slėgių, atitinkančių skirtingas kompozicijas, didėja. Tai paaiškina sunkumus gauti tam tikros kompozicijos lydinį tiesiogiai kristalizacijos metu, kuri vyksta aukštoje temperatūroje. Kadangi skirtingų kompozicijų dalinio slėgio kreivės yra panašios, nedideli atsitiktiniai lakiųjų komponentų garų slėgio nuokrypiai gali lemti pastebimus kietosios fazės sudėties pokyčius.
Jei po augimo kristalas yra ilgą laiką atkaitinamas žemesnėje temperatūroje ir tokiu slėgiu, kad skirtingų kompozicijų izokoncentracijos linijos smarkiai skiriasi, tada kristalo sudėtis gali būti padidinta iki nurodytos vertės. Tai dažnai naudojama praktikoje.
Įvadas
Fazių diagramos yra neatsiejama bet kokios diskusijos apie medžiagų savybes dalis, kai mes kalbame apie apie įvairių medžiagų sąveiką. Fazių diagramos ypač svarbios mikroelektronikoje, nes Laidų ir pasyvavimo sluoksnių gamybai turi būti naudojamas didelis įvairių medžiagų asortimentas. Integrinių grandynų gamyboje silicis glaudžiai liečiasi su įvairiais metalais, ypatingą dėmesį skirsime toms fazių diagramoms, kuriose silicis pasirodo kaip vienas iš komponentų.
Šioje santraukoje aptariama, kokie fazių diagramų tipai yra, koncepcija fazių perėjimas, kietasis tirpumas, svarbiausios mikroelektronikos medžiagų sistemos.
Fazių diagramų tipai
Vienfazės fazės diagramos yra grafikai, vaizduojantys tik vienos medžiagos fazės būseną, priklausomai nuo slėgio, tūrio ir temperatūros. Dvimatėje plokštumoje dažniausiai nėra įprasta braižyti trimatį grafiką – jie vaizduoja jo projekciją į temperatūros – slėgio plokštumą. Vienfazės būsenos diagramos pavyzdys pateiktas fig. 1.
Ryžiai. 1.
Diagrama aiškiai atriboja sritis, kuriose medžiaga gali egzistuoti tik vienoje fazėje - kaip kietas, skystis ar dujos. Išilgai demarkuotų linijų medžiaga gali turėti dvi fazes (dvi fazes), kurios yra viena su kita. Vyksta bet kuris iš derinių: kietas - skystis, kietas - garai, skystis - garai. Diagramos linijų susikirtimo taške, vadinamajame trigubame taške, visos trys fazės gali egzistuoti vienu metu. Be to, tai įmanoma esant vienai temperatūrai, todėl trigubas taškas yra geras temperatūros atskaitos taškas. Paprastai atskaitos taškas yra trigubas vandens taškas (pavyzdžiui, atliekant tikslius matavimus naudojant termoporas, kai atskaitos jungtis liečiasi su ledo-vandens-garų sistema).
Dvejetainė fazių diagrama (dvejetainės sistemos fazių diagrama) parodo dviejų komponentų sistemos būseną. Tokiose diagramose temperatūra brėžiama išilgai ordinačių ašies, o temperatūra – išilgai abscisių ašies. procentais mišinio sudedamoji dalis (paprastai tai yra arba procentinė dalis visos masės (masės %), arba procentinė dalis iš viso atomai (at. %)). Paprastai manoma, kad slėgis yra 1 atm. Jei atsižvelgiama į skystą ir kietą fazę, tūrio matavimai nepaisomi. Fig. 2. parodyta tipinė A ir B komponentų dviejų fazių fazių diagrama, naudojant svorį arba atominį procentą.
Ryžiai. 2.
Laiškas? nurodo medžiagos A fazę su tirpia medžiaga B, ? reiškia medžiagos B fazę su joje ištirpusia medžiaga, ar ne? + ? reiškia šių fazių mišinį. Raidė (iš skysčio) reiškia skystąją fazę, o L+?? ir L+? vidutinė skystoji fazė plius fazė arba atitinkamai. Linijos, skiriančios fazes, t. y. linijos, kuriose gali egzistuoti skirtingos medžiagos fazės, turi tokius pavadinimus: solidus - linija, kurioje fazės egzistuoja vienu metu? arba? su L+ fazėmis? ir L+? atitinkamai; solvus - linija, kurioje fazės egzistuoja vienu metu? Ir? + ? arba? Ir? + ?, o likvidus yra linija, kurioje fazė L ir fazė L+? arba L+?.
Taškas, kuriame susikerta dvi likvidumo linijos, dažnai yra visų galimų medžiagų A ir B derinių žemiausio lydymosi taškas ir vadinamas eutektiniu tašku. Mišinys su komponentų santykiu eutektiniame taške vadinamas eutektiniu mišiniu (arba tiesiog eutektiniu).
Panagrinėkime, kaip mišinys pereina iš skysta būsena(lydyti) į kietą medžiagą ir kaip fazių diagrama padeda numatyti visų tam tikroje temperatūroje egzistuojančių fazių pusiausvyros sudėtį. Pereikime prie pav. 3.
Ryžiai. 3.
Tarkime, kad iš pradžių mišinio sudėtis buvo C M esant temperatūrai T1, esant temperatūrai nuo T1 iki T2 yra skystoji fazė, o esant temperatūrai T2 vienu metu egzistuoja fazės L ir? Esamos L fazės sudėtis yra C M, fazės sudėtis? yra C?1. Toliau mažėjant temperatūrai iki T 3, skysčio sudėtis keičiasi išilgai likvidumo kreivės, o fazės sudėtis? - išilgai solidaus kreivės, kol ji susikerta su izoterma (horizontalia linija) T 3 . Dabar L fazės sudėtis yra C L, o fazės sudėtis yra C -2. Reikėtų pažymėti, kad kompozicijoje C ?2 turėtų būti ne tik medžiaga, kuri perėjo į fazę esant temperatūrai T 3, bet ir visa medžiaga, kuri perėjo į fazę? esant aukštesnei temperatūrai, sudėtis turėtų būti C ?2. Šis kompozicijų išlyginimas turi įvykti komponento A kietojo kūno difuzijos būdu į esamą fazę, kad iki temperatūros T 3 visos medžiagos fazėje turėtų sudėtį C22. Toliau mažėjant temperatūrai, mes patenkame į eutektinį tašką. Ar jis turi fazes? Ir? egzistuoja kartu su skysta faze. Esant žemesnei temperatūrai, egzistuoja tik fazės? Ir?. Ar susidaro fazių mišinys? Ir? sudėtis C E su užpildais? su pradine kompozicija C?3. Tada ilgą laiką laikant šį mišinį žemesnėje nei eutektikos temperatūroje, galima gauti kietą medžiagą. Gautą kietą medžiagą sudarys dvi fazės. Kiekvienos fazės sudėtį galima nustatyti izotermos susikirtimo taške su atitinkama solvus linija.
Ką tik buvo parodyta, kaip nustatyti kiekvienos esamos fazės sudėtį. Dabar apsvarstykite medžiagos kiekio nustatymo kiekvienoje fazėje problemą. Kad būtų išvengta painiavos pav. 4. Dar kartą parodyta paprasta dviejų fazių schema. Tarkime, kad esant temperatūrai T 1 lydalo sudėtis yra C M (tai reiškia komponentą B), tada esant T 2 fazė L turi C L sudėtį, o fazė? turės kompoziciją C s. Tegu M L yra kietos būsenos medžiagos masė, o M S – kietos būsenos medžiagos masė. Bendros masės išsaugojimo sąlyga lemia tokią lygtį
(M L + M S)C M = M L C L + M S C S .
Ryžiai. 4.
Tai atspindi faktą, kad bendra medžiagos masė esant T1 temperatūrai, padauginta iš procentų B, yra bendra medžiagos B masė. Ji yra lygi medžiagos B masių, esančios skystoje ir kietoje fazėse esant temperatūrai, sumai. T2. Išspręsdami šią lygtį, gauname
Ši išraiška žinoma kaip „lygio taisyklė“. Naudojant šią taisyklę, žinant pradinę lydalo sudėtį ir jo bendrą masę, galima nustatyti abiejų fazių mases ir medžiagos B kiekį bet kurioje fazėje bet kurioje dviejų fazių diagramos dalyje. Lygiai taip pat galime apskaičiuoti
Fig. 5. Pateikiamas kitas lydalo kietėjimo pavyzdys. Temperatūros sumažėjimas nuo T 1 iki T 2 veda prie L fazių ir? su kompozicija C M ir C ? . Toliau aušinant, sudėtis L keičiasi išilgai skysčio, o sudėtis? - išilgai solidaus, kaip aprašyta anksčiau. Kai temperatūra pasiekia T 3, sudėtis? taps lygus C M, ir, kaip matyti iš lygio taisyklės, esant žemesnei nei T 3 temperatūrai, skystoji fazė negali egzistuoti. Esant žemesnei nei T4 temperatūrai, fazės? Ir? egzistuoja kaip fazių agregatai? Ir?. Pavyzdžiui, esant temperatūrai T 5 fazės agregatai? turės sudėtį, nulemtą T5 izotermos ir solvus?. Junginys? nustatomas panašiai – pagal izotermos ir solvus? sankirtą.
Ryžiai. 5.
Dviejų fazių diagramos skyriai vis dar vadinami? ir?, ar kietojo tirpumo sritys: srityje? A ir B ištirpsta. Didžiausia suma A, kuri tam tikroje temperatūroje gali ištirpti B, priklauso nuo temperatūros. Esant eutektinei arba aukštesnei temperatūrai, gali įvykti greitas A ir B susiliejimas. mažesnis (tai rodo, kad esant tokiai temperatūrai nagrinėjamas metodas nėra labai tinkamas), tada lydinyje gali atsirasti stiprių įtempių, kurios labai paveiks jo savybes (esant dideliems įtempimams, susidaro persotinti kietieji tirpalai, o sistema nėra pusiausvyros būseną, o diagramoje pateikiama informacija tik apie pusiausvyros būsenas). Kartais toks poveikis yra pageidautinas, pavyzdžiui, stiprinant plieną grūdinant, kad susidarytų martensitas. Tačiau mikroelektronikoje jos rezultatas bus destruktyvus. Todėl dopingas, ty priedų įdėjimas į silicį prieš difuziją, atliekamas aukštesnėje temperatūroje, kad būtų išvengta paviršiaus pažeidimų dėl per didelio legiravimo. Jei legiravimo priemaišų kiekis substrate yra didesnis už kietojo tirpumo ribą bet kurioje temperatūroje, atsiranda antroji fazė ir su tuo susijusi deformacija.
