Ⅰ加热平台、目的要求
偏振分束器
2.用热分析法测绘铅—锡二组分金属相图。
3.学会热电偶的制作、标定。的测温技术
Ⅱ、基本原理
相图是多相(两相及两相以上)体系处于相平衡态时体系的某物理性质(最常见是温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形;图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等),故称为相图。二元或多元的相图常以组成为变量,其物理性质则大多取温度,由于相图能反映出多相平衡体系在不同条件(如自变量不同)下相平衡情况,故研究多相体系的性质以及多相体系平衡的演变(例如,冶金工业钢铁、合金冶炼过程;化学工业原料分离制备过程)等都要用到。 二组分体系的自由度与相的数目有以下关系:
自由度=组分数-相数+2
由于一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大,所以固-液相图手外界压力的影响颇小。这是它与气-液平衡体系的最大差别。
各种体系不同类型相图的解析在物理化学课程中占有重要地位。对相图的制作有很多方法,统称为物理化学分析,而对凝聚相研究(如固-液、固-固相等),最常用的方法是液、固借助相变过程中温度变化而产生的,观察这种热效应的变化情况,以确定一些体系的相态变化关系,最常用的方法就是热分析及差热分析方法。本实验就是用热分析法绘制二元金属相图。
二组分金属相图是表示两种金属混合体系组成与凝固点关系的图。由于此体系属凝聚体系,一般视为不受压力影响,通常表示为固液平衡时液相组成与温度的关系。若两种金属在固相完全不溶,在液相可完全互溶,其相图具有比较简单的形式。
步冷曲线法是绘制相图的基本方法之一,是通过测定不同组成混合体系的冷却曲线来确定 凝固点与溶液组成的关系。通常是将金属混合物或其合金加热全部熔化,然后让其在一定的环境中自行冷却,根据温度与时间的关系来判断有无相变的发生。图1是二元金属体系一种常见的步冷曲线。图2是两组分金属固液相图。图3有过冷现象时的步冷曲线。
当金属混合物加热熔化后冷却时,由于无相变发生,体系的温度随时间变化较大,冷却较快(1~2段)。若冷却过程中发生放热凝固,产生固相,将减小温度随时间的变化,使体系的冷却速度减慢(2~3段)。当融熔液继续冷却到某一点时,如3点,由于此时液相的组成为低共熔物的组成。在最低共熔混合物完全凝固以前体系温度保持不变,步冷曲线出现平台,(如图3~4段)。当融熔液完全凝固形成两种固态金属后,体系温度又继续下降(4~5段)。若图III-5-1中的步冷曲线为图III-5-2中总组成为P的混合体系的冷却曲线,则转折点2相当于相图中的G点,为纯固相开始析出的状态。水平段3~4相当于相图中H点,即低共熔物凝固的过程。因此,根据一系列不同组成混合体系的步冷却曲线就可以绘制出完整的二组分固液平衡相图。
Ⅲ、仪器试剂
立式加热炉(800W)1台
调压变压器(1kVA)1台
宽肩硬质玻璃样品管(ø18mm×200mm,肩开关型直流稳压电源ø30mm)8只
引流袋数字式电位差计 1套
电狐焰发生器1套
镍铬丝(28号)铅(化学纯)
考铜丝(28号)锡(化学纯)
绝缘小瓷管铋(化学纯)
停表苯甲酸(化学纯)
冰水浴
Ⅳ、试验步骤
1.热电偶的制备
关于热电偶温度计的工作原理、种类与适用范围,可参阅技术第一章第Ⅲ节。
取60cm长的镍铬丝和镍硅丝各一段,将镍铬丝用小绝缘瓷管穿好,将其一端与镍硅丝的一端紧密地扭合在一起(扭合头为0.5cm)氢气压缩机 高压,将扭合头稍稍加热立即沾以硼砂粉,并用小火熔化,然后放在高温焰上小心烧结,直到扭头熔成一光滑的小珠,冷却后将硼砂玻璃层除去。
为绝缘起见,使用时常将热电偶套在较细的硬质玻璃管中,管内再注入少量硅油以改善导热性能。
2.绘制步冷曲线
(1)装置如图所示。数字式
电位差计的工作原理和使用方法可参阅技术第二章第Ⅲ五节和仪器六。
(2)样品配制
用感量0.1g的台称纯Pb制含铅100%、80%、60%、38.1%、20%、0%的铅锡混合物各100g保温鸡舍,称量至0.1g。分别置于6个宽肩硬质玻璃样品管中,在样品上方各覆盖一层石墨粉。