實驗05金屬相圖pbsn體系

1、實驗?zāi)康?⑴用熱分析法測繪Pb-Sn二元金屬相圖，并掌握應(yīng)用步冷曲線數(shù)據(jù)繪制二元體系相圖的基本方法； ⑵了解步冷曲線及相圖中各曲線所代表的物理意義； ⑶學(xué)習(xí)并掌握熱電偶的使用及校正和自動平衡記錄儀的使用方法。,,,實驗原理,相是指體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的一部分。 相平衡是指多相體系中組分在各相中的量不隨時間而改變。 研究多相體系的狀態(tài)如何隨組成、溫度、壓力等變量的改變而

2、發(fā)生變化，并用圖形來表示體系狀態(tài)的變化，這種圖就叫相圖。,,,,本實驗采用熱分析法繪制相圖，其基本原理：先將體系加熱至熔融成一均勻液相，然后讓體系緩慢冷卻，①體系內(nèi)不發(fā)生相變，則溫度--時間曲線均勻改變；②體系內(nèi)發(fā)生相變，則溫度--時間曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點或水平段。根據(jù)各樣品的溫度--時間曲線上的轉(zhuǎn)折點或水平段，就可繪制相圖。,,,,溫度--時間曲線，即步冷曲線,,,,轉(zhuǎn)折點：,表示溫度隨時間的變化率發(fā)生了變化。,,,,水平段：,表示在水

3、平段內(nèi)，溫度 不隨時間而變化。,,,,熱分析法繪制相圖,,,,,,,溫度,溫度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,①,②,③,④,⑤,a,b,A,B,b/,a/,c/,A,B,L,L+A(s),L+B(s),A(s)+B(s),O,時間,,(a)步冷曲線,(b)二元組分凝聚系統(tǒng)相圖,0(A) B% 100(B),,,,分析1：,純物質(zhì)的步冷曲線如①、⑤所示，如①從高溫冷卻，開始降溫很快，

4、ab線的斜率決定于體系的散熱程度，冷到Ａ的熔點時，固體Ａ開始析出，體系出現(xiàn)兩相平衡（液相和固相Ａ），此時溫度維持不變，步冷曲線出現(xiàn)水平段，直到其中液相全部消失，溫度才下降。,,,,混合物步冷曲線如②、④所示，如②起始溫度下降很快(如a/b/段)，冷卻到b/點時，開始有固體Ａ析出，這時體系呈兩相，因為液相的成分不斷改變，所以其平衡溫度也不斷改變。由于凝固熱的不斷放出，其溫度下降較慢，曲線的斜率較小(b/c/段)。到了低共熔點c/后，體系出

5、現(xiàn)三相平衡L=A(s)+B(s)，溫度不再改變，步冷曲線又出現(xiàn)水平段，直到液相完全凝固后，溫度又開始下降。,,,,曲線③表示其組成恰為最低共熔混合物的步冷曲線，其形狀與純物質(zhì)相似，但它的水平段是三相平衡。 即 L=A(s)+B(s),,,,分析2：,相圖由一個單相區(qū)和三個兩相區(qū)組成：即 ①溶液相區(qū)； ②純A(s)和溶液共存的兩相區(qū)； ③純B(s)和溶液共存的兩相區(qū)； ④純A(s)和純B

6、(s)共存的兩相區(qū)； 水平線段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相線；水平線段以下表示純A(s)和純B(s)共存的兩相區(qū)；O為低共熔點。,,,,藥品儀器,1. EA/J2P00雙筆自動平衡記錄儀；2. 電爐；3. 鎳鉻—鎳硅熱電偶；4. 大、小坩堝；5. 保溫瓶；6. 坩堝鉗；7. 冰塊、石墨；8. 錫粒（AR），鉛粒（AR）；9. 等等。,,,實驗步驟,,,,準(zhǔn)備樣品(按比例),取冰制熱電偶零點,小坩鍋

7、樣品埋入大坩鍋沙中,加石墨覆蓋保溫并加熱,啟動自動平衡記錄儀有關(guān)開關(guān),觀察升溫情況及時停止加熱,溫度到高最點攪拌,觀察降溫情況及時停止實驗,取出樣品、放入新樣品測試,實驗結(jié)束記錄數(shù)據(jù)恢復(fù)原狀,,,準(zhǔn)備樣品:,按以下比例配制,,,,零點制備：,取出冰塊，敲碎，放到500ml水中攪拌至冰不再溶解，倒入保溫瓶中至3/4高，再放入少許冰塊，以保證保溫瓶中的水溫度為0℃ 。,,,,樣品埋入方法：,小坩鍋放入被測樣品，大坩鍋裝滿沙，用旋轉(zhuǎn)的辦法把小

8、坩鍋埋入到大坩鍋的沙中，埋入的深度應(yīng)保證沙比樣品高，或至少一樣高。,,樣品加熱及保溫：,在樣品表面覆蓋少許石墨，插好熱電偶，圍好保溫磚，插上電爐插頭，開始加熱。,,何時停止加熱？,純Pb、純Sn、含錫61.9%（低共熔物）三個樣品，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，則停止加熱。 含錫20%、含錫30%、含錫80%三個樣品，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，再升高50 ℃后，則停止加熱。,,何時停止實驗？,純Pb、純Sn、含錫61.9%三個樣品，在作完水平線段后又

9、繼續(xù)降溫，表明樣品已完全凝固，即可停止測量。 含錫20%、含錫30%、含錫80%三個樣品，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點，并在作完水平線段后又繼續(xù)降溫，表明樣品已完全凝固，即可停止測量。,,實驗數(shù)據(jù)記錄,實驗日期： ；室溫： ℃；氣壓： KPa,,,數(shù)據(jù)處理,1.溫度換算（℃ Ｋ）；2.作出Pb-Sn相圖； 3.與文獻值比較。,,,,,,,,,,,,,,T/K,,,,,,,,L(單相區(qū)),0(Pb

10、) 61.9% 100%(Sn),600K,505K,454K,,,,L+Pb(s),L+Sn(s),Pb(s)+Sn(s),,Pb—Sn 金屬相圖,,文獻值：,,,,Pb-Sn體系的熔點對照表:,最低共熔混合物組成: 含Sn63%,,,,,,,,,,T/K,,,,,,,,L(單相區(qū)),0(Pb) 61.9% 100%(Sn),

11、600K,505K,454K,,,,L+Pb(s),L+Sn(s),Pb(s)+Sn(s),,真實的Pb—Sn 金屬相圖,,α,β,,兩種金屬的任何一種都能微溶于另一種金屬中，是一個部分互溶的低共熔體系，它用一般的熱分析法只能得到一個相當(dāng)于簡單的二元低共熔點相圖（如本實驗Pb-Sn體系），測不出來固態(tài)晶形轉(zhuǎn)變點。,,,,實驗結(jié)果與討論,⑴結(jié)果：實測值為T鉛= T錫= T低

12、共熔=⑵計算實驗偏差：⑶分析產(chǎn)生偏差的原因：⑷有何建議與想法？,,,注意事項：,1.Pb-Sn混合物的液相必須均勻互溶(達最高溫度時，攪拌樣品)；2.樣品的降溫速率必須緩慢；3.操作過程中，要防止樣品被氧化及混入雜質(zhì)；4.熱電偶要插到玻璃套的底部，以及熱電偶兩極不能相碰。,,,思考題,1.是否可用加熱曲線作相圖，為什么？ 2.為什么要用步冷曲線作相圖？ 3.為什么坩鍋中的樣品要加蓋石墨，并嚴(yán)防混入雜質(zhì)？ 4.實驗