Faz diyagramı, sistemin faz kompozisyonunun,
sıcaklık (T), basınç (p) ve kompozisyon (x) gibi temel parametrelerle grafiksel
olarak tanımlanmasıdır. Faz diyagramları, verilen koşullar altında kompozisyonu
belirlenmiş sistemde hangi faz veya fazların olduğunu gösterir. Çok sayıda faz
ve kompozisyondan oluşan kompleks sistemler için faz diyagramlar deneysel
verilerden hazırlanır, termodinamik modellemeyle sistemin çeşitli proseslerdeki
davranışı hakkında bilgi verir.
Faz diyagramlarından malzeme bilimi, metallurji, rafineriler, kimya
müendisliği, elektronikler ve mikroelektronik teknoloji gibi çeşitli alanlarda
yararlanılır; örneğin, endüstriyel kimyasal sentezlerde koşulların seçimi, faz
geçişlerinin yönünü tayini, termal işlem rejimlerinin seçimi, optimal faz
bileşimlerininin belirlenmesi, v.s. gibi.
Bir faz diyagramının spesifik bir noktasındaki fazların sayısı Gibbs faz
kuralınca belirlenir; n + 2 – f ‘dir. n komponentlerin sayısı, f serbestlik
derecesi, n + 2 sistemin halini tanımlayan parametrelerin sayısıdır. Denge faz
kompozisyonu değişmeksizin basınç, sıcaklık, komponentlerin kimyasal
potansiyelleri gibi genel kuvvetler bazı sınırlar içinde bağımsız olarak
değişebilir. Örneğin, tek basit bir substansın faz diyagramı alanında sadece
bir faz bulunur; üçlü nokta denge noktası (f = 0) olduğunda basınç ve sıcaklık
bağımsız olarak (f = 2) değişebilir.
Magnetik fazlar oluşturabilen substanlar durumunda, sıcaklık ve basınçla
birlikte magnetik alan (H) gibi diğer parametreler de vardır. Bu gibi hallerde
faz diyagramı multi-boyutlu olur ve malzemenin çeşitli kesitlerinin analiz
edilmesi gerekir.
Multi-komponent sistemlerin faz diyagramları da multi-boyutludur. Bunlarda
sıcaklık-kompozisyon ve basınç-kompozisyon gibi 2D yönde çalışma uygundur.
Üç-komponent faz diyagramlarının izotermal-izobarik yönler, faz bileşimini komponentlerin
oranına göre tanımlar.
Şekilde, faz diyagramlarına bir örnek olarak malzeme biliminde çok
kullanılan bir binary faz diyagramının izobarik (T-x) kesiti görülmektedir.
Diyagram %6.67’ye kadar karbon içeren demir-karbon alaşımlarının faz
diyagramıdır. Karbon miktarının belirlenmesi demir karbid (Fe3C) Nanoboyutlu
partiküllerin oluşturduğu fazlarda fiziksel özellikler partiküllerin
boyutlarına bağlı olabilir; dolayısıyla faz diyagramına bazen dispersiyon
diyagramı da eklenir.
Demir-karbon faz diyagramı
