实验三、差热分析

1、两个实验要一起预习，没有交预习报告，不能做实验，另安排时间补做。2、每轮实验将安排一小试，内容为实验原理、实验步骤，其成绩作为预习分数的一个主要部分。小试可能安排在每次循环的周或周，由各位老师和TA自行决定。3、三次小试不及格，总成绩降一级；四次小试不及格，总成绩降二级。4、单个实验不及格，需重做该实验，重做实验的时间安排在下个学期（等重做实验后，若合格，才给这门课的成绩）；若实验总成绩不及格，需重修这门课。5、若迟到，本次实验成绩扣10分，迟到超过10分钟就不能做实验，另安排时间补做。物理化学实验的注意事项（补充）2021/5/91实验三、六差热分析法绘制金属相图一、实验目的 掌握金属相图的绘制原理和相图分析 掌握HCR-1型微机差热仪以及热分析系统的使用，了解其 原理和应用 巩固、复习与相图和相律有关的知识2021/5/92什么是相图

相图是多相（二相或二相以上）体系处于相平衡状态时体系的某些物理性质（如温度或压力）对体系的某一变量（如组成）作图所得的图形，因图中能反映出相图平衡情况（相的数目及性质等），故称为相图

由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成为自变量，其物理性质则取温度实验三、六差热分析法绘制金属相图二、实验原理2021/5/93热分析法是绘制相图常用的基本方法降温法：步冷曲线法其原理是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，用体系的温度（由热电偶测定）随时间的变化情况来判断体系是否发生了相变化优点：可较好地控制热平衡（可以在相平衡条件下测量相变点）缺点：样品量多(100g)，实验时间长，样品的挥发、氧化导致组成变化步冷曲线法绘制部分互溶凝聚体系(Bi－Sn合金)相图实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/94升温法：差热分析法（本实验所采用的方法）通过差热分析仪上的温差热电偶测定样品（Pb-Sn）在升温过程中由伴随相变所产生的热效应引起的与参考物（

-Al2O3）间的温度差来确定样品的相变温度优点：样品量少(100mg)，可控制升温终点，省时缺点：动态过程，不在热平衡下条件完成(对实验有何影响?）实验三、六差热分析法绘制金属相图

1#2#3#4#5#2021/5/95热电偶测温基本原理

两种不同成份的导体组成闭合回路,当两端接合点的温度不同（存在温度梯度）时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应（热电效应）。利用热电效应制成的感温元件就是热电偶，利用热电偶作为感温元件组成的温度计就是热电偶温度计。实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/96工作端热端

自由端冷端(0

C)VnetVnet=Vhot–Vcold=F(T)VhotVcold热电偶温度计有两种工作方式1、测温热电偶（CaCO3热分解实验）：温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下（如0

C，室温）实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/97

样品

参比VnetVSVRVnet=VS–VR=F(T)2、温差热电偶（差热法绘制Pb-Sn相图）：冷端温度不固定，在本实验中两端都置于升温炉中实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/98实验三、六差热分析法绘制金属相图三、操作步骤1开启微机差热仪系统电源，打开热分析系统软件2接通冷却水，将装有3#样品和参比物氧化铝坩埚放入相应的热偶板上。将升温速度设置为10

C/min，并将炉温升至170

C后的升温速度置于5

C/min（注意：由于差热仪设有终态温度保护，因此设定的终值温度应高于第二熔化温度30

C以上）3记录数据，待熔化峰（除3#样品外，其余样品均有二个熔化温度）出现后，可停止加热依次测定4#，5#，2#，1#样品的熔化峰，找出并记录熔点温度

参考终温值:3#230

C;4#260

C;5#290

C;2#320

C;1#350

C5实验结束，复原仪器2021/5/99实验三、六差热分析法绘制金属相图四、注意事项第一样品开始加热时，升温速度为10

C

/min，当温度高于170

C时，升温速度为5

C

/min第二样品起始温度低于100

C小心放置被测物坩埚（右边托盘）与参比物坩埚（左边托盘，放好后不要再取下），被测物与参比坩锅不要相碰，不要随意调整托盘的位置！通电加热电炉前打开冷却水源样品须研磨成与参比物粒度相符，且装填在坩埚中的紧密程度应尽可能相同。参比物、样品量适中，放置位置正确升降炉子注意维护设备安全，升起时往左手边转动，轻抬轻放实验次序：3#;4#;5#;2#;1#，勿颠到，以免降温时间过长2021/5/910实验三、六差热分析法绘制金属相图五、数据处理根据热分析系统软件记录的熔化峰曲线，确定各组分Pb-Sn合金体系的熔点温度。最低共熔点温度以起峰点温度为准，而另一个相平衡点以峰尖温度为准。从曲线上读取温度值记入表中。利用表中的数据，结合实验三之补充数据，以熔点为纵坐标，组分为横坐标，绘制该合金体系的相图（坐标纸手绘）由Pb-Sn部分互溶合金体系相图可知，该体系的最低共熔点为182—184

C

2021/5/911实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/912六、思考题测温热电偶与温差热电偶有何不同？

现有一熔点低于100

C的合金，若要准确测量其熔点，请根据你的实验体会设计实验条件。本实验方法与冷却曲线法比较，各自有哪些优缺点？4.如何用差热仪进行定性的热效应测定？实验三、六差热分析法绘制金属相图2021/5/913相图的绘制方法2021/5/9142021/5/915实验三、六差热分析法绘制金属相图二、实验原理物质在加热或冷却过程中，当达到某一温度时发生相变或化学变化，将伴随着吸热或放热现象。当一种对热敏感的物质和一种对热高度稳定的参考物质（其在实验温度变化的整个过程中不发生热效应，如

-Al2O3）同时在程序控温条件下进行加热或冷却时，一旦体系发生物理化学变化，则将产生热效应（高级相变除外），因此在被测物质和参考物之间将产生温度差。差热分析法就是测定这种温度差与温度关系的一种技术。2021/5/916二组分固态不互溶凝聚系统（A-B系统）的典型冷却曲线

2021/5/917根据步冷曲线绘制相图部分互溶凝聚体系(Bi－Sn合金

)相图的绘制方法：

步冷曲线法，差热法缺点：样品量多，实验时间长用校正后的热电偶测定样品的步冷曲线（优点：可较好地控制热平衡）2021/5/918实验三、六差热分析法绘制金属相图

实验时，将被测物质和参考物同置于导热良好的保持器中，放在一个可以程序升温的电炉中，分别用热电偶和温差电偶记录保持器温度以及被测物质与参考物间的温差，随着测定时间的变化可得一张温差随温度变化的变化图，即差热图。当被测物质没有发生变化时，温差为0，在差热图上显示水平线段（此线称为基线）；当体系有吸放热现象产生时，此热效应就会使被测物质的温度与参考物不一致，这时差热图的曲线上就会出现峰或谷（通常规定放热峰为正，吸热峰为负）。直到变化过程结束，经热传导被测物质与参考物之间温度又趋一致，又复现水平线段。2021/5/919实验三、八差热分析法绘制金属相图

本实验通过测定数个已知组成的Pb-Sn合金试样的熔点来绘制Pb-Sn合金体系的相图。具体差热图如下

2021/5/920实验三、八差热分析法绘制金属相图