Mchoro wa majimbo ya awamu ya mfumo wa multicomponent. Mabadiliko ya awamu. Mchoro wa Jimbo. Michoro ya Awamu ya Alama Tatu

Mfumo wa kijenzi kimoja tofauti ni dutu moja ambayo iko katika hali tofauti za ujumlisho au marekebisho ya polimofi. Kwa mujibu wa kanuni ya awamu ya Gibbs, kwa K = 1 C = 3  F. idadi ya awamu zilizopo kwa wakati mmoja katika mfumo wa sehemu moja tofauti inaweza kuwa si zaidi ya tatu. Kwa kutokuwepo kwa polymorphism, hizi ni awamu za kioevu, imara, na za mvuke. Msawazo wa awamu mbili unaowezekana katika mfumo huo ni "mvuke ya kioevu", "mvuke imara", na "imara-kioevu". Kila moja ya usawa huu ina sifa ya uhusiano fulani kati ya vigezo P na T, iliyoanzishwa na milinganyo ya Clausius-Clapeyron kwa michakato inayolingana: uvukizi, usablimishaji na kuyeyuka.

Mahusiano haya pia yanaweza kuanzishwa kwa nguvu, kwa njia za uchambuzi wa physicochemical. Wao ni taswira graphically katika "shinikizo-joto" kuratibu axes, katika mfumo wa curves Р = f (T).

Uwakilishi wa kielelezo wa hali za usawa wa awamu kwa tofauti za P na T huitwa mchoro wa hali, au mchoro wa awamu. Fikiria, kwa mfano, michoro ya awamu ya maji na sulfuri.

4.5.1. Mchoro wa awamu ya maji

Hali ya maji ilichunguzwa katika aina mbalimbali za joto na shinikizo. Inajulikana kuwa kwa shinikizo la juu, barafu inaweza kuwa katika marekebisho mbalimbali ya fuwele, kulingana na hali ya kimwili (P na T). Jambo hili, linaloitwa upolimishaji, ni asili katika vitu vingine vingi. Tutazingatia mchoro wa hali ya maji kwa shinikizo la chini (hadi 2000 atm).

Mchoro una sehemu tatu za awamu ( mchele. 4.1):

AOB - uwanja wa maji,

BOS (chini ya curve) - uwanja wa mvuke usiojaa,

AOS ni uwanja wa awamu imara.

Mchele. 4.1. Mchoro wa awamu ya maji

Katika hatua yoyote ya shamba, mfumo ni awamu moja na bivariant (K = 1; F = 1; C = 2), i.e. ndani ya mipaka fulani, inawezekana kubadili joto na shinikizo bila kubadilisha idadi ya awamu na asili yao. Kwa mfano, hatua ya 1 inafanana na maji ya kioevu, ambayo ina vigezo t 1 na P 1.

Ikiwa awamu mbili ziko katika usawa katika mfumo, basi K = 1; F = 2; C = 1, i.e. mfumo ni monovariant. Hii inamaanisha kuwa parameta moja inaweza kubadilishwa kiholela ndani ya mipaka fulani, wakati nyingine lazima ibadilike kulingana na ya kwanza. Utegemezi huu unaonyeshwa na curve Р = f (Т): RH - evaporation (au condensation) curve; OS - sublimation (au sublimation) curve; AO - curve ya kuyeyuka (au kukandishwa). Kwa mfano, hatua ya 2 ina sifa ya mfumo wa usawa ambao kwa joto t 2 na shinikizo Р 2 maji na mvuke wa maji ulijaa ni katika usawa. Ikiwa P 2 \u003d 1 atm, basi t 2 inaitwa kiwango cha kawaida cha kuchemsha.

Mviringo wa uvukizi wa maji wa OM hukatika kwenye sehemu muhimu (B) kwa t= 374С na P = 218 atm. Juu ya hatua hii, maji ya kioevu na ya mvuke hayawezi kutofautishwa katika mali. Hii ilianzishwa na D.I. Mendeleev mnamo 1860

Curve ya kuyeyuka kwa barafu ya AO kwa shinikizo hadi 2047 atm ina mteremko wa kushoto, ambayo inalingana na hali V f.p.< 0 (мольный объем льда >kiasi cha molar ya maji). Barafu kama hiyo ni nyepesi kuliko maji, inaelea juu ya maji, kwa hivyo viumbe hai huhifadhiwa kwenye hifadhi za asili ambazo hazigandi chini. Kwa shinikizo la juu, barafu hupita kwenye marekebisho mazito, kisha curve ya kuyeyuka ya AO inaelekezwa kulia. Marekebisho saba ya fuwele ya barafu yanajulikana, ambayo sita yana msongamano wa juu kuliko ule wa maji ya kioevu. Mwisho wao unaonekana kwa shinikizo la 21680 atm. Mabadiliko ya aina moja ya barafu hadi nyingine ni mpito wa enantiotropiki (tazama hapa chini kwa upolimishaji).

Mviringo wa nukta OD (mwendelezo wa OB) una sifa ya usawa wa metastable: maji yaliyopozwa sana ↔ mvuke iliyojaa.

Metastable huitwa usawa ambapo kuna ishara zote za nje za usawa wa awamu, lakini uwezo wa isobaric wa mfumo haujafikia thamani ya chini kabisa na inaweza kupungua zaidi. Maji, yakiangaza kwenye uchafu, yatageuka kuwa barafu. Pointi O ni alama tatu. Kuratibu zake kwa maji kwa kutokuwepo kwa hewa: P = 4.579 mm Hg. Sanaa., t= 0.01C. Katika uwepo wa hewa katika atm 1, awamu tatu ziko katika usawa wa 0 ° C. Katika kesi hii, shinikizo la jumla ni 1 atm, lakini shinikizo la sehemu ya mvuke wa maji ni 4.579 mmHg. Sanaa. Katika kesi hii, kupungua kwa kiwango cha kufungia kwa 0.01º husababishwa na sababu mbili: umumunyifu wa hewa ndani ya maji (tazama sehemu "Kupungua kwa kiwango cha kufungia cha suluhisho") na ushawishi wa shinikizo la jumla kwenye sehemu ya kufungia ya vinywaji. (kuongezeka kwa shinikizo la jumla katika mfumo hupunguza). Hapa ndipo mahali pekee ambapo awamu zote tatu ziko katika usawa: maji, barafu na mvuke. Katika hatua hii, mfumo haubadilika: C = 0.

MIPANGO YA MABADILIKO YA AWAMU

DHANA ZA MSINGI ZA HALI YA AWAMU

Wakati wa maendeleo ya amana katika hifadhi, shinikizo, uwiano wa kiasi cha gesi na mafuta hubadilika mara kwa mara. Hii inaambatana na mabadiliko ya mara kwa mara katika muundo wa awamu ya gesi na kioevu na mpito wao wa pande zote.

Michakato mikali hasa ya mabadiliko hayo hutokea wakati mafuta yanaposogea kando ya kisima. Kutokana na kushuka kwa kasi kwa shinikizo, kiasi kikubwa cha gesi hutolewa kutoka kwa mafuta, na karibu na kinywa mtiririko wakati mwingine hugeuka kuwa kusimamishwa kwa kutawanywa kwa matone ya mafuta katika kati ya gesi.

Harakati zaidi ya mafuta kwa watumiaji pia inaambatana na mabadiliko ya awamu inayoendelea, kwa mfano, kutoka kwa mafuta ambayo hayana gesi tena, hujaribu kutoa na kukamata sehemu zenye tete zaidi za kioevu ili kupunguza upotezaji wa bidhaa za mafuta kutokana na uvukizi wakati wa kuhifadhi. mizinga.

Mifumo ya asili ya hidrokaboni inajumuisha idadi kubwa ya vipengele, na hizi sio tu hidrokaboni za mfululizo wa parafini, lakini pia hidrokaboni za makundi mengine. Hali ya awamu ya mchanganyiko wa hidrokaboni inategemea muundo wake, pamoja na mali ya vipengele vya mtu binafsi.

Mchoro wa awamu ya kawaida ya mchanganyiko wa multicomponent (Mchoro 21) katika shinikizo - kuratibu za joto zina fomu ya kitanzi, i.e. hutofautiana na mchoro wa awamu unaolingana wa dutu safi, ambayo inaonyeshwa kama kijipinda kimoja kinachoongezeka kwa monotonically kwa mhimili wa joto na ncha moja (muhimu). Kabla ya kuendelea na mjadala wa vipengele vya mchoro huu, hebu tufafanue baadhi ya dhana muhimu za kimwili zinazohusiana na mchoro huu.

"Hatua muhimu" (uhakika Kwa katika mtini. 21) inalingana na shinikizo na maadili ya joto ambayo mali ya kila awamu huwa sawa.

"Joto muhimu" - joto sambamba na hatua muhimu.

"Shinikizo muhimu" - shinikizo sambamba na hatua muhimu.

"Sifa kubwa" ni zile mali ambazo hazitegemei kiasi cha dutu inayohusika.

"Sifa kubwa" ni sifa ambazo zinalingana moja kwa moja na kiasi cha dutu inayohusika.

"Mviringo NA sehemu zinazochemka” - curve inayopita kwenye pointi zinazolingana na shinikizo na halijoto ambayo Bubble ya kwanza ya gesi huundwa wakati wa mpito wa dutu kutoka hali ya kioevu hadi hali ya awamu mbili.

"Dew Point Curve b»- curve inayopitia pointi zinazofanana na shinikizo na joto ambalo tone la kwanza la kioevu linaundwa wakati wa mpito wa dutu kutoka kwa hali ya mvuke hadi hali ya awamu mbili.

"Mkoa wa Awamu Mbili" - kanda iliyofungwa na curves ya pointi za awali za kuchemsha na pointi za umande, ndani ambayo gesi na kioevu ziko katika usawa.

"Krikondenterm" ( M) - joto la juu zaidi ambalo kioevu na mvuke vinaweza kuwepo kwa usawa.

"Krikondenbar" (N) - shinikizo la juu zaidi ambalo kioevu na mvuke vinaweza kuwepo kwa usawa.

"Retrograde kanda" (kivuli eneo katika Mchoro 21) - eneo lolote ndani ambayo condensation au vaporization hutokea katika mwelekeo kinyume na mabadiliko ya awamu ya kawaida.

"Retrograde condensation" (iliyopunguzwa na curve ya KDM) ina maana kwamba kioevu hupungua au wakati shinikizo linapungua kwa joto la kawaida (laini. ABD), au kwa kuongezeka kwa joto kwa shinikizo la mara kwa mara (mstari F GA

"Uvukizi wa kurudi nyuma" (unaopunguzwa na curve ya NHK) inamaanisha kuwa uundaji wa mvuke hutokea wakati joto linapungua kwa shinikizo la mara kwa mara (line AGF) au kwa shinikizo la kuongezeka kwa joto la kawaida (mstari DBA).

"Mstari wa kiasi cha mara kwa mara" (mistari ya ubora) - mistari inayopitia pointi za maudhui ya kioevu sawa ya volumetric ndani ya kanda ya awamu mbili.

Kutoka kwa kuzingatia Mtini. 21 baadhi ya uchunguzi muhimu unaweza kufanywa. Mviringo wa uhakika wa kuchemka na ukingo wa hatua ya umande huungana katika sehemu muhimu. Curve ya kiwango cha kuchemsha inalingana na maudhui ya kioevu 100% kwenye mfumo, na curve ya umande inalingana na maudhui ya gesi 100%. Maeneo yenye kivuli yanahusiana na eneo la matukio ya retrograde. Eneo lililofungwa na mikondo inayopita kwenye pointi K bmd, inalingana na eneo la ufupishaji wa retrograde ya isothermal.

Mchoro wa awamu (Kielelezo 21.) na vipengele vyake vyote ni asili katika mchanganyiko wowote wa multicomponent, lakini upana wa kitanzi chake na eneo la hatua muhimu, na hivyo mikoa ya kurudi nyuma, inategemea muundo wa mchanganyiko.

Kutoka kwa mtazamo wa uwanja wa mafuta, mifumo ya sehemu nyingi imegawanywa katika mafuta na gesi. Kwa kuongeza, mifumo ya multicomponent imegawanywa kulingana na hali ambayo mchanganyiko wa hidrokaboni iko kwenye hifadhi na baada ya kutolewa kwenye uso.

Hali ya awamu ya mchanganyiko wa hifadhi ya hidrokaboni na vipengele vya tabia ya awamu yao wakati wa maendeleo ya shamba imedhamiriwa na shinikizo la hifadhi na joto, pamoja na muundo wa mchanganyiko.

Ikiwa thamani ya hifadhi ya joto ya mchanganyiko T pl ni kubwa kuliko cricondentherm M(kitone F) na wakati wa maendeleo ya shamba, shinikizo hupungua (mstari wa FT 4), basi mchanganyiko huu utakuwa daima katika hali ya gesi ya awamu moja. Mchanganyiko huo huunda mashamba ya gesi.

Ikiwa joto la hifadhi ni kati ya muhimu na cricondentherm, basi mchanganyiko huo huwekwa kama condensate ya gesi. Katika kesi hii, kulingana na uwiano kati ya shinikizo la awali la malezi na shinikizo la mwanzo wa condensation (hatua KATIKA) kuwepo kwa aina tatu za amana za gesi za condensate inawezekana: shinikizo la hifadhi inaweza kuwa ya juu (awamu moja isiyojaa), sawa (awamu moja iliyojaa) au chini (awamu mbili) kwa shinikizo la mwanzo wa condensation.

Ikiwa joto la hifadhi ni chini ya joto muhimu la mchanganyiko, i.e. iko upande wa kushoto wa sehemu muhimu, basi mchanganyiko kama huo ni wa kawaida kwa uwanja wa mafuta. Kulingana na maadili ya awali ya joto la hifadhi na shinikizo (eneo la hatua inayolingana na maadili haya yanayohusiana na curve ya kiwango cha kuchemsha), mashamba ya mafuta yanatofautishwa na mafuta ya chini, yaliyojaa na mashamba yenye kofia ya gesi.

Wakati joto la hifadhi liko juu ya cricondentherm, mafuta yana kiasi kikubwa cha hidrokaboni ya gesi na ya chini ya kuchemsha na ina shrinkage kubwa zaidi. Mafuta kama hayo huitwa mwanga. Wanatofautishwa na uwiano wa juu wa gesi-kwa-mafuta na msongamano unaokaribia ule wa condensate ya gesi.

Mafuta. Michanganyiko ya hidrokaboni ambayo iko katika hali ya hifadhi katika hali ya kioevu inaitwa mafuta. Kwa upande wa kupungua juu ya uso, mafuta yanaweza kuwa ya chini na ya juu..kupungua.

Mchoro wa awamu ya mafuta yenye shrinkage ya chini huonyeshwa kwenye tini. 22. Vipengele viwili muhimu vinafuata kutoka kwenye mchoro huu. Sehemu muhimu iko upande wa kulia wa crikondenbar, na mistari ya yaliyomo sawa ya kioevu ya volumetric kwenye mchanganyiko iko karibu na curve ya umande. Kwa kuongeza, kwa shinikizo la anga na joto la hifadhi, mchanganyiko ni katika eneo la hali ya awamu mbili. Chini ya hali ya kujitenga, kiasi kikubwa cha kioevu kinapatikana kutoka kwa mchanganyiko, hata ikiwa maudhui yake ya kiasi katika mchanganyiko ni ya chini sana. Jambo hili ni kutokana na upanuzi mkubwa wa awamu ya gesi kwa shinikizo la chini. Kipengele cha tabia ya mchoro huu wa awamu ni kuwepo kwa kiasi kikubwa cha vipengele nzito katika mchanganyiko.

"Kulingana na hali ya awali ya hifadhi, mafuta yanagawanywa katika saturated na undersaturated. Ikiwa hali ya awali ya hifadhi inalingana na uhakika. NA juu ya curve ya kiwango cha kuchemsha (Mchoro 22), basi, kwa hiyo, mafuta yanajaa kabisa gesi.

Kama inavyoonekana kutoka kwenye mchoro, wakati shinikizo linapungua kwa kiasi kikubwa, gesi hutolewa kutoka kwa mafuta yaliyojaa. Ikiwa hali ya awali inalingana na hatua A / iko juu ya curve ya kiwango cha kuchemsha, basi mafuta hujazwa na gesi. Ili mafuta haya ya chini kuanza kutoa gesi, shinikizo lazima lipunguzwe kwa kiasi kikubwa (kwa uhakika A).

Mafuta yenye shrinkage ya juu yana hidrokaboni nyepesi zaidi kuliko mafuta yenye kupungua kwa chini. Joto muhimu kwa mafuta kama hayo ni karibu na joto la hifadhi, na mistari ya kiasi sawa cha kioevu kwenye mchanganyiko haijawekwa kwa karibu karibu na curve ya umande.

Mchoro wa awamu ya kawaida kwa mafuta ya shrinkage ya juu huonyeshwa kwenye tini. 23. Katika kesi hii, wote katika hifadhi na juu ya uso, kiasi kidogo cha maji hupatikana kutokana na kupunguzwa kwa shinikizo. Mafuta haya yanaweza kujaa (pointi A) au chini ya saturated (point NA") gesi.

"Madarasa tofauti ya hidrokaboni, pamoja na michoro ya awamu, inaweza kuwa na sifa ya muundo, mvuto maalum wa kioevu kilichozalishwa na sababu ya gesi.

Mafuta yenye kusinyaa kidogo yana GOR ya ~180 m 3 / m 3, na mvuto mahususi ni 0.80 g/cm 3 na zaidi. Mafuta yenye kupungua kwa juu yana GOR ya 180 hadi 1400 m 3 / m 3, mvuto maalum 0.74-0.80 g/cm3.. Uainishaji wa mifumo mingi ya hifadhi inaweza kufanyika tu baada ya utafiti wa kina wa sampuli za mchanganyiko wa hifadhi.

Fikiria P− T− X michoro kwa mifumo ya binary. Kazi ya utafiti wa kina P− T− X mchoro wa serikali umeonyesha kuwa matumizi ya shinikizo la juu (makumi na mamia ya maelfu ya anga) katika hali zingine husababisha mabadiliko katika aina ya mchoro wa serikali, mabadiliko makali ya hali ya joto ya awamu na mabadiliko ya polymorphic, hadi kuonekana kwa awamu mpya ambazo hazipo katika mfumo fulani kwa shinikizo la anga. Kwa hivyo, kwa mfano, mchoro ulio na umumunyifu usio na kikomo katika hali dhabiti kwa joto la juu na mtengano wa suluhisho dhabiti α kuwa suluhisho mbili α1 + α2 kwa joto la chini inaweza kugeuka polepole kuwa mchoro na eutectic na shinikizo inayoongezeka (tazama Mtini. 4.18, a) Kwenye mtini. 4.18, b inaonyesha mchoro wa awamu ya mfumo wa Ga-P ambapo kiwanja cha semiconductor ya GaP huundwa. Kulingana na shinikizo, kiwanja hiki kinaweza kuyeyuka kwa kuchanganya au kutofautiana. Ipasavyo, kuonekana kwa mchoro mara mbili pia hubadilika. T− X kwenye sehemu mbalimbali za isobaric mara tatu P− T− X michoro.

Kwa mazoezi, kiasi P− T− X chati ni nadra sana. Kawaida mabadiliko ya awamu katika tatu-dimensional P− T− X chati za ana

Mchele. 4.18. a- P− T− X mchoro; b- P− T− X mchoro wa serikali

Mifumo ya Ga-P yenye kiwanja cha GaP inayoyeyuka kwa kulinganishwa na isivyofaa

tegemezi shinikizo.

lyse kwa kutumia makadirio yao kwenye ndege P− T, T− X na P− X, pamoja na sehemu mbalimbali kwa viwango vya mara kwa mara vya joto au shinikizo (ona Mchoro 4.18, a).

Kumbuka kwamba wakati wa kuchambua mabadiliko ya awamu katika mfumo, mtu anapaswa kutofautisha kati ya P− T− X michoro ya awamu ambayo shinikizo la kujitenga P dis9 kidogo na P katika mchoro wa awamu ni shinikizo la nje na ambalo shinikizo la kujitenga ni la juu na P- hii ni P dis. Katika mifumo ambayo vipengele vyake vina shinikizo la chini la kutengana na ambayo kiwango cha juu cha kuyeyuka cha mchanganyiko ni chini ya kiwango cha chini cha kuchemsha (hakuna vipengele vya tete katika mfumo), jukumu la awamu ya gesi katika mabadiliko ya awamu inaweza kupuuzwa. Ikiwa shinikizo la kutenganisha la vipengele vyovyote ni kubwa (mfumo una vipengele vyenye tete), basi utungaji wa awamu ya gesi lazima uzingatiwe kwa joto la juu na chini ya liquidus.

Hebu fikiria kwa undani zaidi michoro ya awamu P dis - T− X juu

shinikizo la kujitenga (michoro ya awamu na vipengele vya tete). Ikumbukwe kwamba tahadhari kwao imeongezeka kutokana na jukumu la kuongezeka kwa misombo yenye vipengele vya tete katika umeme wa semiconductor. Kwa mfano, hizi ni pamoja na misombo ya IIIBV yenye vipengele tete vya fosforasi na arseniki, misombo ya AIIBVI yenye zebaki, AIVBVI yenye sulfuri, nk.

Misombo yote ya semiconductor ina eneo zaidi au chini la kupanuliwa la homogeneity, yaani, wanaweza kufuta ndani yao wenyewe.

9 P dis - shinikizo la usawa kwa masharti yaliyotolewa ya kutengana kwa awamu zote katika usawa. Ikiwa kuna sehemu moja tete katika mfumo P dis ni shinikizo la utengano wa usawa wa sehemu tete ya mfumo.

yoyote ya vipengele vinavyozidi utungaji wa stoichiometric, au sehemu ya tatu.

Kupotoka yoyote kutoka kwa utungaji wa stoichiometric huathiri mali ya umeme (tazama Sura ya 3). Kwa hivyo, ili kupata tena fuwele zilizo na sehemu tete na mali inayotaka, inahitajika pia kupata tena misombo ya muundo fulani.

Hata hivyo, tete ya moja ya vipengele vya kiwanja husababisha kupotoka kutoka kwa muundo wa stoichiometric kutokana na kuundwa kwa nafasi - anionic au cationic - kulingana na shinikizo la kujitenga la sehemu gani ni kubwa zaidi, na, ipasavyo, ziada ya sehemu nyingine. . Kama ilivyojadiliwa katika Sura. 3, nafasi za kazi katika idadi ya misombo inaweza kuunda viwango vya kukubalika au wafadhili, na hivyo kuathiri mali ya kimwili.

Nishati ya uundaji wa nafasi za kazi katika nafasi A na B haifanani kamwe; kwa hivyo, mkusanyiko wa nafasi za anionic na cationic pia ni tofauti, na eneo la homogeneity la kiwanja linageuka kuwa la asymmetric kwa heshima na muundo wa stoichiometric. Sambamba na hilo, kwa karibu misombo yote, kiwango cha juu cha joto cha kuyeyuka hakilingani na aloi ya muundo wa stoichiometric.10

Mabadiliko katika utungaji wa kiwanja kutokana na tete inaweza kuzuiwa kwa kukua kutoka kwa kuyeyuka au ufumbuzi kwa shinikizo la nje la sehemu tete sawa na shinikizo la kutengana kwa joto la ukuaji. Hali hii huchaguliwa kwa kutumia P dis - T– X michoro.

Shinikizo la kujitenga la sehemu yenye tete sana katika aloi inategemea sana muundo wake, kama sheria, kupungua kwa kupungua kwa mkusanyiko wa sehemu hii, kama, kwa mfano, kwa mfumo wa In-As (shinikizo la kujitenga la arseniki hupungua kwa karibu maagizo manne ya ukubwa na kupungua kwa mkusanyiko wa arseniki katika safu kutoka 100 hadi 20%. Matokeo yake, shinikizo la kutengana kwa sehemu ya tete katika kiwanja ni kidogo sana kuliko shinikizo la kutenganisha juu ya sehemu safi kwa joto sawa.

Hali hii inatumika katika mpango wa halijoto mbili kwa ajili ya kupata kiwanja hiki. Kanda mbili za joto zinaundwa katika tanuru moja.

10Walakini, kwa misombo, haswa AIII BV, yenye eneo nyembamba la homogeneity na misombo mingi, haswa AIV BVI, yenye upana wa wastani wa eneo la homogeneity, dhana ya misombo ya kuyeyuka kwa sanjari hutumiwa, kwani kupotoka kwa muundo halisi. kiwango myeyuko wa kiwanja kutoka sehemu myeyuko wa kiwanja stoichiometric ni kidogo.

Mchele. 4.19. P dis - T sehemu P dis - T− X michoro ya hali ya mfumo wa Pb-S. 1 -

mstari wa awamu tatu; 2 - PS 2 salfa safi juu ya PbS+S2; 3 - PS 2 juu ya PbS+Pb.

Mtu ana joto T 1 sawa na joto la fuwele la kiwanja. Hapa ni kuwekwa chombo na kuyeyuka. Katika ukanda wa pili, sehemu safi ya tete ya kiwanja, As, imewekwa. Halijoto T 2 katika ukanda wa pili huhifadhiwa sawa na joto ambalo shinikizo la kutengana kwa sehemu tete katika hali yake safi ni sawa na shinikizo la kujitenga la sehemu hii kwenye kiwanja kwa joto. T 1. Matokeo yake, katika ukanda wa kwanza, shinikizo la mvuke wa sehemu tete juu ya kiwanja ni sawa na shinikizo la kutengana kwa sehemu katika kiwanja, ambayo inazuia tete ya sehemu hii kutoka kwa kuyeyuka na kuhakikisha fuwele ya kiwanja cha utunzi fulani.

Kwenye mtini. 4.19 imetolewa P− T makadirio ya mchoro wa awamu ya Pb-S.

Mstari thabiti unaonyesha mstari wa usawa wa awamu ya tatu wa awamu ya imara, kioevu, na gesi, ambayo inapunguza eneo la utulivu wa kiwanja imara; mstari wa dotted - mistari ya isoconcentration ndani ya eneo la homogeneity. Mistari ya umakinifu huonyesha tungo zilizo na mchepuko sawa kutoka kwa stoichiometry (tunzi zile zile) kuelekea kuzidi kwa risasi (conductivity n-aina) au kwa mwelekeo wa sulfuri iliyozidi (conductivity uk-aina), usawa kwa viwango fulani vya joto na shinikizo la mvuke wa sulfuri. Mstari n= uk inalingana na maadili ya joto na shinikizo PS 2, ambayo awamu imara ina utungaji madhubuti wa stoichiometric. Inavuka mstari wa awamu ya tatu kwenye joto ambalo ni hatua ya kuyeyuka ya kiwanja cha stoichiometric. au kuelekea sulfuri iliyozidi (conductivity uk-aina).

Kama inavyoonekana kutoka kwenye mtini. 4.19, kiwango myeyuko cha kiwanja cha utungaji wa stoichiometriki kiko chini ya kiwango cha juu cha kuyeyuka ambacho aloi iliyo na risasi ya ziada ina ikilinganishwa na muundo wa fomula. Mtu anaweza kuona utegemezi mkali wa utungaji wa kioo kwenye shinikizo la sehemu ya mvuke ya sehemu ya tete. Kwa joto la juu, curves zote zinazofanana na nyimbo tofauti hukaribia mstari n= uk. Wakati joto linapungua, tofauti kati ya shinikizo la usawa sambamba na nyimbo tofauti huongezeka. Hii inaelezea ugumu wa kupata alloy ya utungaji uliopewa moja kwa moja wakati wa fuwele, ambayo hufanyika kwa joto la juu. Kwa kuwa mikondo ya shinikizo la sehemu ya nyimbo tofauti ziko karibu, kupotoka kidogo kwa nasibu katika shinikizo la mvuke wa sehemu tete kunaweza kusababisha mabadiliko yanayoonekana katika muundo wa awamu dhabiti.

Ikiwa kioo baada ya ukuaji kinakabiliwa na annealing ya muda mrefu kwa joto la chini na shinikizo vile kwamba mistari ya isoconcentration ya nyimbo tofauti hutofautiana kwa kasi, basi muundo wa kioo unaweza kuletwa kwa thamani inayotaka. Hii mara nyingi hutumiwa katika mazoezi.

Utangulizi

1. Aina za michoro ya awamu

2. Mifumo ya umuhimu katika microelectronics

3. Umumunyifu thabiti

4. Mabadiliko ya awamu

Fasihi

Utangulizi

Michoro ya awamu ni sehemu muhimu ya mjadala wowote wa mali ya nyenzo linapokuja suala la mwingiliano wa vifaa tofauti. Michoro ya awamu ni muhimu hasa katika microelectronics, kwa sababu kwa ajili ya utengenezaji wa safu na safu za kupitisha, seti kubwa ya vifaa tofauti lazima itumike hapo. Katika utengenezaji wa mizunguko iliyojumuishwa, silicon inawasiliana kwa karibu na metali anuwai; tutalipa kipaumbele maalum kwa michoro hizo za awamu ambazo silicon inaonekana kama moja ya vifaa.

Insha hii inajadili aina gani za michoro ya awamu ni, dhana ya mpito wa awamu, umumunyifu imara, mifumo muhimu zaidi ya vitu kwa microelectronics.

1. Aina za michoro ya awamu

Michoro ya hali ya awamu moja ni grafu ambazo, kulingana na shinikizo, kiasi na joto, zinaonyesha hali ya awamu ya nyenzo moja tu. Kawaida sio kawaida kuchora grafu ya pande tatu kwenye ndege ya pande mbili - zinaonyesha makadirio yake kwenye ndege ya shinikizo la joto. Mfano wa mchoro wa hali ya awamu moja hutolewa kwenye tini. 1.

Mchele. 1. Mchoro wa hali ya awamu moja

Mchoro unaonyesha wazi maeneo ambayo nyenzo zinaweza kuwepo katika hali ya awamu moja tu - kama imara, kioevu au gesi. Kando ya mistari iliyowekewa mipaka, dutu inaweza kuwa na hali mbili za awamu (awamu mbili) katika muktadha kati ya nyingine. Yoyote ya mchanganyiko hufanyika: imara - kioevu, imara - mvuke, kioevu - mvuke. Katika hatua ya makutano ya mistari ya mchoro, kinachojulikana hatua tatu, awamu zote tatu zinaweza kuwepo wakati huo huo. Zaidi ya hayo, hii inawezekana kwa joto moja, hivyo hatua tatu hutumika kama hatua nzuri ya kumbukumbu ya joto. Kwa kawaida, sehemu ya kumbukumbu ni hatua tatu za maji (kwa mfano, katika vipimo vya usahihi kwa kutumia thermocouples, ambapo makutano ya kumbukumbu yanawasiliana na mfumo wa barafu-maji-mvuke).

Mchoro wa awamu mbili (mchoro wa hali ya mfumo mbili) inawakilisha hali ya mfumo na vipengele viwili. Katika michoro hiyo, hali ya joto hupangwa pamoja na mhimili wa kuratibu, na asilimia ya vipengele vya mchanganyiko hupangwa kando ya mhimili wa abscissa (kawaida ni asilimia ya jumla ya wingi (wt.%), au asilimia ya jumla ya idadi. ya atomi (saa.%)). Shinikizo kawaida huchukuliwa kuwa 1 atm. Ikiwa awamu za kioevu na imara zinazingatiwa, kipimo cha kiasi kinapuuzwa. Kwenye mtini. 2. inaonyesha mchoro wa hali ya awamu mbili wa vipengele A na B kwa kutumia uzito au asilimia ya atomiki.

Mchele. 2. Mchoro wa hali ya awamu mbili

Barua  inaashiria awamu ya dutu A yenye solute B,  inaashiria awamu ya dutu B na dutu A iliyoyeyushwa ndani yake, na  +  inaashiria mchanganyiko wa awamu hizi. Herufi (kutoka kioevu - kioevu) ina maana ya awamu ya kioevu, na L+ na L+ inamaanisha awamu ya kioevu pamoja na awamu au kwa mtiririko huo. Mistari inayotenganisha awamu, yaani, mistari ambayo awamu tofauti za dutu inaweza kuwepo, ina majina yafuatayo: solidus - mstari ambao awamu  au  zipo wakati huo huo na awamu L +  na L + , kwa mtiririko huo; solvus ni mstari ambao awamu  na  +  au  na  +  ziko pamoja, na liquidus ni mstari ambao awamu L na awamu L+ au L+ zipo kwa wakati mmoja.

Sehemu ya makutano ya mistari miwili ya liquidus mara nyingi ndiyo sehemu ya chini zaidi ya kuyeyuka kwa michanganyiko yote inayowezekana ya dutu A na B na inaitwa eutectic point. Mchanganyiko na uwiano wa vipengele katika hatua ya eutectic inaitwa mchanganyiko wa eutectic (au tu eutectic).

Hebu tuchunguze jinsi mabadiliko ya mchanganyiko kutoka kwa hali ya kioevu (kuyeyuka) hadi imara hutokea na jinsi mchoro wa awamu husaidia kutabiri utungaji wa usawa wa awamu zote zilizopo kwenye joto fulani. Hebu tugeuke kwenye Mtini. 3.

Mchele. 3. Mchoro wa hali ya awamu mbili inayoonyesha michakato ya kuponya

Hebu tufikiri kwamba mwanzoni mchanganyiko ulikuwa na utungaji C M kwa joto la T 1, kwa joto kutoka T 1 hadi T 2 kuna awamu ya kioevu, na kwa joto la T 2 awamu L na  zipo wakati huo huo. Muundo wa awamu ya L iliyopo ni C M, utungaji wa awamu ya  ni C  1 . Kwa kupungua zaidi kwa joto hadi T 3, muundo wa kioevu hubadilika kando ya curve ya liquidus, na utungaji wa awamu ya  hubadilika pamoja na curve solidus mpaka inaingiliana na isotherm (mstari wa usawa) T 3 . Sasa muundo wa awamu L ni C L , na muundo wa awamu ni C  2 . Ikumbukwe kwamba utungaji C  2 lazima iwe na si tu dutu ambayo imepita katika awamu kwa  kwa joto la T 3, lakini pia dutu yote ambayo imepita katika awamu ya  kwa joto la juu lazima iwe na muundo. C  2 . Mpangilio huu wa nyimbo lazima ufanyike kwa kueneza kwa hali ya imara ya sehemu A katika awamu iliyopo , ili wakati joto la T 3 linafikia, dutu yote katika awamu  itakuwa na muundo C  2 . Kupungua zaidi kwa joto hutuleta kwenye hatua ya eutectic. Ndani yake, awamu  na  zipo wakati huo huo na awamu ya kioevu. Kwa joto la chini, awamu za  na  pekee zipo. Mchanganyiko wa awamu  na  ya utungaji C E na aggregates  na utungaji wa awali C  3 huundwa. Kisha, kuweka mchanganyiko huu kwa muda mrefu kwenye joto chini ya eutectic, unaweza kupata imara. Mwili thabiti unaotokana utakuwa na awamu mbili. Utungaji wa kila awamu unaweza kuamua katika hatua ya makutano ya isotherm na mstari wa solvus unaofanana.

Imeonyeshwa tu jinsi ya kuamua utungaji wa kila awamu zilizopo. Sasa fikiria tatizo la kuamua kiasi cha dutu katika kila awamu. Ili kuepuka kuchanganyikiwa, katika Mtini. 4. Mara nyingine tena mchoro rahisi wa awamu mbili unaonyeshwa. Tuseme kwamba kwa joto T 1 utungaji wa kuyeyuka ni C M (maana ya sehemu B), basi katika T 2 awamu L ina utungaji CL, na awamu  itakuwa na utungaji C s. Hebu M L iwe wingi wa dutu katika hali dhabiti, na M S iwe wingi wa dutu hii katika hali ngumu. Hali ya uhifadhi wa misa ya jumla inaongoza kwa equation ifuatayo

(M L + M S)C M = M L C L + M S C S .

Mchele. 4. Kanuni ya ngazi

Inaonyesha ukweli kwamba jumla ya wingi wa dutu kwenye joto la T 1, iliyozidishwa na asilimia B, ni jumla ya wingi wa dutu B. Ni sawa na jumla ya wingi wa dutu B ambayo iko katika kioevu na. awamu imara katika joto T 2 . Kutatua equation hii, tunapata

. (1)

Usemi huu unajulikana kama "kanuni ya kiwango". Kutumia sheria hii, kujua utungaji wa awali wa kuyeyuka na wingi wake wa jumla, inawezekana kuamua wingi wa awamu zote mbili na kiasi cha dutu B katika awamu yoyote kwa sehemu yoyote ya mchoro wa awamu mbili. Kwa njia hiyo hiyo, mtu anaweza kuhesabu

Kwenye mtini. 5. inaonyesha mfano mwingine wa uimarishaji wa kuyeyuka. Kupungua kwa joto kutoka T 1 hadi T 2 husababisha kuchanganya kwa awamu L na  na utungaji C M na C , kwa mtiririko huo. Kwa baridi zaidi, muundo L hubadilika kando ya liquidus, na muundo  - pamoja na solidus, kama ilivyoelezwa hapo awali. Wakati joto la T 3 linapatikana, muundo  utakuwa sawa na C M, na, kama ifuatavyo kutoka kwa utawala wa ngazi, kwa joto la chini kuliko T 3, awamu ya kioevu haiwezi kuwepo. Kwa joto la chini kuliko T 4, awamu  na  zipo kama mkusanyiko wa awamu  na . Kwa mfano, kwa joto T 5 aggregates ya awamu  itakuwa na utungaji kuamua na makutano ya T 5 isotherm na solvus . Utungaji  umeamua sawa - kwa makutano ya isotherm na solvus .

Mchele. 5. Mchoro wa awamu mbili na mchakato wa uimarishaji kiasi cha dutu A kilichopo katika awamu yoyote

Maeneo ya mchoro wa awamu mbili, hadi sasa unaoitwa  na , ni maeneo ya umumunyifu kigumu: A na B huyeyushwa katika eneo . Kiwango cha juu cha A kinachoweza kuyeyushwa katika B kwa joto fulani hutegemea halijoto. . Kwa joto la eutectic au la juu, muunganisho wa haraka wa A na B unaweza kutokea. Ikiwa aloi inayosababishwa imepozwa haraka, basi atomi A zinaweza "kukamatwa" kwenye kimiani B. Lakini ikiwa umumunyifu imara kwenye joto la kawaida ni chini sana (hii inaonyesha kuwa kwa joto hili njia inayozingatiwa haifai sana), basi mikazo kali inaweza kutokea kwenye aloi, ambayo huathiri sana mali yake (mbele ya mafadhaiko makubwa, suluhisho dhabiti zenye nguvu zaidi huibuka, na mfumo hauko katika usawa. hali, na mchoro hutoa habari tu kuhusu majimbo ya usawa). Wakati mwingine, athari hiyo ni ya kuhitajika, kwa mfano, wakati wa kuimarisha chuma kwa kuimarisha kupata martensite. Lakini katika microelectronics, matokeo yake yatakuwa mabaya. Kwa hiyo, doping, yaani, kuongeza viongeza kwa silicon kabla ya kuenea, hufanyika kwa joto la juu kwa njia ya kuzuia uharibifu wa uso kutokana na alloying nyingi. Ikiwa kiasi cha dopant katika substrate ni kubwa zaidi kuliko kikomo cha umumunyifu imara kwa joto lolote, basi awamu ya pili inaonekana na deformation inayohusishwa nayo.

2. Mifumo ya vitu ambavyo ni muhimu katika microelectronics

Kuna idadi ya vifaa ambavyo vinayeyuka kabisa kwa kila mmoja. Mfano ni mfumo wa vitu viwili muhimu kwa microelectronics kama silicon na germanium. Mfumo wa silicon-germanium unaonyeshwa kwenye mtini. 6.

Mchele. 6. Silicon ya mfumo - germanium

Mchoro hauna uhakika wa eutectic. Mchoro kama huo unaitwa isomorphic. Kwa vipengele viwili kuwa isomorphic, wanapaswa kutii sheria za Hume-Rothery, i.e. kuwa na tofauti katika maadili ya mionzi ya atomiki kwa si zaidi ya 15%, uwezekano sawa, kimiani sawa ya kioo na, kwa kuongeza, takriban usawa wa elektroni (uwezo wa elektroni wa atomi ni familia yake ya asili kuvutia au kukamata ziada. elektroni, na vifungo vya ushirikiano). Mifumo ya Cu-Ni, Au-Pt, na Ag-Pd pia ni isomorphic.

Mfumo wa Pb-Sn hutumika kama mfano mzuri wa mfumo wa binary rahisi wenye umumunyifu muhimu, ingawa mdogo, na thabiti. Mchoro wa awamu ya majimbo ya mfumo huu unaonyeshwa kwenye Mtini. 7. Hatua ya makutano ya solidus na solvus inaitwa umumunyifu wa mpaka, thamani ya umumunyifu wa mpaka wa bati katika risasi na risasi katika bati itakuwa kubwa. Mfumo huu ni muhimu kwa microelectronics kutokana na matumizi makubwa ya solders ya bati-lead. Mchoro wao wa awamu mbili wa mfumo huu unaonyesha jinsi kubadilisha muundo wa aloi hubadilisha kiwango chake cha kuyeyuka. Wakati solderings kadhaa mfululizo zinahitajika wakati wa utengenezaji wa microcircuit, solder yenye kiwango cha chini cha kuyeyuka hutumiwa kwa kila soldering inayofuata. Hii imefanywa ili solderings zilizofanywa mapema hazitirike.

Mchele. 7. Mchoro wa awamu ya majimbo ya mfumo wa risasi-bati

Kwa ajili ya uzalishaji wa microcircuits, mali ya mfumo wa Au-Si pia ni muhimu, kwani joto la eutectic la mfumo huu ni la chini sana ikilinganishwa na pointi za kiwango cha dhahabu safi au silicon safi (Mchoro 9). Umumunyifu wa dhahabu katika silicon na silikoni katika dhahabu ni mdogo sana kuonyeshwa katika mchoro wa awamu ya kawaida. Kwa sababu ya halijoto ya chini ya eutectic, ni vyema kusakinisha chip kwenye sehemu ndogo za dhahabu, vishikilia au mbao zilizo na pedi za dhahabu, kwa kutumia mmenyuko wa Au-Si eutectic kama njia kuu ya kulehemu (au soldering). Kwa fuwele za silicon za soldering, dhahabu yenye asilimia chache ya germanium pia hutumiwa.

Mchanganyiko wa vipengele vinavyounda misombo ya kemikali vina michoro ya hali ngumu zaidi. Wanaweza kugawanywa katika michoro mbili (au zaidi) rahisi zaidi, kila moja ikimaanisha jozi maalum ya viunganisho, au uhusiano na vipengele. Kwa mfano, AuAl 2 huundwa wakati 33% (asilimia ya atomiki) ya dhahabu imeunganishwa na alumini kwenye joto la chini ya 1060 ° (Mchoro 2.10). Upande wa kushoto wa mstari huu, AuAl 2 na sehemu ya alumini safi huishi pamoja. Viambatanisho kama vile AuAl 2 huitwa intermetallic na huundwa kwa uwiano ufaao wa stoichiometric wa vipengele viwili. Misombo ya intermetallic ina sifa ya kiwango cha juu cha kuyeyuka, muundo wa kioo tata, na, kwa kuongeza, ni ngumu na brittle.

Mchoro wa awamu ya majimbo Au - Al inaweza kugawanywa katika michoro mbili au zaidi, kwa mfano, mchoro wa Al - AuAl 2 na mchoro wa AuAl 2 - Au.

Mchele. 8. Mfumo wa alumini-silicon

Mchoro wa mfumo wa Au-Al umeonyeshwa kwenye tini. 2.10 ni muhimu sana katika elektroniki ndogo, kwani waya za dhahabu kawaida huunganishwa kwenye safu ya uhuishaji ya alumini iliyo juu ya silicon. Misombo kadhaa muhimu ya intermetali imeorodheshwa hapa: AuAl 2, Au 2 Al, Au 5 Al 2 na Au 4 Al. Wote wanaweza kuwepo katika kondakta wa vifungo vya Au-Al.

Mchele. 9. Mfumo wa dhahabu-silicon

Mchele. 10. Dhahabu - mfumo wa alumini

3. Umumunyifu thabiti

Umumunyifu wa kikomo wa dopants nyingi kwenye silicon ni mdogo sana na sio umumunyifu wa juu kabisa. Kwenye mtini. 11 inaonyesha mkunjo wa kawaida wa solidus kwa uchafu usio na silicon. Kumbuka kwamba umumunyifu huongezeka kwa joto hadi thamani fulani, na kisha hupungua hadi sifuri kwa joto la kuyeyuka la silicon. Curve kama hiyo inaitwa curve ya umumunyifu ya nyuma. Toleo lililoboreshwa la mchoro huu karibu na sehemu ya kuyeyuka ya silicon inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 12.

Mchele. 11 Retrograde umumunyifu wa silicon

Mchele. 12 Mchoro wa awamu ya silicon ya kawaida

Ikiwa utungaji wa kuyeyuka kwa silicon ni sawa na C M katika asilimia ya molekuli ya solute, basi silicon itaimarisha na maudhui ya solute kC M , ambapo k ni mgawo wa kutenganisha (k = C S / C L). Wakati mkusanyiko katika imara kufikia thamani ya C M wakati wa kufungia, mkusanyiko katika ufumbuzi wa kioevu utakuwa sawa na C M / k, kwani uwiano wa viwango katika skrini za kioevu na imara lazima iwe sawa na k. Kwa hiyo mteremko wa mstari wa solidus ni

,

na mteremko wa liquidus ni

.

Uwiano wa mteremko wa liquidus na solidus unageuka kuwa sawa na mgawo wa kutenganisha.

. (2)

4. Mabadiliko ya awamu

Mabadiliko kutoka hali ya awamu moja hadi nyingine wakati vigezo vya mfumo vinabadilika.

Mabadiliko ya awamu ya aina ya kwanza (uvukizi, condensation, kuyeyuka, fuwele, mabadiliko kutoka kwa muundo mmoja wa kioo hadi mwingine).

Hali ya fuwele ya vitu imeainishwa kulingana na syngonies saba (triclinic, monoclinic, rhombic, tetragonal, trigonal au rhombus ...., hexagonal, cubic), wakati mpangilio wa atomi katika syngonies hizi unaonyeshwa na aina 14 za lattices (Jasiri. kimiani). Kiwango cha upakiaji wa atomi kwenye lati hizi ni tofauti:

Cubic rahisi f = 0.52

Ujazo wa katikati ya ujazo f = 0.68

FCC f = 0.74

Ufungashaji wa karibu wa hexagonal f = 0.74

Hitimisho muhimu sana linafuata kutoka kwa data hizi: wakati wa mabadiliko ya polymorphic (mabadiliko katika aina ya kioo cha kioo), kuna mabadiliko ya kiasi na, kwa hiyo, katika mali ya physicochemical ya vifaa.

Katika mabadiliko ya aina ya kwanza, awamu mbili huishi pamoja katika hatua ya mpito.

A  B 

a) mpito unafanywa kwa joto fulani T kwa

b) wakati wa mpito, derivatives ya kwanza ya nishati hubadilika ghafla: enthalpy, entropy, kiasi (kwa hivyo, wiani)

Mabadiliko ya awamu ya aina ya pili

Wakati wa mabadiliko ya aina ya pili, derivatives ya kwanza ya nishati ya bure, enthalpy, entropy, kiasi, na msongamano hubadilika monotonically.

Barium titanate - muundo wa ujazo -> tetragonal ya kawaida ya piezoelectric.

MnO ni antiferromagnet katika 117 K huenda kwenye awamu ya paramagnetic.

1. Kulingana na uainishaji wa mabadiliko ya awamu yaliyopendekezwa mwaka wa 1933 na Eripresit, mabadiliko yamegawanywa katika mabadiliko (mito) ya aina ya kwanza na ya pili.

Mabadiliko ya aina ya kwanza yanajulikana na ukweli kwamba derivatives ya kwanza ya uwezo wa thermodynamic  kwa heshima na joto na shinikizo hubadilika hatua kwa hatua.

hapa S ni entropy, V ni kiasi

Kwa kuwa uwezo wa thermodynamic wakati wa mabadiliko ya awamu hubadilika kila wakati imedhamiriwa na usemi

basi nishati U lazima pia ibadilike ghafla. Kama

kisha joto la mpito

ni sawa na bidhaa ya joto na tofauti katika entropy ya awamu, yaani, mabadiliko ya ghafla au ngozi ya joto.

Mabadiliko ya kuendelea ya uwezo wa thermodynamic ni muhimu. Vipengele vya kukokotoa (T) na (T) havibadilishi vipengele vilivyo karibu na sehemu ya mpito ya awamu, ilhali kuna uwezo mdogo wa thermodynamic katika pande zote za sehemu ya mpito ya awamu.

Kipengele hiki kinaelezea uwezekano wa overheating au supercooling ya awamu katika kesi ya mabadiliko ya awamu katika mfumo.

Hebu tujue uhusiano kati ya kuruka kwa kazi za thermodynamic na. Baada ya kutofautisha kwa heshima na joto, Kazi ya uhusiano (Р, Т) = (Р, Т), kwa kuzingatia usemi wa S, V na q, tunapata.

Hii ndiyo fomula inayojulikana ya Clausis. Inakuwezesha kuamua mabadiliko katika shinikizo la awamu katika usawa na mabadiliko ya joto au mabadiliko ya joto la mpito kati ya awamu mbili na mabadiliko ya shinikizo. Mabadiliko ya ghafla ya kiasi husababisha kutokuwepo kwa uhusiano wa uhakika kati ya muundo na mfumo wa awamu ambazo hubadilishwa wakati wa mpito wa awamu ya kwanza, ambayo kwa hiyo hubadilika kwa ghafla.

Kawaida kwa mabadiliko ya awamu ya aina ya kwanza ni mpito kati ya hali ya jumla ya jambo, mabadiliko ya allotropiki, na mabadiliko mengi ya awamu katika nyenzo za vipengele vingi.

Tofauti ya kimsingi kati ya mabadiliko ya awamu ya pili na awamu ya awamu ya kwanza ni kama ifuatavyo: mabadiliko ya utaratibu wa pili yanajulikana na kuendelea kwa mabadiliko katika uwezo wa thermodynamic na kuendelea kwa mabadiliko katika derivatives ya uwezo wa thermodynamic.

Usawa wa kemikali

Kazi ya Thermodynamic - kazi ya hali ambayo huamua mabadiliko katika uwezo wa thermodynamic na mabadiliko katika idadi ya chembe katika mfumo. Kwa maneno mengine, kuna kazi ambayo huamua mwelekeo na kikomo cha mpito wa pekee wa sehemu kutoka kwa awamu moja hadi nyingine chini ya mabadiliko na hali zinazofaa (T, P, V, S, n i).

Uwezo wa thermodynamic unahusiana na kila mmoja na mahusiano yafuatayo

Kiasi cha dutu katika gramu; - kiasi cha dutu katika moles;

M ni uzito wa molekuli ya dutu inayolingana.

Kwa nadharia ya ufumbuzi imara, ambayo vifaa vyote vya microelectronic hufanya kazi, njia ya uwezekano wa kemikali iliyotengenezwa na Gibbs ni muhimu sana. Usawa wa kemikali unaweza kuamuliwa kwa kutumia uwezo wa kemikali.

Uwezo wa kemikali unaonyeshwa na nishati kwa atomi 1

Uwezo wa kemikali; G ni nishati ya Gibbs;

N o - Nambari ya Avogadro, N A - L \u003d mol -1

yaani (P, T) = (P, T)

Curves zote mbili zina sifa ya kupungua kwa monotonic na joto, kuamua thamani ya entropy ya awamu

Michoro ya awamu ni sehemu muhimu ya mjadala wa mali ya nyenzo linapokuja suala la mwingiliano wa vifaa tofauti.

Michoro ya hali ya awamu moja inaonyesha hali ya awamu ya nyenzo moja tu.

Mchoro wa awamu mbili (mchoro wa hali ya mfumo mbili) inawakilisha hali ya mfumo na vipengele viwili.

Mchanganyiko wa vipengele vinavyounda misombo ya kemikali vina michoro ya hali ngumu zaidi.

Fasihi

1. Ormont BF Utangulizi wa kemia ya kimwili na kemia ya kioo ya semiconductors. - M.: Shule ya Upili, 1973.

2. Madini ya Kimwili / Imehaririwa na Kahn R., juz. 2. Mabadiliko ya awamu. Metallography. - M.: Mir, 1968.

3. Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov "Teknolojia ya semiconductor na vifaa vya dielectric", - M .: Shule ya Upili, 1990.

4. "Warsha juu ya semiconductors na vifaa vya semiconductor", / Ed. Shalimova K.V. - M.: Shule ya Upili, 1968.

Ifuatayo mfululizo, tutachambua mchoro wa usawa wa awamu na umumunyifu mdogo wa vifaa katika hali ngumu na mabadiliko ya eutectic. Katika mifumo ya eutectic, kuanzishwa kwa idadi ya kwanza ya moja ya vipengele hadi nyingine husababisha kupungua kwa joto la aloi, ili curve ya liquidus inapita kupitia kiwango cha chini cha joto, kinachoitwa hatua ya eutectic. Kioevu kina umumunyifu kwa idadi yoyote, na umumunyifu katika hali ngumu ni mdogo.

Kama matokeo ya mabadiliko ya eutectic, fuwele za saizi ndogo sana huundwa, ambazo haziwezi kutofautishwa katika darubini ya macho. Kwa sababu hii, vipengele tofauti vya awamu vinavyotengenezwa kutokana na mabadiliko vinajumuishwa katika sehemu moja ya kimuundo.

Mfano wa mchoro wa awamu na mabadiliko ya eutectic unaonyeshwa kwenye takwimu. Awamu za α na β ni suluhisho thabiti. Maneno "ufumbuzi mdogo imara" inatumika kwa ufumbuzi huu, kutokana na ukweli kwamba eneo la utulivu wa kila moja ya ufumbuzi linaenea tu kwa sehemu ya mchoro. Awamu hizi pia zinaweza kuitwa ufumbuzi wa msingi imara, kwa kuwa mikoa inayofanana nao huanza kutoka kwenye kando ya mchoro (ndani yake), na sio mdogo kwa pande zote mbili mahali fulani katikati ya mchoro. Awamu zinaweza kuwa na muundo sawa wa kioo, lakini hii sio lazima; kila awamu ina muundo wa sehemu ambayo inapakana nayo. Hakuna vikwazo vinavyowekwa kwenye muundo wa suluhu dhabiti; zinaweza kuwa suluhu mbadala na suluhu za kati.

Takwimu inaonyesha mikoa mitatu ya awamu mbili: L + α, L + β na α + β. Ni dhahiri kwamba maeneo L + α na L + β kwa kila maana ni sawa na kikoa L + michoro α zilizo na umumunyifu usio na kikomo wa vipengele, ambavyo tulichambua katika sehemu ya kwanza ya makala hii. Maeneo haya yanaweza kuzingatiwa kuwa yanajumuisha konodi, zinazounganisha kwa kila halijoto iliyopewa nyimbo za awamu za kioevu na ngumu, ambazo zinawakilishwa na mistari ya solidus na liquidus. Vile vile, eneo la α+β linachukuliwa kuwa linajumuisha konodi zinazounganisha, kwa kila halijoto, muundo wa awamu ya α kwenye mkunjo wa α-umumunyifu na utunzi wa awamu unaolingana β kwenye mkunjo wa β-umumunyifu.

Mikoa mitatu ya awamu mbili imeunganishwa kwa kila mmoja kando ya koni ( a-e-b ), ya kawaida kwa wote, na kuunganisha nyimbo za awamu tatu zilizounganishwa zinazoishi kwa joto la eutectic, yaani, α (pointi. a ), vinywaji (point e) na β (alama b ) Konodi hii pia inaitwa mstari wa eutectic au mlalo wa eutectic, au mmenyuko wa isothermal. Nukta e , inayowakilisha kioevu pekee kinachoweza kuwepo wakati huo huo na awamu zote mbili dhabiti, inaitwa sehemu ya eutectic, yaani, sehemu ya utungaji ya aloi yenye kiwango cha chini zaidi cha kuyeyuka.

Mabadiliko ya eutectic ambayo hutokea kwa ufumbuzi imara inaitwa mabadiliko ya eutectoid.

Katika sehemu ya tatu ya makala, tunaendelea mapitio yetu ya michoro ya msingi ya usawa wa awamu.