實(shí)驗(yàn)三、差熱分析

1、1、兩個(gè)實(shí)驗(yàn)要一起預(yù)習(xí)，沒有交預(yù)習(xí)報(bào)告，不能做實(shí)驗(yàn)，另安排時(shí)間補(bǔ)做。2、每輪實(shí)驗(yàn)將安排一小試，內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟，其成績作為預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)的一個(gè)主要部分。小試可能安排在每次循環(huán)的第一周或第二周，由各位老師和TA自行決定。3、三次小試不及格，總成績降一級；四次小試不及格，總成績降二級。4、單個(gè)實(shí)驗(yàn)不及格，需重做該實(shí)驗(yàn)，重做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間安排在下個(gè)學(xué)期（等重做實(shí)驗(yàn)后，若合格，才給這門課的成績）；若實(shí)驗(yàn)總成績不及格，需重修這門課。5、若遲到，本次實(shí)驗(yàn)成績扣10分，遲到超過10分鐘就不能做實(shí)驗(yàn)，另安排時(shí)間補(bǔ)做。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)（補(bǔ)充）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)（補(bǔ)充）實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖一

2、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握金屬相圖的繪制原理和相圖分析 掌握HCR-1型微機(jī)差熱儀以及熱分析系統(tǒng)的使用，了解其原理和應(yīng)用 鞏固、復(fù)習(xí)與相圖和相律有關(guān)的知識什么是相圖 相圖是多相（二相或二相以上）體系處于相平衡狀態(tài)時(shí)體系的某些物理性質(zhì)（如溫度或壓力）對體系的某一變量（如組成）作圖所得的圖形，因圖中能反映出相圖平衡情況（相的數(shù)目及性質(zhì)等），故稱為相圖 由于壓力對僅由液相和固相構(gòu)成的凝聚體系的相平衡影響很小，所以二元凝聚體系的相圖通常不考慮壓力的影響，而常以組成為自變量，其物理性質(zhì)則取溫度實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖二、實(shí)驗(yàn)原理熱分析法是繪制相圖常用的基本方法降溫法：步冷曲線法其原理是將體系加熱融熔成一

3、均勻液相，然后讓體系緩慢冷卻，用體系的溫度（由熱電偶測定）隨時(shí)間的變化情況來判斷體系是否發(fā)生了相變化優(yōu)點(diǎn)：可較好地控制熱平衡（可以在相平衡條件下測量相變點(diǎn)）缺點(diǎn)：樣品量多(100 g)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，樣品的揮發(fā)、氧化導(dǎo)致組成變化步冷曲線法繪制部分互溶凝聚體系步冷曲線法繪制部分互溶凝聚體系(BiSn合金合金 )相圖相圖實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖升溫法：差熱分析法（本實(shí)驗(yàn)所采用的方法）通過差熱分析儀上的溫差熱電偶測定樣品（Pb-Sn）在升溫過程中由伴隨相變所產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起的與參考物（-Al2O3）間的溫度差來確定樣品的相變溫度優(yōu)點(diǎn)：樣品量少(100mg)，可控制升溫終點(diǎn)，省時(shí)缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)過程

4、，不在熱平衡下條件完成(對實(shí)驗(yàn)有何影響?）實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖1#2#3#4#5#熱電偶測溫基本原理 兩種不同成份的導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端接合點(diǎn)的溫度不同（存在溫度梯度）時(shí),回路中就會有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck電動(dòng)勢熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（熱電效應(yīng)）。利用熱電效應(yīng)制成的感溫元件就是熱電偶，利用熱電偶作為感溫元件組成的溫度計(jì)就是熱電偶溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖工作端熱端 自由端冷端(0 C)VnetVnet = Vhot Vcold = F(T)VhotVcold熱電偶溫度計(jì)有兩種工作方式1、測溫?zé)犭娕迹–aCO3熱分解實(shí)驗(yàn)）：溫度較高

5、的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下（如0 C，室溫） 實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖 樣品 參比 VnetVSVRVnet = VS VR = F( T)2、溫差熱電偶（差熱法繪制Pb-Sn相圖）：冷端溫度不固定，在本實(shí)驗(yàn)中兩端都置于升溫爐中實(shí)驗(yàn)三、六差熱分析法繪制金屬相圖實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖三、操作步驟1 開啟微機(jī)差熱儀系統(tǒng)電源，打開熱分析系統(tǒng)軟件開啟微機(jī)差熱儀系統(tǒng)電源，打開熱分析系統(tǒng)軟件2 接通冷卻水，將裝有接通冷卻水，將裝有3#樣品和參比物氧化鋁坩堝放入相應(yīng)的熱偶板樣品和參比物氧化鋁坩堝放入相應(yīng)的熱偶板上。將升溫速度設(shè)置為上。將升溫速

6、度設(shè)置為10 C/min，并將爐溫升至，并將爐溫升至170 C后的升溫速后的升溫速度置于度置于5 C/min（注意：由于差熱儀設(shè)有終態(tài)溫度保護(hù)，因此設(shè)定（注意：由于差熱儀設(shè)有終態(tài)溫度保護(hù)，因此設(shè)定的終值溫度應(yīng)高于第二熔化溫度的終值溫度應(yīng)高于第二熔化溫度30 C以上）以上）3 記錄數(shù)據(jù)，待熔化峰（除記錄數(shù)據(jù)，待熔化峰（除3#樣品外，樣品外，其余樣品均有二個(gè)熔化溫度其余樣品均有二個(gè)熔化溫度）出現(xiàn)后，可停止加熱出現(xiàn)后，可停止加熱依次測定依次測定4#，5#，2#，1#樣品的熔化峰，找出并記錄熔點(diǎn)溫度樣品的熔化峰，找出并記錄熔點(diǎn)溫度參考終溫值參考終溫值: 3# 230 C; 4# 260 C; 5# 2

7、90 C; 2# 320 C; 1# 350 C5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，復(fù)原儀器實(shí)驗(yàn)結(jié)束，復(fù)原儀器實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖四 、注意事項(xiàng)第一樣品開始加熱時(shí)，升溫速度為第一樣品開始加熱時(shí)，升溫速度為10 C /min，當(dāng)溫度高于，當(dāng)溫度高于170 C時(shí)，升溫速度為時(shí)，升溫速度為5 C /min第二樣品起始溫度第二樣品起始溫度低于低于100 C小心放置被測物坩堝小心放置被測物坩堝（右邊托盤）（右邊托盤）與參比物坩堝與參比物坩堝（左邊托盤，放左邊托盤，放好后不要再取下），被測物與參比坩鍋不要相碰，不要隨意調(diào)整好后不要再取下），被測物與參比坩鍋不要相碰，不要隨意調(diào)整托盤的位置！托盤的位置！通電加熱電爐

8、前打開冷卻水源通電加熱電爐前打開冷卻水源樣品須研磨成與參比物粒度相符，且裝填在坩堝中的緊密程度應(yīng)樣品須研磨成與參比物粒度相符，且裝填在坩堝中的緊密程度應(yīng)盡可能相同。參比物、樣品量適中，放置位置正確盡可能相同。參比物、樣品量適中，放置位置正確升降爐子升降爐子注意維護(hù)設(shè)備安全，升起時(shí)往左手邊轉(zhuǎn)動(dòng)，輕抬輕放注意維護(hù)設(shè)備安全，升起時(shí)往左手邊轉(zhuǎn)動(dòng)，輕抬輕放1. 實(shí)驗(yàn)次序：實(shí)驗(yàn)次序： 3#; 4#; 5#; 2#; 1#，勿顛到，以免降溫時(shí)間過長，勿顛到，以免降溫時(shí)間過長實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖五 、數(shù)據(jù)處理根據(jù)熱分析系統(tǒng)軟件記錄的熔化峰曲線，確定各組分根據(jù)熱分析系統(tǒng)軟件記錄的熔化峰曲線，確定各

9、組分Pb-Sn合金體系的熔點(diǎn)溫度。最低共熔點(diǎn)溫度以起峰點(diǎn)溫度為準(zhǔn)，合金體系的熔點(diǎn)溫度。最低共熔點(diǎn)溫度以起峰點(diǎn)溫度為準(zhǔn)，而另一個(gè)相平衡點(diǎn)以峰尖溫度為準(zhǔn)。從曲線上讀取溫度值而另一個(gè)相平衡點(diǎn)以峰尖溫度為準(zhǔn)。從曲線上讀取溫度值記入表中。利用表中的數(shù)據(jù)，記入表中。利用表中的數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)三之補(bǔ)充數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)驗(yàn)三之補(bǔ)充數(shù)據(jù)，以，以熔點(diǎn)為縱坐標(biāo)，組分為橫坐標(biāo)，熔點(diǎn)為縱坐標(biāo)，組分為橫坐標(biāo)，繪制該合金體系的相圖繪制該合金體系的相圖（坐標(biāo)紙手繪）（坐標(biāo)紙手繪）由由Pb-Sn部分互溶合金體系相圖可知，該體系的最低共熔點(diǎn)部分互溶合金體系相圖可知，該體系的最低共熔點(diǎn)為為182184 C 實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖

10、六、思考題測溫?zé)犭娕寂c溫差熱電偶有何不同？測溫?zé)犭娕寂c溫差熱電偶有何不同？ 現(xiàn)有一熔點(diǎn)低于現(xiàn)有一熔點(diǎn)低于100 C的合金，若要準(zhǔn)確測量其熔的合金，若要準(zhǔn)確測量其熔點(diǎn)，請根據(jù)你的實(shí)驗(yàn)體會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件。點(diǎn)，請根據(jù)你的實(shí)驗(yàn)體會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件。本實(shí)驗(yàn)方法與冷卻曲線法比較，各自有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？本實(shí)驗(yàn)方法與冷卻曲線法比較，各自有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？4. 如何用差熱儀進(jìn)行定性的熱效應(yīng)測定？如何用差熱儀進(jìn)行定性的熱效應(yīng)測定？實(shí)驗(yàn)三、六 差熱分析法繪制金屬相圖相圖的繪制方法實(shí)驗(yàn)三、六差熱分析法繪制金屬相圖二、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)在加熱或冷卻過程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)發(fā)生相變或化學(xué)物質(zhì)在加熱或冷卻過程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)發(fā)生相變或化學(xué)

11、變化，將伴隨著吸熱或放熱現(xiàn)象。當(dāng)一種對熱敏感的物質(zhì)和一變化，將伴隨著吸熱或放熱現(xiàn)象。當(dāng)一種對熱敏感的物質(zhì)和一種對熱高度穩(wěn)定的參考物質(zhì)（其在實(shí)驗(yàn)溫度變化的整個(gè)過程中種對熱高度穩(wěn)定的參考物質(zhì)（其在實(shí)驗(yàn)溫度變化的整個(gè)過程中不發(fā)生熱效應(yīng)，如不發(fā)生熱效應(yīng)，如 -Al2O3）同時(shí)在程序控溫條件下進(jìn)行加熱）同時(shí)在程序控溫條件下進(jìn)行加熱或冷卻時(shí)，一旦體系發(fā)生物理化學(xué)變化，則將產(chǎn)生熱效應(yīng)（高或冷卻時(shí)，一旦體系發(fā)生物理化學(xué)變化，則將產(chǎn)生熱效應(yīng)（高級相變除外），因此在被測物質(zhì)和參考物之間將產(chǎn)生溫度差。級相變除外），因此在被測物質(zhì)和參考物之間將產(chǎn)生溫度差。差熱分析法就是測定這種溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。差熱分析法就

12、是測定這種溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。二組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)（二組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)（A-B系統(tǒng)）系統(tǒng)） 的典型冷卻曲線的典型冷卻曲線 根據(jù)步冷曲線繪制相圖根據(jù)步冷曲線繪制相圖部分互溶凝聚體系部分互溶凝聚體系(BiSn合金合金 )相圖的繪制方法：步冷曲線法，差熱法缺點(diǎn)：樣品量多，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長用校正后的熱電偶測定樣品的步冷曲線（優(yōu)點(diǎn)：可較好地控制熱平衡）實(shí)驗(yàn)三、六差熱分析法繪制金屬相圖 實(shí)驗(yàn)時(shí)，將被測物質(zhì)和參考物同置于導(dǎo)熱良好的保持器實(shí)驗(yàn)時(shí)，將被測物質(zhì)和參考物同置于導(dǎo)熱良好的保持器中，放在一個(gè)可以程序升溫的電爐中，分別用熱電偶和溫差中，放在一個(gè)可以程序升溫的電爐中，分別用熱電偶和溫差電偶記錄保

13、持器溫度以及被測物質(zhì)與參考物間的溫差，隨著電偶記錄保持器溫度以及被測物質(zhì)與參考物間的溫差，隨著測定時(shí)間的變化可得一張溫差隨溫度變化的變化圖，即差熱測定時(shí)間的變化可得一張溫差隨溫度變化的變化圖，即差熱圖。當(dāng)被測物質(zhì)沒有發(fā)生變化時(shí)，溫差為圖。當(dāng)被測物質(zhì)沒有發(fā)生變化時(shí)，溫差為0，在差熱圖上顯，在差熱圖上顯示水平線段（此線稱為基線）；當(dāng)體系有吸放熱現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，示水平線段（此線稱為基線）；當(dāng)體系有吸放熱現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，此熱效應(yīng)就會使被測物質(zhì)的溫度與參考物不一致，這時(shí)差熱此熱效應(yīng)就會使被測物質(zhì)的溫度與參考物不一致，這時(shí)差熱圖的曲線上就會出現(xiàn)峰或谷（通常規(guī)定放熱峰為正，吸熱峰圖的曲線上就會出現(xiàn)峰或谷（通常規(guī)定放熱峰為正，吸熱峰為負(fù)）。直到變化過程結(jié)束，經(jīng)熱傳導(dǎo)被測物質(zhì)與參考物之為負(fù)）。直到變化過程結(jié)束，經(jīng)熱傳導(dǎo)被測物質(zhì)與參考物之間溫度又趨一致，又復(fù)現(xiàn)水平線段。間溫度又趨一致，又復(fù)現(xiàn)水平線段。實(shí)驗(yàn)三、八差熱分析法繪制金屬相圖 本實(shí)驗(yàn)通過測定數(shù)個(gè)已知組成的本實(shí)驗(yàn)通過測定數(shù)個(gè)已知組成的Pb-Sn合金試樣的熔點(diǎn)來繪合金試樣的熔點(diǎn)來繪制制Pb-Sn合金體系的相圖。具體差熱圖如下合金體系的相圖。具體差熱圖如下 實(shí)驗(yàn)三、八差熱分析法繪制金屬相圖 熱電偶的測溫原理是利用溫差電勢與兩個(gè)接觸點(diǎn)的函熱電偶的測溫原理是利用溫差電勢與兩個(gè)接觸點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系：數(shù)關(guān)系：E=f（T），如其中的一個(gè)