一、實驗目的及要求
(1) 掌握用步冷曲線法測繪PbSn二組分金屬固液平衡相圖的原理和方法。
(2) 掌握熱分析法的測量技術及相圖加熱裝置的使用方法。
二、實驗原理
用來表示多相體係的溫度、壓力與體係中各組分的狀態、組成之間關係的平麵圖形稱為相圖。二組分固液相圖是描述體係溫度與二組分組成之間關係的圖形。由於固液相變體係屬凝聚體係,一般視為不受壓力影響,因此在繪製相圖時不考慮壓力因素。
若二組分體係的兩個組分在固相完全不溶,在液相可完全互溶,一般具有簡單低共熔點,其相圖具有比較簡單的形式。根據相律,對於具有簡單低共熔點的二組分體係,其相圖可分為三個區域,即液相區、固液共存區和固相區。繪製相圖時,根據不同組成樣品的相變溫度(即凝固點)繪製出這三個區域的交界線——液相線,即圖216(b)中的T1E和T2E,並找出低共熔點E所處的溫度和液相組成。
步冷曲線法又稱熱分析法,是繪製相圖的基本方法之一。它是將某種組成的樣品加熱至全部熔融,再均速冷卻,測定冷卻過程中樣品的溫度–時間關係,即步冷曲線。根據步冷曲線上的溫度轉折點獲得該組成的相變點溫度。
步冷曲線有三種形式,分別如圖216(a)中的a、b和c三條曲線。a曲線是純物質A的步冷曲線。在冷卻過程中,當體係溫度到達A物質凝固點時,開始析出固體,所釋放的熔化熱抵消了體係的散熱,使步冷曲線上出現一個平台,平台的溫度即為A物質的凝固點。純B步冷曲線e的形狀與此相似。
圖216步冷曲線
b曲線是由主要為A物質但含有少量B物質樣品的步冷曲線。由於含有B物質,使得凝固點下降,在低於純A凝固點的某一溫度開始析出固體A,但由於固體析出後使得B的濃度升高,凝固點進一步下降,所以曲線產生了一個轉折,直到當液態組成為低共熔點組成時,A、B共同析出,釋放較多熔化熱,使得曲線上又出現平台。如果液相中B組分含量比共熔點處B的含量高,則步冷曲線形狀與此相同,隻是先析出純B,如圖中曲線d。