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實驗目的實驗目的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數據處理數據處理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目的實驗目的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及熱電偶測了解熱分析法的實驗技術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 相相是指體系內部物理性質和化學性質是指體系內部物理性質和化學性質完全均勻的一部分。完全均勻的一部分。 相平衡相平衡是指多相體系中組分在各相

2、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如何隨組成、溫研究多相體系的狀態如何隨組成、溫度、壓力等變量的改變而發生變化，并用度、壓力等變量的改變而發生變化，并用圖形來表示體系狀態的變化，這種圖就叫圖形來表示體系狀態的變化，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， 體系內不發生相變，則體系內不發生相變，則溫度溫度-時間曲線時間曲線均勻均勻改變；改變； 體系內發生相變，則體系內發生相變，則

3、溫度溫度-時間曲線時間曲線上會出上會出現現轉折點轉折點或或水平段水平段。根據各樣品的溫度。根據各樣品的溫度-時間曲線時間曲線上的轉折點或水平段，就可繪制相圖。上的轉折點或水平段，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折點：轉折點： 表示表示溫度隨時間的變化率溫度隨時間的變化率發生了變化。發生了變化。水平段：水平段： 表示在水平段內，溫度表示在水平段內，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。 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

4、上的平臺還是轉折，都反無論是步冷曲線上的平臺還是轉折，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折點和平臺的的步冷曲線的轉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abABb/a/c/ABLL+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)二元組分凝聚系統相圖二元組分凝聚系統相圖0(A) B% 100(B) 用熱分析法測繪相圖時，被測體系必須時時處于或接近相用熱分析法測繪相圖時，被測體

5、系必須時時處于或接近相平衡狀態，因此必須平衡狀態，因此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的效果才能得到較好的效果。 儀器和試劑儀器和試劑n電爐加熱系統電爐加熱系統: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#為純為純Bi 、 2# 9#為為含含12.5、25、35、45、55、65、75、87.5的的Sn， 10#為純為純Sn）n數字式控溫儀數字式控溫儀;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入電爐加熱管內（熱樣品管和熱電偶都直接放入電爐加熱管內（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

6、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“置置數數”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，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

7、高樣品易氧化變質；溫用電爐加熱樣品時，溫度要適當，溫度過高樣品易氧化變質；溫度過低或加熱時間不夠則樣品沒有完全熔化，步冷曲線轉折點測不出。度過低或加熱時間不夠則樣品沒有完全熔化，步冷曲線轉折點測不出。 在測定一樣品時，若體系有兩個轉折點，必須待第二個轉折點測在測定一樣品時，若體系有兩個轉折點，必須待第二個轉折點測完后方可停止實驗，否則須重新測定。完后方可停止實驗，否則須重新測定。 電爐加熱到設定溫度后，注意將控溫儀加熱關閉。電爐加熱到設定溫度后，注意將控溫儀加熱關閉。 操做要小心燙傷。操做要小心燙傷。1. 根據記錄的數據，以溫度為縱坐標，時間為橫坐標，作出各組分的根據記錄的數據，以溫度為縱坐標

8、，時間為橫坐標，作出各組分的冷冷卻曲線卻曲線。2. 找出各步冷曲線中拐點和平臺對應的找出各步冷曲線中拐點和平臺對應的溫度溫度值。值。3. 以溫度為縱坐標，以物質組成為橫坐標，繪出以溫度為縱坐標，以物質組成為橫坐標，繪出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，指出最低共熔點、最低共熔組成、各區、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、各區的相數和自由度數。的相數和自由度數。數據處理數據處理T/KL(單相區)0(Pb) 61.9% 100%(Sn) 600K505K454KL+Pb(s)L+Sn

9、(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鍵關鍵是步冷曲線上折變和水平線段是否明顯。是步冷曲線上折變和水平線段是否明顯。 步冷曲線上溫度變化的速率取決于體系與環境間的溫差、體系的熱容步冷曲線上溫度變化的速率取決于體系與環境間的溫差、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的量、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的大部分，轉折變化明顯，否則就不明顯。大部分，轉折變化明顯，否則就不明顯。 故控制好樣品的降溫速度很重要，開始降溫時控制在故控制好樣品的降溫速度很重要，開始降溫時控制在4/min 6/min。