固相线和液相线
纯物质有单一熔点，而混合物会在固相温度（TS或Tsol）部分熔化，在较高的液相温度（TL或Tliq）完全熔化。固相温度恒小于或等于液相温度。若固相温度和液相温度不相等，在两者之间的区域称为凝固范围（freezing range），此区域内会有液相和固相共存的混合物（类似泥浆）像地球地幔中的橄榄石（镁橄榄石-铁橄榄石）系统即为此例[1]。
定义
[编辑]在化学、材料科学及物理学中的液相线是指材料完全由固体熔化的温度[2]，液相温度是在热力学平衡状态下，晶体可以和液态共存的最高温度。固相线是特定物质在相图中完全凝固的温度轨迹。固相温度表示在该温度以下，此物质会完全变成固体[2]，也是热力学平衡下液态可以和晶体共存的最低温度。
液相线和固相线常用在不纯的混合物中，像是玻璃、合金、陶瓷器、岩石和矿物。液相线和固相线会出现在二元混合物的相图中[2]，也出现在共晶系统偏离无变度点（invariant point）的情形下[3]。
固相温度和液相温度相同的情形
[编辑]若是化学元素或是化合物（例如纯铜、纯水等），其固相温度和液相温度相同，此时会用熔点一词。
也有些混合物会在特定的温度熔化，称为一致熔融。共晶系统即为这类的例子。在共晶系统中，存在特定的混合比例，使固相温度和液相温度相同，此温度称为无变度点（invariant point）。在无变度点下，混合物会有共晶作用，二个混合物的固体都会在同一温度熔化[3]。
建模和量测
[编辑]针对不同系统的固相线和液相线预测，已建立许多的模型[4][5][6][7]。
固相线和液相线的具体量测可以用差示扫描量热法及差热分析进行[8][9][10][11]。
效果
[编辑]针对不纯的物质（像是合金、蜂蜜、软性饮料、冰淇淋），其熔点会变成范围较宽的熔化区间。若温度在熔化区间内，可以见到类似泥浆状的固液共存平衡，没有完全熔化，也没有完全凝固。这也是高山上没有杂质的雪可能维持固体，或是熔化，而地上比较脏的雪在特定温度下会变成泥状。金属焊接的熔融池内会包括较高浓度的硫，可能因为基质金属中的不纯物质熔化，或是来自焊接电极，会让的熔化区间变大，也会提高热裂的风险。
冷却时的特性
[编辑]混合物的温度若在液相温度以上，会是平衡态下的液体。若系统仅低于液相温度一些，在等待够长的时间后，会渐渐有晶体形成，所需时间会依材料而不同。若系统快速冷却到固相温度以下，就以动力学方式抑制结晶过程，可以形成类似玻璃的混合物。
在物质冷却到液相温度时，先形成的结晶相称为原生结晶相（primary crystalline phase，或primary phase）
在玻璃产业中，液相温度非常重要，因为在玻璃熔化及形成的过程中，结晶会导致严重的问题，可能会使产品失效损坏[12]。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Herzberg, Claude T. Solidus and liquidus temperatures and mineralogies for anhydrous garnet-lherzolite to 15 GPa. Physics of the Earth and Planetary Interiors (Elsevier BV). 1983, 32 (2): 193–202. Bibcode:1983PEPI...32..193H. ISSN 0031-9201. doi:10.1016/0031-9201(83)90139-5.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Askeland, Donald R.; Fulay, Pradeep P. Essentials of Materials Science & Engineering 2nd. Toronto: Cengage Learning. 2008-04-23: 305. ISBN 978-0-495-24446-2.
- ^ 3.0 3.1 Callister, William D.; Rethwisch, David G. Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach 3rd. John Wiley & Sons. 2008: 356–358. ISBN 978-0-470-12537-3.
- ^ Safarian, Jafar; Kolbeinsen, Leiv; Tangstad, Merete. Liquidus of Silicon Binary Systems. Metallurgical and Materials Transactions B (Springer Science and Business Media LLC). 2011-04-02, 42 (4): 852–874. Bibcode:2011MMTB...42..852S. ISSN 1073-5615. doi:10.1007/s11663-011-9507-4
.
- ^ Galvin, C.O.T.; Grimes, R.W.; Burr, P.A. A molecular dynamics method to identify the liquidus and solidus in a binary phase diagram. Computational Materials Science (Elsevier BV). 2021, 186: 110016. ISSN 0927-0256. doi:10.1016/j.commatsci.2020.110016. hdl:10044/1/82641 .
- ^ Deffrennes, Guillaume; Terayama, Kei; Abe, Taichi; Ogamino, Etsuko; Tamura, Ryo. A framework to predict binary liquidus by combining machine learning and CALPHAD assessments. Materials & Design (Elsevier BV). 2023, 232: 112111. ISSN 0264-1275. doi:10.1016/j.matdes.2023.112111 .
- ^ Miura, Akira; Hokimoto, Tsukasa; Nagao, Masanori; Yanase, Takashi; Shimada, Toshihiro; Tadanaga, Kiyoharu. Prediction of Ternary Liquidus Temperatures by Statistical Modeling of Binary and Ternary Ag–Al–Sn–Zn Systems. ACS Omega (American Chemical Society (ACS)). 2017-08-31, 2 (8): 5271–5282. ISSN 2470-1343. PMC 6641866 . PMID 31457798. doi:10.1021/acsomega.7b00784 .
- ^ Bernhard, Michael; Presoly, Peter; Bernhard, Christian; Hahn, Susanne; Ilie, Sergiu. An Assessment of Analytical Liquidus Equations for Fe-C-Si-Mn-Al-P-Alloyed Steels Using DSC/DTA Techniques. Metallurgical and Materials Transactions B (Springer Science and Business Media LLC). 2021-06-29, 52 (5): 2821–2830. Bibcode:2021MMTB...52.2821B. ISSN 1073-5615. doi:10.1007/s11663-021-02251-1 .
- ^ Radomski, R.; Radomska, M. Determination of solidus and liquidus temperatures by means of a Perkin-Elmer 1B differential scanning calorimeter. Journal of Thermal Analysis (Springer Science and Business Media LLC). 1982, 24 (1): 101–109. ISSN 0368-4466. S2CID 96845070. doi:10.1007/bf01914805.
- ^ Sooby, E.S.; Nelson, A.T.; White, J.T.; McIntyre, P.M. Measurements of the liquidus surface and solidus transitions of the NaCl–UCl3 and NaCl–UCl3–CeCl3 phase diagrams. Journal of Nuclear Materials (Elsevier BV). 2015, 466: 280–285. Bibcode:2015JNuM..466..280S. ISSN 0022-3115. doi:10.1016/j.jnucmat.2015.07.050 .
- ^ Liu, Gang; Liu, Lin; Zhao, Xinbao; Ge, Bingming; Zhang, Jun; Fu, Hengzhi. Effects of Re and Ru on the Solidification Characteristics of Nickel-Base Single-Crystal Superalloys. Metallurgical and Materials Transactions A (Springer Science and Business Media LLC). 2011-03-31, 42 (9): 2733–2741. Bibcode:2011MMTA...42.2733L. ISSN 1073-5623. S2CID 135753939. doi:10.1007/s11661-011-0673-4.
- ^ Wallenberger, Frederick T.; Smrček, Antonín. The Liquidus Temperature; Its Critical Role in Glass Manufacturing. International Journal of Applied Glass Science (Wiley). 2010-05-20, 1 (2): 151–163. ISSN 2041-1286. doi:10.1111/j.2041-1294.2010.00015.x.
