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固相线和液相线

（重定向自固相線）

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（英语：slurry））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]。

由α和β组合混合物的相图。上方的线为液相线，下方的线即为固相线

定义

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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

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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

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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

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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（英语：Welding defect）的风险。

冷却时的特性

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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

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参考资料

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  1. ^ 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. ^ 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. ^ 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. 
  4. ^ 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  . 
  5. ^ 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  . 
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  10. ^ 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  . 
  11. ^ 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. 
  12. ^ 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. 
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