3.差热分析法测定Pb-Sn的金属相图

差热分析法测定Pb-Sn的金属相图

一、实验目的和要求

1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图，并掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系相图的基本方法；

2.了解步冷曲线及相图中各曲线所代表的物理意义；

二、实验原理

相是指体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分。相平衡是指多相体系中组分在各相中的量不随时间而改变。研究多相体系的状态如何随组成、温度、压力等变量的改变而发生变化，并用图形来表示体系状态的变化，这种图就叫相图。

将某一物质进行加热或冷却，在这样的过程中，若有物相变化发生，如发生熔化、凝固、晶型转变、分解、脱水等相变时，总伴随着有吸热或放热的现象。两种混合物若发生固相反应，也有热效应产生。因此，在体系的温度——时间曲线上就会发生顿、折，但在许多情况下（例如在试样的来源有限，量很少），体系中发生的热效应相当小，不足以引起体系温度有明显的突变，从而温度——时间曲线的顿、折并不显著，甚至根本显不出来。在这种情况下，常将有物相变化的物质和一个基准物质（或参比物，即在实验温度变化的整个过程中不发生相变、没有任何热效应产生，如Al2O3、MgO等）在相同的条件下进行加热或冷却时，一旦样品发生相变，则在样品和基准物之间产生温度差。测定这种温度差，用于分析物质变化的规律，称为差热分析。。

本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理：先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，①体系内不发生相变，则温度--时间曲线均匀改变；

②体系内发生相变，则温度--时间曲线上会出现转折点或水平段。根据各样品的温度--时间曲线上的转折点或水平段，就可绘制相图。

纯物质的步冷曲线如①、⑤所示，如①从高温冷却，开始降温很快，ab线的斜率决定于体系的散热程度，冷到Ａ的熔点时，固体Ａ开始析出，体系出现两相平衡（液相和固相Ａ），此时温度维持不变，步冷曲线出现水平段，直到其中液相全部消失，温度才下降。

相图由一个单相区和三个两相区组成：即①溶液相区；

②纯A(s)和溶液共存的两相区；

③纯B(s)和溶液共存的两相区；

④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；

水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；o为低共熔点。

影响差热分析结果的因素很多，主要有：

（1）升温速率的选择：升温速率对测定结果影响极大。一般说来速率低时，基线漂移小，可以分辨靠的近的差热峰，因而分辨力高，但测定时间长。速率高时，基线漂移较显著，分辨力下降，测定时间较省，一般选择每分钟2~200C

（2）气氛及压力的选择：许多测定受炉中气氛及压力的影响很大。例如NH4ClO4在N2气氛及真空时测得的差热曲线差别很大，而氮气压力不同也有影响。有些物质在空气中易被氧化，所以选择适当的气氛及压力也

是使测定得到好的结果的一个方面。

（3）参比物的选择：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定温度范围内，保持热稳定，一般用α―Al2O3 、MgO、（煅烧过的）SiO2及金属镍等。

选择时应尽量采用与待测物比热、导热系数及颗粒度相一致的物质，以提

高正确性。

（4）样品处理：样品粒度大约200 目左右，颗粒小可以改善导热条件，但太细可能破坏晶格或分解。样品用量与热效应大小及峰间距有关，一般为几

毫克。样品可用参比物稀释，稀释剂的种类及稀释比也影响测定结果，同

时样品装填状态（稀密）对某些测定有很大的关系。

（5）走纸速度：走纸速度大则峰的面积大、面积误差可能小些，但峰的形状平坦且浪费纸张；走纸速度太小，对原来峰面积小的差热峰不易看清楚。因

此要根据不同样品选择适当的走纸速度，如本实验选择20cm·h-1。-1。

三、实验仪器和试剂

1.仪器：差热分析仪JCF—A型一台。

镊子2把

2.试剂：α—氧化铝（A，R）铅（A，R）锡（A，R）

装好的样品管（Sn%：20%、40%、61.9%、80%）4个。

四、实验操作

1、配置样品：称取适量的经研磨好的铅和锡固体，分别配置Sn%：20%、40%、61.9%、80%的4个样品，并装入试剂瓶。

2、称样

根据分析试样的要求，称取5mg的试样和相同重量的参比物（α——Al2O3），分别装入试样池和参比池中，装定后稍加振动，使之均匀紧密堆积。

3、把试样池和参比池分别放入相应的样品坐孔内。放样品的孔确定如下：开启记录开关，把ΔT灵敏度指向最灵敏的位置，温差检流计的分流计指向“x1”的位置。然后把手指放在样品池的其中一个孔内。人手的热使温差检流计发生偏转，如偏向左边表示放热，则是放样品池的孔，如偏向右边，则是放参比物的孔。位置确定后，不在改变。

4、把测温检流计的分流器转到“x0.01”位置，温差检流计转到“x1”位置。然后选择实验所需要的温度量程，把T转换到1或2，并选好适当的ΔT灵敏度（一般是6）。

5、记录室温。并按以上方法确定测温检流计在本实验的室温起点根据被测试样

热效应的大小选择温差检流计的零点（不要固定在某一位置）。

6、把E1和E2转到相应的升温速度值（注意E2只能顺时针转动，不能逆时针转动），如每次升温速度不变，E1 不必再动。而E2则因在实验过程中位置不断地自动变动，每次实验开始都要顺时针方向旋至原来的起点位置。

7、以样品坐为中心，小心放入差热炉，使样品坐刚好在炉体的中心。注意炉子不要放在升降支承上，而应放在和样品坐连在一起的小圆板上，使炉子上下都密封。

8、以上准备就绪后，开启升温按钮进行测试。

9、记录。记录时一般先记测温检流计格数，然后记下温差检流计相应的格数，每组物质因该在高出物质箱变温度大约五十度左右后即可停止加热。即可接冷水循环装置，别调节仪器其他参数不变，只是将升温程序改为降温程序，实施降温，并记录实验数据。纯Pb、纯Sn、含锡61.9%三个样品，在出现一个转折点后，并与参比物不再出现温差时，表明样品已完全凝固，即可停止测量。含锡20%、含锡40%、含锡80%三个样品，出现了两个转折点后，并与参比物不再出现温差时，表明样品已完全凝固，即可停止测量

10、实验完后，关闭仪器和记录按钮。

五、数据处理

1、实验日期：；室温：℃；气压：KPa

2、样品配置称量：

3、计算Pb-Sn 的热效应

（1）原理：样品的热效应

⎰∆

=

∆d

b

Td

M

C

Hτ

式中：M为样品质量，ΔT表示在差热峰中τ时刻样品与参比物的温度差，b为