Фазалар ережесі (Гиббс ережесі)

Кристалдану мен балқу үдерісін түсіну үшін, металл қорытпаларының суыну мен қыздыру қисық сызықтарының және күй диаграммасының дұрыстығын тексеру үшін, фазалар ережесін қолданады.

Фазалар ережесі жүйенің фаза, компонент және еркіндік дәрежесі арасындағы сандық байланысын орнатады.

Жүйенің   еркіндік_ дәрежесінің   саны   (варианттылығы)   деп жүйенің фаза санын өзгертпей, күйін өзгерте алатын сыртқы және ішкі себептердің санын айтады (температура, қысым, концентрация). Еркіндік дәрежесі (С) мына формуламен анықталады: C= К+Р-А

мұндағы:  К — компоненттер саны;

Р — тепе-теңдіктің сыртқы өзгермелі факторлар саны;

Ф — фазалар саны.

Сыртқы факторларға температура мен қысым жатады. Металл қорытпаларында барлық түрленіп, айналулар түрақты атмосфералық қысымда өтеді де, сыртқы факторға температура ғана жатады. Сондықтан фазалар ережесі бұл жағдайда былай жазылады:

С=К+1-Ф.

Еркіндік дәрежесі нөлден аз болмайтындықтан,

К-Ф + 1>0.

Одан Ф = К + 1 шығады.

Яғни тепе-теңдік күйдегі қорытпадағы фазалар саны компоненттер саны плюс бірден аспайды. Онда екі компоненттен тұратын жүйеде тепе-теңдік күйде үш фаза ғана болуы мүмкін, ал үш компоненттік жүйеде төрт фаза болады.

Егер тепе-теңдікте фаза саны ең көп болса, онда С = 0. Мұндай тепе-теңдік нонвариантты (вариантсыз) деп аталады.

Нонварианттық тепе-теңдікте қорытпа белгілі бір шартта: тұрақты температурада және барлық фазалардың белгілі бір құрамында ғана бола алады, яғни түрлену қандай да бір тұрақты температурада басталып, аяқталады.

Мысалы, таза металл — қатаю температурасында екі фазадан (сұйық және қатқан металл) түратын бір компоненті жүйе. Бұл жағдайда жүйе ионвариантты:

С=1 + 1-2 = 0.

Яғни қатаю үдерісі тұрақты температурада жүреді.

Егер фазалар саны ең үлкен шамадан бірге кемісе, еркіндік саны бір санына өседі (С =1). Мұндай жүйе моновариантты (бір вариантты) деп аталады.

Мысалы, екі компонентті қорытпа екі фазадан тұратын болса (С = 7), яғни сыртқы факторын — фазалар санын өзгертпей, тепе-теңдіктің сыртқы факторы — температураны белгілі бір шекте өзгертуге болады. Мұндай қорытпа температура аралығында қатады.