简单二元系统相图的绘制

实验一 简单二元系统相图的绘制
一、目的与要求：
1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。

2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。

二、原理：
相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）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的情况（相对数目及性质等），故称为相图。

二元或多元体系的相图常以组成为自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自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。

图1-1是一种类型的二元简单低共熔物相图，图中A 、B 表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T ，横轴是组分B 的百分含量B%，在acb 线的上方，体系只有一个相（液相）存在，在ecf 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。

图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。

所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。

常用的方法就是热分析实验法。

热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度，将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。

在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。

因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。

从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有：
1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。

因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。

2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。

这一要求就不能实现。

3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须H P 5 G a b 冷却曲线 Bi(s L+Bi(s) L A B
t T T B% a b c e f 1 2 3 4 图1-2 图1-1
足够小，它与被测体系的热传导必须足够良好，测温元件必须深入到被测体系内部。

总之，在实验中必须准确地测出系统在冷却过程中的“温度—时间”曲线即步冷曲线。

本实验测定铅、锡二元金属体系的相图，用热电偶作测温元件，通过保温电炉来控制体系的冷却速度。

三、仪器和试剂
立式加热保温坩埚炉五只（盛放被测样品）。

试样：纯Pb；纯S n；30%S n70% Pb；61.9%S n38.1% Pb；
80%S n20% Pb。

温度控制仪一台
铜—康铜热电偶一只
铅（化学纯）
锡（化学纯）
四、操作步骤
1．取一样品（记住其组成），将其加热丝两端与温度控制仪输出端连接，接通电源后，加热样品至熔化后切断电源（此时热电偶可以旋转）。

2．用热电偶套管稍加搅动，作好准备，一人读数，一人作记录，要求每隔30秒钟读一次温度值，直至作出完整步冷曲线（约180℃时完全析晶）。

3．重复1、2方法，作2-3个样品，两个组合作出全部样品的步冷曲线。

五、数据处理
1．将实验所得数据在坐标纸上绘出步冷曲线；
2. 根据实验结果绘制Pb~ S n相图。

思考题：为什么样品在冷却过程中会出现温度回升现象？。