相图绘制

相图绘制是相图分析的核心环节，通过图形化表示材料在不同温度、压力和成分条件下的相组成及其转变规律，为材料设计和工艺优化提供直观的热力学依据。相图绘制的基础是吉布斯自由能最小化原理，通常结合实验测定和理论计算两种方法：实验方面通过差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）和电子探针显微分析（EPMA）等技术确定关键相变点和相界位置；计算方面则采用CALPHAD（Calculation of Phase Diagrams）方法，通过建立各相的热力学模型（如置换溶液模型、亚晶格模型等），优化描述自由能的参数（如相互作用参数、过剩吉布斯自由能系数等），并利用相平衡条件（如化学势相等）求解相界。对于二元体系，相图通常以温度为纵轴、成分为横轴，绘制液相线、固相线、共晶线等特征曲线；三元体系则采用等边三角形成分坐标，通过等温截面或垂直截面展示相区分布；多元体系需借助多维度投影或属性图简化表达。现代相图绘制软件（如Thermo-Calc、Pandat）集成了热力学数据库、参数优化算法和可视化工具，支持从简单二元系到复杂多元系的自动生成，并能耦合扩散动力学模拟显示非平衡相变路径。该技术在合金开发（如铝合金时效工艺优化）、陶瓷烧结（如氧化锆相稳定剂设计）和半导体材料（如III-V族化合物外延生长）等领域应用广泛。