7二組分低共熔體系相圖的繪制[課堂優(yōu)講]

1、二組分低共熔體系相圖的繪制二組分低共熔體系相圖的繪制 n實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?n實驗原理實驗原理 n儀器和試劑儀器和試劑 n實驗步驟實驗步驟 n數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 n思考題思考題 二組分低共熔體系相圖的繪制二組分低共熔體系相圖的繪制 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1. 用熱分析法測熔融體步冷曲線，繪制用熱分析法測熔融體步冷曲線，繪制 SnBi二元合金相圖。二元合金相圖。 2. 了解熱分析法的實驗技術(shù)及熱電偶測了解熱分析法的實驗技術(shù)及熱電偶測 量溫度的原理和方法。量溫度的原理和方法。 實驗原理實驗原理 相相是指體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學性質(zhì)是指體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學性質(zhì) 完全均勻的一部分。完全均勻的一部分。 相平衡相

2、平衡是指多相體系中組分在各相中是指多相體系中組分在各相中 的量不隨時間而改變。的量不隨時間而改變。 研究多相體系的狀態(tài)如何隨組成、溫研究多相體系的狀態(tài)如何隨組成、溫 度、壓力等變量的改變而發(fā)生變化，并用度、壓力等變量的改變而發(fā)生變化，并用 圖形來表示體系狀態(tài)的變化，這種圖就叫圖形來表示體系狀態(tài)的變化，這種圖就叫 相圖相圖。 本實驗采用本實驗采用熱分析法熱分析法繪制相圖，其繪制相圖，其基本原理基本原理： 先將體系加熱至熔融成一均勻液相，然后讓體先將體系加熱至熔融成一均勻液相，然后讓體 系緩慢冷卻，系緩慢冷卻， 體系內(nèi)不發(fā)生相變，則體系內(nèi)不發(fā)生相變，則溫度溫度-時間曲線時間曲線均勻均勻 改變；改變

3、； 體系內(nèi)發(fā)生相變，則體系內(nèi)發(fā)生相變，則溫度溫度-時間曲線時間曲線上會出上會出 現(xiàn)現(xiàn)轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)折點或或水平段水平段。根據(jù)各樣品的溫度。根據(jù)各樣品的溫度-時間曲線時間曲線 上的轉(zhuǎn)折點或水平段，就可繪制相圖。上的轉(zhuǎn)折點或水平段，就可繪制相圖。 溫度溫度-時間曲線，即時間曲線，即步冷曲線步冷曲線 轉(zhuǎn)折點：轉(zhuǎn)折點： 表示表示溫度隨時間的變化率溫度隨時間的變化率 發(fā)生了變化。發(fā)生了變化。 水平段：水平段： 表示在水平段內(nèi)，溫度表示在水平段內(nèi)，溫度 不隨時間而變化。不隨時間而變化。 圖圖A是單組分體系是單組分體系, 圖圖B是二元混合物是二元混合物, 圖圖 C是低共融體系的步冷曲線。是低共融體系的步冷曲線。

4、A B C 繪制二元合金相圖繪制二元合金相圖 無論是步冷曲線上的平臺還是轉(zhuǎn)折，都反無論是步冷曲線上的平臺還是轉(zhuǎn)折，都反 映了相變化時的溫度，把各種不同組成的體系映了相變化時的溫度，把各種不同組成的體系 的步冷曲線的轉(zhuǎn)折點和平臺的的步冷曲線的轉(zhuǎn)折點和平臺的溫度溫度，在，在溫度溫度 組成圖組成圖上標志出來連成曲線就得到相圖。上標志出來連成曲線就得到相圖。 熱分析法繪制相圖熱分析法繪制相圖 溫度溫度 溫度溫度 a b A B b/ a/ c/ A B L L+A(s)L+B(s) A(s)+B(s) O 時間時間 (a)(a)步冷曲線步冷曲線(b)(b)二元組分凝聚系統(tǒng)相圖二元組分凝聚系統(tǒng)相圖 0(

5、A) B% 100(B) 用熱分析法測繪相圖時，被測體系用熱分析法測繪相圖時，被測體系 必須時時處于或接近相平衡狀態(tài)，因此必須時時處于或接近相平衡狀態(tài)，因此 必須必須保證冷卻速度足夠慢保證冷卻速度足夠慢才能得到較好才能得到較好 的效果。的效果。 儀器和試劑儀器和試劑 n電爐加熱系統(tǒng)電爐加熱系統(tǒng):可控升降溫電爐可控升降溫電爐 n不銹鋼樣品管不銹鋼樣品管10只（只（1#為純?yōu)榧傿i 、 2# 9#為為 含含12.5、25、35、45、55、65 、75、87.5的的Sn， 10#為純?yōu)榧僑n） n數(shù)字式控溫儀數(shù)字式控溫儀;熱電偶一支熱電偶一支 實驗步驟實驗步驟 n(1) 將將樣品管和熱電偶都直接放

6、入電爐加熱管內(nèi)（熱樣品管和熱電偶都直接放入電爐加熱管內(nèi)（熱 電偶不要插入樣品管）電偶不要插入樣品管）； n(2) 加熱（控溫儀置于加熱（控溫儀置于“工作工作”檔），至熔化（加熱檔），至熔化（加熱 到爐膛溫度到爐膛溫度320。實際熔化溫度是。實際熔化溫度是272左右，加熱左右，加熱 到到320是為了確保熔化完全）；是為了確保熔化完全）； n(3)熱電偶插入樣品管熱電偶插入樣品管，自然冷卻（控溫儀置于，自然冷卻（控溫儀置于“置置 數(shù)數(shù)”檔），每隔檔），每隔30s 記一次溫度，測至小于記一次溫度，測至小于120 ; n(4) 換樣品，重新測量。換樣品，重新測量。 n每每810人為一組，每組人為一組，

7、每組5套儀器，每套儀器測兩個套儀器，每套儀器測兩個 樣，共測樣，共測10個樣。個樣。 【注意事項注意事項】 用電爐加熱樣品時，溫度要適當，溫度過用電爐加熱樣品時，溫度要適當，溫度過 高樣品易氧化變質(zhì)；溫度過低或加熱時間不夠高樣品易氧化變質(zhì)；溫度過低或加熱時間不夠 則樣品沒有完全熔化，步冷曲線轉(zhuǎn)折點測不出。則樣品沒有完全熔化，步冷曲線轉(zhuǎn)折點測不出。 在測定一樣品時，若體系有兩個轉(zhuǎn)折點，在測定一樣品時，若體系有兩個轉(zhuǎn)折點， 必須待第二個轉(zhuǎn)折點測完后方可停止實驗，否必須待第二個轉(zhuǎn)折點測完后方可停止實驗，否 則須重新測定。則須重新測定。 電爐加熱到設(shè)定溫度后，注意將控溫儀加電爐加熱到設(shè)定溫度后，注意將

8、控溫儀加 熱關(guān)閉。熱關(guān)閉。 操做要小心燙傷。操做要小心燙傷。 1. 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，以溫度為縱坐標，時間為根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，以溫度為縱坐標，時間為 橫坐標，作出各組分的橫坐標，作出各組分的冷卻曲線冷卻曲線。 2. 找出各步冷曲線中拐點和平臺對應(yīng)的找出各步冷曲線中拐點和平臺對應(yīng)的溫度溫度值。值。 3. 以溫度為縱坐標，以物質(zhì)組成為橫坐標，繪以溫度為縱坐標，以物質(zhì)組成為橫坐標，繪 出出SnBi金屬金屬相圖相圖。 （純純Bi：Tf = 271.4，純，純Sn：Tf = 231.89 ） 4、對所作相圖中進行相律分析，指出最低共熔、對所作相圖中進行相律分析，指出最低共熔 點、最低共熔組成、各區(qū)的相數(shù)和自

9、由度數(shù)。點、最低共熔組成、各區(qū)的相數(shù)和自由度數(shù)。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 T/K L(單相區(qū)) 0(Pb) 61.9% 100%(Sn) 600K 505K 454K L+Pb(s) L+Sn(s) Pb(s)+Sn(s) PbSn 金屬相圖金屬相圖 【實驗討論實驗討論】 本實驗成敗的本實驗成敗的關(guān)鍵關(guān)鍵是步冷曲線上折變和水平是步冷曲線上折變和水平 線段是否明顯。線段是否明顯。 步冷曲線上溫度變化的速率取決于體系與環(huán)步冷曲線上溫度變化的速率取決于體系與環(huán) 境間的溫差、體系的熱容量、體系的熱傳導率等境間的溫差、體系的熱容量、體系的熱傳導率等 因素，若體系析出固體放出的熱量抵消散失熱量因素，若體系析出固體放出的熱量抵消散失熱量 的大部分，轉(zhuǎn)折變化明顯，否則就不明顯。的大部分，轉(zhuǎn)折變化明顯，否則就不明顯。 故控制好樣品的降溫速度很重要，開始降溫故控制好樣品的降溫速度很重要，開始降溫 時控制在時控制在4/min 6/min。