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高考申論題 110年 [材料工程] 物理冶金

第 一 題

📖 題組：
請繪製及回答下列有關二元相圖之問題:
📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

個別繪製下列五種二元相圖,並寫出其反應方程式。(15分) (1)偏晶反應 (2)共晶反應 (3)包晶反應 (4)共析反應 (5)包析反應

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處理二元相圖的不變反應題型，應首先由字首判斷參與相的狀態：「晶 (tectic)」涉及液相，「析 (tectoid)」全為固相；其次依字根判斷反應形式：「共 (eu-)」為一相變兩相，「包 (peri-)」為兩相變一相，「偏 (mono-)」為一液相變一固相加另一液相。作答時務必寫出反應式，且繪圖（文字描述）時需清楚標定溫度橫軸、水平等溫線（自由能為零的平衡點），以及交界點上下的相區分佈。

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【破題】 二元相圖中的不變反應（Invariant reactions）發生於自由度為零（F=0）的特定溫度與成分點。根據吉布斯相律（Gibbs Phase Rule, F = C - P + 1，恆壓下），二元系統（C=2）中三相共存（P=3）時發生不變反應。以下個別說明五種反應之方程式與繪圖特徵（註：繪圖座標軸皆為 Y軸：溫度T，X軸：成分 Wt% 或 At%）。 【論述】

小題 (二)

繪製一個包含三種三相反應之二元相圖。(5分)

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面對相圖繪製題，應先根據吉布斯相律（Gibbs Phase Rule）確立三相反應為恆溫恆成分的零自由度（F=0）反應。接著，在腦中構思一個典型的假想二元相圖（如參考鐵碳相圖的左半部），由高溫至低溫依序配置包晶（Peritectic）、共晶（Eutectic）與共析（Eutectoid）三個經典反應，並確保座標軸與各相區邊界符合熱力學的連通性。

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【破題】 本題要求繪製包含三種「三相反應」的二元相圖。在定壓條件下，二元系統的三相反應為恆溫、恆成分的「不變反應（Invariant reaction）」，此時自由度 $F = C - P + 1 = 2 - 3 + 1 = 0$。以下以包含包晶（Peritectic）、共晶（Eutectic）與共析（Eutectoid）反應的假想 A-B 二元相圖為例進行解析。 【論述】

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