Üç Bileşenli Faz Diyagramları

... konulu sunumlar: "Üç Bileşenli Faz Diyagramları"— Sunum transkripti:

1 Üç Bileşenli Faz Diyagramları
Üç bileşenli faz diyagramları, sıcaklığa bağlı olarak üç bileşen arasında meydana gelen çeşitli fazlar arasındaki dengeyi ifade eden diyagramlardır. A-B-C üçlü sisteminde toplam bileşenlerin oranı %100 olduğuna göre, C bileşeninin miktarını bilmek için A ve B nin yüzde miktarını bilmek yeterli olacaktır.

2 Üç bileşenli sistemlerde değişkenler:
Sıcaklık Basınç A bileşeni B bileşeni olmak üzere 4 tane olur. Bunların tamamını ihtiva edecek bir diyagram çizmek için 4 boyuta ihtiyaç vardır. Fakat basınç sabit kabul edildiğinden (1 atm) değişken sayısı üçe düşer ve üçlü diyagramlar 3 boyutlu olarak gösterilebilir. Gibbs faz kuralı da 2 bileşenli sistemlerde olduğu gibi P+V=C+1 şeklinde ifade edilir.

3 Üç bileşenli faz diyagramları eşkenar üçgen yardımı ile gösterilirler:
A+B=%100 A+C=%100 %100 C B+C=%100 %100 B

4 Aslında 3’lü faz diyagramları 3 tane 2’li faz diyagramının bileşiminden oluşmuştur.
A-B , B-C ve C-A ikili diyagramlarından

5 Bu diyagramların aynı olan köşelerini bir eşkenar üçgen oluşturacak şekilde birleştirirsek:

6

7 Solidüs Yüzeyi

8

9 Bir önceki slaytın taban düzlemine izdüşümünü alırsak şu görüntü/diyagram ortaya çıkar
Birbiri içerisinde her oranda katı çözünürlüğü olan A-B-C üçlü sistemi.

10 Sıvi faz üç tane farklı katı faza ayrıştığı, birbiri içerisinde katı çözünürlükleri olmayan ikili ötektik sistemlerden oluşan üçlü ötektik sistem.

11 Birbiri içerisinde çözünürlüğü olmayan A-B , B-C ve C-A ikili sistemleri olsun. Burada da aynı bileşenleri birbiri üstüne getirerek kapalı bir halka oluşturalım.

12

13

14

15

16

17 Üçlü diyagram içerisindeki herbir kapalı alan, ilk kristalleşen katıların bölgelerini göstermektedir.

18 Üçlü diyagramı oluşturan 2’li faz diyagramlarında ötektik varsa mutlaka 3’lü diyagramda da 3’lü ötektik nokta olacaktır. İzoterm/eşsıcaklık çizgileri (sıcaklığı belirtir)

19 Ötektik düşük sıcaklıkta ergiyen demektir
Ötektik düşük sıcaklıkta ergiyen demektir. Ötektik bileşimlere doğru gidildikçe sıcaklıklar azalır. Ok yönleri azalan sıcaklık yönünü göstermektedir. Sıcaklıkları Belirten çizgilere izoterm (eşsıcaklık) çizgileri denir. Her bir izotermin üzerinde hangi sıcaklık olduğu belirtilir ancak diyagram oldukça karmaşık ise birer izoterm atlayarak da yazılabilir. (1600-boş-1400) de olduğu gibi.

20 Üçlü faz diyagramlarında bileşimler 2 şekilde gösterilir:
1-Alkamade (Gibbs) üçgeni (Üçgen ağ metodu) 2-İki çizgi metodu Alkamade üçgeninde her bir bileşenin olduğu köşe, o bileşenin %100 olduğu bileşim noktasıdır. Bu noktanın karşısındaki kenar boyunca ise o bileşenin miktarı %0’dır. Bunların arası ise 10’ar 10’ar bölünerek 0’dan 100’e kadar bölünerek skalalandırılır. Bu işlem her bir bileşen için yapılınca aşağıdaki slaytta verilen üçgen elde edilmiş olur.

21 Alkamade (Gibbs) üçgeni
(Üçgen ağ metodu)

22 İki Çizgi Metodunda ise eşkenar üçgenin her kenarında 0’dan 100’e kadar 10’luk dilimler halinde skala yer almalıdır. Verilen bir bileşimin yerini bulmak için, bileşenlerden birisinin miktarı kaç ise, o bileşenin 0 olduğu kenara paralel olacak şekilde, üçgen üzerinde, skalada o miktarı kesecek bir çizgi çizilir. Diğer bileşenlerden birinin miktarı kaç ise ona ait kenara da paralel bir çizgi çizilir. Bunların kesim noktası aradığımız bileşim noktasıdır. Üçüncü bileşen miktarını belirten paralel çizgi mecburen bu kesişim noktasından geçecektir. O yüzden üçüncü bir çizgi çizmeye gerek yoktur. Bu sebeple metodun da adı “iki çizgi metodu”dur.

23 %42A-%22B-%36C bileşiminin yerinin gösterilmesi:

24

25

26

27

28

29

30 Alkamade Çizgisi Alkamade çizgileri, komşu fazların bileşim noktalarını birleştiren çizgilerdir. Alkamade çizgisi bu komşu fazların sınır çizgisini keser. İki komşu fazın sınır çizgisi ile Alkamade çizgisinin kestiği noktadaki sıcaklık; sınır çizgisi üzerindeki en yüksek, Alkamade çizgisi üzerindeki ise en düşük sıcaklıktır. Alkamade çizgileri bir diğerini kesmez. Alkamade çizgisi üçlü diyagramı 2 parçaya ayırır ama her parça aslında başlı başına bir üçlü diyagramdır. Alkamade doğruları, üçlü sistemleri Alkamade üçgenlerine ayırır. Herbir Alkamade üçgeninin köşeleri nihai kristalleri belirtir.

31

32

33 İki komşu fazın sınır çizgisi ile Alkamade çizgisinin kestiği noktadaki sıcaklığın;
sınır çizgisi üzerindeki en yüksek ama, Alkamade çizgisi üzerindeki ise en düşük sıcaklık olduğunu hatırlamakta fayda var. a b ac c A B C AC

34 Katı ve sıvı hiçbir halde çözünürlüğün olmadığı 3’lü bir sistem
Katı halde çözünürlüğün olmadığı ama sıvı halde tam çözünürlük olan 3’lü bir sistem Katı halde çözünürlüğün olmadığı ama sıvı halde kısmi çözünürlük olan 3’lü bir sistem

35 Hiç ötektik yok ama katı ve sıvı halde tam çözünürlük var
Normal ergiyen ara kimyasal bileşiği (AB) olan katı çözünürlüğü olmayan ama sıvı halde çözünürlüğü olan 3’lü faz diyagramı. C-AB çizgisi Alkamade çizgisidir. A-AB-C ile C-AB-B Alkamade üçgenleridir Bileşim noktası kendi kristalleşme bölgesi içerisinde kalan ara bileşikler NORMAL ERGİYEN arabileşiklerdir.

36 Bir düşük sıcaklık noktası, kendi etrafında dengede olan fazların oluşturduğu Alkamade üçgeni içerisinde kalıyorsa bu nokta ötektik noktadır, kalmıyorsa peritektik noktadır. A-AB-C Alkamade üçgeni içerisindeki 3’lü nokta etrafında A, AB ve C fazları dengededir. Bu sebeple 3’lü ötektik noktadır. Aynı şekilde C-AB-B Alkamade üçgeni içerisindeki 3’lü nokta etrafında da C, AB ve B fazları dengede olduğundan bu nokta da 3’lü ötektik noktadır.

37 Üçlü bir denge diyagramında 2 farklı bileşim verilsin
Üçlü bir denge diyagramında 2 farklı bileşim verilsin. Bu bileşimlerden istenilen oranlarda karıştırılsın. Karışımın bileşim noktası, verilen iki bileşim noktasını birleştiren doğru üzerinde yer alır. Üçlü bir denge diyagramında 3 farklı bileşim verilsin. Bu bileşimlerden istenilen oranlarda karıştırılarak yeni bir alaşım oluşturulsun. Yeni alaşımın bileşim noktası, başlangıçta verilen üç bileşim noktasının birleştirilmesiyle oluşan üçgen üzerinde yer alır.

38 %40 X bileşimi: %20A-30B-50C %60 Y bileşimi: %40A-40B-20C Yeni alaşımın bileşimi ise şöyle olur: Yeni alaşım: %32A-36B-32C olur.

39 %20 1.bileşim: %60A-20C-20B %30 2.bileşim: %40A-25C-35B %50 3.bileşim: %40A-50C-10B ise; Yeni alaşım: %44A-36,5C-19,5C Bu yeni alaşımın bileşim noktası kırmızı nokta ile gösterilmiştir.

40 Anormal ergiyen AB ikili ara kimyasal bileşik içeren üçlü denge diyagramı. AB ara kimyasal bileşiğinin bileşim noktası AB nin ilk kristalleşme bölgesi dışında olması nedeniyle ANORMAL ergiyen bir fazdır. 1, 2 ve 3 noktaları ikili ötektik, 4 ikili peritektik noktadır. 5 noktası ise üçlü peritektik noktadır. 6 noktası da üçlü ötektik noktadır. 5 noktasının etrafında C, AB ve A fazları denge konumundadır. Bu nokta, bu fazların oluşturduğu A-AB-C Alkamade üçgeni dışında kaldığı için üçlü peritektik noktadır. 6 noktası ise etrafında denge konumundaki C, AB ve B fazlarının oluşturduğu C-AB-B Alkamade üçgeni içerisinde kaldığı için üçlü ötektik noktadır.

41 Normal ergiyen ABC arakimyasal bileşik içeren üçlü denge diyagramı.
Burada; 1, 2 ve 3 noktaları ikili, 4, 5 ve 6 noktaları ise üçlü ötektik noktalardır. Fazların ilk kristalleşme bölgelerinin sınır çizgileri ile Alkamade çizgilerinin kesişme noktaları o sınır çizgisi üzerindeki en yüksek sıcaklıkları belirler

42 Anormal ergiyen ABC arakimyasal bileşik içeren üçlü denge diyagramı.
Burada; 1, 2 ve 3 noktaları ikili, 4, 5 noktaları ise üçlü ötektik noktalardır. 6 noktası ise C-ABC-B Alkamade üçgeni dışında bulunduğundan üçlü peritektik noktadır. Fazların ilk kristalleşme bölgelerinin sınır çizgileri ile Alkamade çizgilerinin kesişme noktaları o sınır çizgisi üzerindeki en yüksek sıcaklıklar olduğu unutulmamalıdır. Üçlü bileşiğin bileşim noktası, kendi ilk kristalleşme bölgesi dışında bulunduğundan ABC, ANORMAL ERGİYEN bir arakimyasal bileşiktir.