공정계

공정 혼합물이라고도 하는 그리스 ὐ-(e ' 'well') 및 ῆ- (-(tmelis 'melting')의 공정 시스템(/juˈtktkt-k/yu-TEK-tik)^[1]은 단일 온도에서 녹거나 고화하는 물질의 균질 혼합물이다.이 온도를 공정 온도라고 하며, 관련된 구성 요소 종에 대한 모든 혼합 비율에서 가능한 가장 낮은 용해 온도입니다.위상 다이어그램에서 공정 온도는 공정 점으로 표시됩니다(오른쪽 ^[3]그림 참조).

한 성분의 격자는 다른 성분의 격자에 비해 낮은 온도에서 녹기 때문에 비공정 혼합물 비율은 성분별로 녹는 온도가 다릅니다.반대로, 비공정 혼합물이 냉각되면 각 성분이 전체 질량이 고체화될 때까지 서로 다른 온도에서 응고(격자를 형성)됩니다.

성분종의 원자가 전자가 새로운 유형의 접합 결정 격자를 형성하기 위해 항상 ^{[clarification needed]}양립할 수 있는 것은 아니기 때문에 모든 이원 합금이 공정점을 갖는 것은 아니다.예를 들어 은-골드 시스템에서 용융 온도(액체)와 동결 온도(솔리더스)는 "이 ^[4]축의 혼합 영역에서 약간 분리되면서 원자비 축의 순수한 원소 끝점에서 만난다."

공정학이라는 용어는 1884년 영국의 물리학자이자 화학자인 프레드릭 거스리에 의해 만들어졌다.^[2]

공정상 천이

공정 고화는 다음과 ^[5]같이 정의됩니다.

$\displaystyle {Liquid} {\xrightarrow {\text {cooling}} {\text {eutectic temperature}} \alpha \, {\text {solid solution}} + \beta \, {\text { solid solid solution}}}}$

이러한 유형의 반응은 열평형 상태이기 때문에 불변 반응이다; 이것을 정의하는 또 다른 방법은 깁스 자유 에너지의 변화가 0이라는 것이다.즉, 액체와 두 고체 용액이 동시에 공존하며 화학적 평형 상태에 있음을 의미합니다.또한 상변화 기간 동안 시스템의 온도가 ^[5]변하지 않는 열정지가 발생합니다.

공정 반응의 결과적인 고체 거시 구조는 몇 가지 요인에 따라 달라지는데, 가장 중요한 요인은 두 고체 솔루션이 어떻게 핵을 형성하고 성장하느냐이다.가장 일반적인 구조는 층상 구조이지만, 다른 가능한 구조로는 막대 모양, 구상,^[6] 침상 구조 등이 있습니다.

비공정 조성물

공정점에 없는 공정계 조성은 저공정계 또는 과공정계로 분류할 수 있다.저공정 조성물은 공정 조성물(E)보다 종 β의 조성이 작고 종 α의 조성이 큰 것을 말하며, 과공정 조성물은 공정 조성물보다 종 β의 조성이 높고 종 α의 조성이 낮은 것을 특징으로 한다.비공정 조성물의 온도가 낮아지면 액체 혼합물이 혼합물의 한 성분을 다른 성분보다 먼저 침전시킵니다.과공정용액에서는 종β의 전공정용액이 존재하는 반면, 저공정용액은 전공정α상을 ^[5]가진다.

종류들

합금

공정합금은 2개 이상의 재료를 가지며 공정조성을 가진다.비공정 합금이 응고되면 구성 요소가 서로 다른 온도에서 응고되어 플라스틱 용해 범위를 나타냅니다.반대로 잘 혼합된 공정 합금이 녹으면 단일의 급격한 온도에서 녹습니다.특정 합금 조성물의 응고 중에 발생하는 다양한 상변화는 해당 합금의 상도에 있는 액상에서 고체상까지 수직선을 그리면 이해할 수 있다.

다음과 같은 용도가 있습니다.

• 펌프, 팬, 컨베이어 및 기타 공장 공정 ^[7]장비용 3상 모터의 전기적 보호를 위한 NEMA 공정 합금 과부하 릴레이.
• 납땜용 공정 합금, 납(Pb) 및 주석(Sn)으로 구성된 전통적인 합금, 때로는 추가 은(Ag) 또는 금(Au)으로 구성된 합금, 특히 전자제품용 SnPb₆₃₃₇ 및 SnPbAg₆₂₃₆₂ 합금, 그리고 특히 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Ag)로_96.53.5 구성된 새로운 무연 납땜 합금.
• 알루미늄-실리콘 및 주철과 같은 주조 합금(오스테나이트-시멘타이트 공정석을 생성하는 철의 탄소 4.3% 구성)
• 실리콘칩은 칩에 초음파 에너지를 가함으로써 실리콘-골드 공정물질을 통해 금도금 기판에 결합된다.공정 결합 참조.
• 브레이징: 확산이 조인트에서 합금 요소를 제거할 수 있으므로 브레이징 프로세스 초기에만 공정 용융이 가능합니다.
• 온도 반응(예: Wood's metal, Fire springler용 필드 금속)
• 무독성 수은 대체품(예: 갈린스탄)
• 매우 높은 강도와 내식성을 가진 실험용 유리 금속
• 나트륨과 칼륨(NaK)의 공정합금.실온에서 액체이며 실험용 고속 중성자 원자로에서 냉각수로 사용된다.

다른이들

• 염화나트륨과 물은 공정점이 -21.2 °C이고^[8] 질량은 ^[9]23.3%인 공정 혼합물을 형성한다.소금과 물의 자연적 성질은 소금을 도로에 뿌려 제설 작업을 돕거나 낮은 온도를 만들기 위해 얼음과 혼합할 때 이용된다(예: 전통적인 아이스크림 제조에서).
• 에탄올 – 물은 비정상적으로 편향된 공정점을 가지고 있다. 즉, 순수 에탄올에 가깝고, 이는 부분 동결을 통해 얻을 수 있는 최대 증거를 설정한다.
• NaNO가 60₃%, KNO가₃ 40%인 '솔라 소금'은 고농축 태양광 ^[10]발전소의 열에너지 저장에 사용되는 공정용 용융염 혼합물을 형성한다.태양 용융염의 공융점을 줄이기 위해 질산칼슘을 42% Ca(NO₃),₂ 43% KNO_3, 및 15% NaNO₃ 비율로 사용합니다.
• 리도카인과 프릴로카인은 모두 상온에서 고체이며 국소 마취제(EMLA) 제제의 공정 혼합물에 사용되는 16°C(61°F) 녹는점의 오일인 공정 물질을 형성한다.
• 상온에서 고체인 멘톨과 장뇌는 상온에서 8:2, 7:3, 6:4, 5:5의 비율로 액체인 공정물질을 형성한다.두 물질 모두 약국 즉석 ^[11]조제의 일반적인 성분이다.
• 광물은 화성암에서 공정 혼합물을 형성할 수 있으며,^[12] 예를 들어 곡립식물 등에 의해 나타나는 특징적인 상호 성장 질감을 일으킨다.
• 일부 잉크는 공정 혼합물이므로 잉크젯 프린터를 낮은 ^[13]온도에서 작동할 수 있습니다.
• 염화콜린은 구연산, 말산, 설탕과 같은 많은 천연물과 공정 혼합물을 생산한다.이러한 액체 혼합물은 예를 들어 천연 제품에서 ^[14]항산화제와 항당뇨병 추출물을 얻기 위해 사용될 수 있습니다.

기타 중요점

공정체

변환점 위의 용액이 액체가 아닌 고체일 경우 유사한 공정변환이 발생할 수 있다.예를 들어 철-탄소 시스템에서 오스테나이트상은 공정변환을 통해 페라이트 및 시멘트(종종 펄라이트 및 베이나이트와 같은 층상구조)를 생성할 수 있다.이 공융점은 723°C(1,333°F)와 0.76wt%의 ^[15]탄소에서 발생한다.

페리텍토이드

페리텍토이드 변환은 2진수, 3원수, ..., n-아리 합금의 냉각 시 2개의 고체상이 서로 반응하여 완전히 다른 단일 고체상을 ^[16]생성하는 등온가역반응의 일종입니다.이 반응은 여러 합금 ^[17]유형의 준결정상 순서와 분해에 중요한 역할을 합니다.회전하는 주상 결정에도 유사한 구조적 전이가 예측된다.

주변 아키텍처

주변 변환 또한 공정 반응과 유사하다.여기서 일정 비율의 액상과 고체상이 일정 온도에서 반응하여 단일 고체상을 생성한다.고체 생성물은 두 반응물 사이의 계면에서 형성되기 때문에 확산 장벽을 형성할 수 있으며 일반적으로 이러한 반응이 공정 변환 또는 공정 변환보다 훨씬 더 느리게 진행되도록 한다.따라서 perectic 조성물이 응고될 때 공정 응고된 층상 구조를 나타내지 않는다.

그림의 왼쪽 상단 모서리 부근에서 볼 수 있듯이 철-탄소 시스템에 이러한 변화가 존재합니다.γ상이 액체와 결합하여 1,495°C(2,723°F)의 순수한 오스테나이트와 0.17%의 탄소를 생성하는 역공학적 형태입니다.

주변 분해 온도에서 화합물은 녹는 대신 다른 고체 화합물과 액체로 분해됩니다.각각의 비율은 레버 규칙에 따라 결정됩니다.예를 들어 Al-Au 위상도에서는 AuAl과₂ AuAl₂ 두 상만 동시에 녹고 나머지는 구조적으로 분해되는 것을 볼 수 있습니다.

공정 계산

공정의 성분과 온도는 각 ^[18]성분의 융접 엔탈피와 엔트로피로부터 계산할 수 있다.

Gibbs 자유 에너지 G는 그 자체의 차이에 의존합니다.

${\displaystyle G=H-TS\오른쪽 화살표 {case}H=G+TS\left({\frac {\partial T}}\오른쪽)_{P}=-S\end{case}}\오른쪽 화살표 H=G-T\left({\frac {\frac {\partial T}}}\{P})_{P}$

따라서 정압에서의 G/T 도함수는 다음 방정식으로 계산됩니다.

$\displaystyle \left({\frac {\partial G/T}{\partial T}}\right)_{P}=param frac {1}{T}}\left({\frac {\partial G}{\partial T}}\오른쪽)_{P}-{\frac {1}{T^{2}}}G=-{\frac {1}{T^{2}}\left(G-T\left({\frac\partial G}{\partial T}}\right)_{P}\right)=-{\frac {H}{T^{2}}}.}$

활성도가 농도와 ${\displaystyle {같다고}_{}}$ 가정할 $경우$ 화학적 $잠재력{\displaystyle {}_{}}$ μi$(\displaystyle\mu_{$i$$})가 계산됩니다.

$\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}^{\rt}\ln {frac {a_{i}}\about \mu _{i}^{\rt\ln x_i}.}$

$평형상태$에서 ${\displaystyle {\mu }_{}}$ ${\displaystyle \mathrm{i}}$${\displaystyle {}_{}^{}}$$=$ 0$({$$displaystyle$ \$mu _{i}=0$$)$은 $다음$과 ${\displaystyle {같이}_{}^{}}$구한다.

$\displaystyle \mu _{i}=\mu _{i}+RT\ln x_{i}=0\오른쪽 화살표 \mu _{i}^{\display}=-RT\ln x_{i}.}$

제공의^{[clarification needed]} 사용 및 통합

$\displaystyle \left({\frac \mu _{i}/T}{\partial T}}\right)_{P}=paramfrac {\frac T}}\left(R\ln x_{i}\오른쪽\rightarrow R\ln x_{i}=-{\frac {H_{i}^{\circ }}{T}}+K}$

융해온도 T$t{\displaystyle {}^{}}$ {\$displaystyle$ T$^{\circ$}}의$$ 순수 성분과 $융해온도{\displaystyle {}^{}}$ H$display$ {\$displaystyle$H^{\$circ$의 엔탈피(Enthalpy)에 대하여 적분 상수 K를 구할 수 있다.

${\displaystyle x_{i}=1\오른쪽 화살표 T=T_{i}^{\circ}\오른쪽 화살표 K=440frac {H_{i}^{\circ}}}{T_{i}^{\circ }}}}.}$

각 성분의 온도 함수로서 몰 분율을 결정하는 관계를 구한다.

${\displaystyle R\ln x_i}=-{\frac {H_{i}^{\circ }}{T}}+{\frac {H_{i}^{\circ}}}{T_{i}^{\circ }}}}.}$

n개 구성 요소의 혼합은 시스템에 의해 설명됩니다.

${\displaystyle {begin{case}\ln x_{i}+{\frac {H_{i}^{RT}}-{\frac {H_{i}^{\circ}}}{\frac {H_{i}}^{\circ}}}}{\frac {\frac}}}}}RT_{i}^{\circ }}=0,\sum \sum _{i=1}^{n}x_{i}=1.\end {case}}$

${\displaystyle {\begin{case}\forall i<n\rightarrow \ln x_{i}+{\frac {H_{i}^{\circ}}-{\frac {H_{i}^{\circ}}}{\frac {\frac}}}RT_{i}^{\circ }}=0,\ln \left(1-\sum \sum \sum _ filters _ {i}^{n-1}x_{i}\right)+{\frac {H_{n}^{\circ}}-{\frac {H_{n}{\circ}}}}{{\c}}}}}}}}}{{\circ}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}{0,\lnRT_{n}^{\circ }}=0,\end{case}}}$

그것은 해결된다

${\displaystyle {\begin {array} {*{20}c}{\Delta x_{1}}\{\\\displaystyle {c}\left델타 x_{2}}\{\델타 x_{3}}\\vdots \{\Delta x_{n-1}}\{\\델타 T}\\end {array}\right]=\left[{\begin {array}{*{20}c}{1/x_{1}}&0&0&{-\frac {H_{1}^{\circ}}}{\left}{\frac}RT^{2}}}:\\0&{1/x_{2}}&0&{-{\frac {H_{2}^{\circ}}}{RT^{2}}}:\\0&0&{1/x_{3}}&0&{-{\frac {H_{3}^{\circ}}}{RT^{2}}}:\\vdots &\dots &\ddots &\dots & {\vdots }\\0&0&{1/x_{n-1}}&{-{\frac {H_{n-1}^{\circ}}}} {\\}}}}RT^{2}}}\{\frac {-1}{-\sum \sum _{i=1}{n-1}{x_{i}}}}}\{\frac {-1}{n-1}{x_{i}}}}\{\frac {-1}{1-\sum\sum {i}}}}_{i}}}\frac {-1}}}{n-1}}}}}}}}{n_frac {1-\frac {1-\frac {1-{n}_i}}}}}}}}}_i}RT^{2}}}:\\end {array}\right]^{-1}.\left[{\begin{array}{*{20}c}{\ln x_{1}+{\frac {H_{1}^{\circ}}-{\frac {H_{1}^{\circ}}}{\frac {H_{1}^{\circ}}}}{\frac}}}}}}{RT_{1}^{\circ }}}\{\ln x_{2}+{\frac {H_{2}^{\circ}}{RT}}-{\frac {H_{2}^{\circ }}}{\frac {H_{2}^{\c}}}{\circirc}}}}{}}}}}}}{RT_{2}^{\circ }}}\{\ln x_{3}+{\frac {H_{3}^{\circ}}{RT}}-{\frac {H_{3}^{\circ}}}{\frac {H_{}}{\circ}}}}}}{\fracRT_{3}^{\circ }}}\\vdots\{\ln x_{n-1}+{\frac {H_{n-1}^{\circ}}-{\frac {H_{n-1}^{\circ}}}:{\vdots\frac {H_{n-1}}}}RT_{n-1}^{\circ}}}\{\ln \left\sum \sum _{i=1}^{n-1}{x_{i}}\right)+{\frac {H_{n}^{\circ}}-{\frac {H_{n}^{\circ}}}}:{\circ}}}}}}:\{\ln\ln\c}}}}}}}}}{\ln\ln\ln\ln\ln\c}}}}}}}RT_{n}^{\circ }}}\\end{array}}\right]\end{array}}$

「 」를 참조해 주세요.

• 공기로프 또는 상시 끓는 혼합물
• 빙점 저기압
• 저융해 합금

레퍼런스

참고 문헌

• Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006), Foundations of Materials Science and Engineering (4th ed.), McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-295358-9.

추가 정보

• Askeland, Donald R.; Pradeep P. Phule (2005). The Science and Engineering of Materials. Thomson-Engineering. ISBN 978-0-534-55396-8.
• Easterling, Edward (1992). Phase Transformations in Metals and Alloys. CRC. ISBN 978-0-7487-5741-1.
• Mortimer, Robert G. (2000). Physical Chemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-508345-4.
• Reed-Hill, R. E.; Reza Abbaschian (1992). Physical Metallurgy Principles. Thomson-Engineering. ISBN 978-0-534-92173-6.
• Sadoway, Donald (2004). "Phase Equilibria and Phase Diagrams" (PDF). 3.091 Introduction to Solid State Chemistry, Fall 2004. MIT Open Courseware. Archived from the original (PDF) on 2005-10-20. Retrieved 2006-04-12.