----------------------------------------------------固體熔解特性研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私夤腆w材料熔解特性與材料的性質(zhì)、組分等的關(guān)系。學(xué)會(huì)利用溫度——時(shí)間冷卻曲線分析和判斷材料的類型。測(cè)量晶體材料的熔點(diǎn)。【實(shí)驗(yàn)儀器】HT-778數(shù)字熔點(diǎn)儀，鉑電阻溫度計(jì)。【基本原理】通常，在不同的溫度和壓力等狀態(tài)下，物質(zhì)呈現(xiàn)不同的聚集狀態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，液態(tài)和固態(tài)統(tǒng)稱為凝聚態(tài)。固體又分為晶體與非晶體兩大類，若按結(jié)合力的性質(zhì)，粉晶體可以分為四類：離子晶體（如氯化鈉、硫化鋅）、原子晶體或非極化晶體（如金剛石、硅）、金屬（如銅、銀）以及分子晶體（如低溫下的固態(tài)氧、固態(tài)氬）。非晶體則常見(jiàn)于有機(jī)化合物、聚合物和玻璃等，特殊條件制備的合金也可能呈現(xiàn)非晶態(tài)。當(dāng)固體材料受熱升溫向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，其熔解特性和材料的性質(zhì)、組份等有著密切的關(guān)系。由于在大多數(shù)情況下材料均勻加熱，常用固相→液相的熔解過(guò)程與均勻冷卻的液相特性（步冷曲線）來(lái)分析和判斷單質(zhì)材料或二組份材料以至多組份材料的熔解特性。茲分述如下：1、晶體材料的熔解特性表征晶體材料的熔解特性的步冷曲線如圖1所示。圖1中曲線SKIPIF1<0曲線表示液態(tài)材料的冷卻過(guò)程，SKIPIF1<0表示液態(tài)→固態(tài)轉(zhuǎn)變的結(jié)晶過(guò)程，由于結(jié)晶時(shí)要放出熱量，故樣品溫度保持不變，此時(shí)的溫度SKIPIF1<0即是“熔點(diǎn)”。當(dāng)結(jié)晶完成后，已轉(zhuǎn)變成晶體的該種材料，沿著圖中曲線SKIPIF1<0繼續(xù)降溫。（特殊情形下也可能出現(xiàn)多組SKIPIF1<0線段和SKIPIF1<0線段，例如純鐵在冷卻過(guò)程中就出現(xiàn)多次相變）圖1晶體的步冷曲線2、非晶體材料的熔解特性。非晶體材料沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在熔解過(guò)程中，隨著溫度的升高，它首先變軟，然后逐漸由稠變稀，直至熔化為液態(tài)。3、二組份體系的熔解特性二組份的合金體系、水一鹽體系或化合物體系的熔解特性與這些體系在熔解過(guò)程（冷卻過(guò)程）中相的變化有著密切關(guān)系，圖2給出了這種二組份體系最常見(jiàn)的表征熔解特性的步冷曲線。其中曲線SKIPIF1<0表示液態(tài)溶液的冷卻線，冷卻到達(dá)SKIPIF1<0點(diǎn)后開始有固相結(jié)晶物析出，曲線SKIPIF1<0表示這一冷卻過(guò)程，到達(dá)SKIPIF1<0點(diǎn)時(shí)熔液組份已達(dá)最低共熔點(diǎn)，根據(jù)吉布斯相律，在熔液完全固化前溫度將保持不變，故出現(xiàn)水平直線段，線段SKIPIF1<0與縱坐標(biāo)的截距即為該體系的最低共熔點(diǎn)，曲線SKIPIF1<0為固相降溫過(guò)程。圖2所示的曲線也可能出現(xiàn)下列兩種情形：（1）有多組曲線SKIPIF1<0和曲線SKIPIF1<0，這種情形最常見(jiàn)于鐵碳合金（生鐵或鋼），這是因?yàn)殍F、碳兩種元素作用后形成一種化合物SKIPIF1<0，SKIPIF1<0——SKIPIF1<0熔解特性提供了冶金學(xué)的必備相圖。（2）如圖3所示，不出現(xiàn)曲線SKIPIF1<0，這種情形往往出現(xiàn)于兩個(gè)純組份不僅在液相中互熔，而且在固相中亦能完全互熔的體系。圖3中的SKIPIF1<0線表示液態(tài)，曲線SKIPIF1<0表示固態(tài)，SKIPIF1<0線表示由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變，SKIPIF1<0稱為冷點(diǎn)，SKIPIF1<0點(diǎn)稱為熔點(diǎn)。三組份以上的體系超出了本儀器的基本原理描述范圍，不再贅述。圖2二組分體的步冷曲線圖3固相完全互熔體系的步冷曲線綜上所述，要正確地認(rèn)識(shí)和檢測(cè)材料的熔解特性，應(yīng)能方便安全地提供給不同樣品迅速加熱，并在材料完全熔解能使樣品均勻降溫的條件，同時(shí)不同時(shí)刻的樣品進(jìn)行正確的溫度測(cè)量。本儀器正是按此意圖進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)的?！緦?shí)驗(yàn)裝置】圖4給出了LB-SMP型數(shù)字熔點(diǎn)儀的測(cè)量原理圖。圖4測(cè)量原理圖熔化爐由六只圓柱形加熱爐六點(diǎn)裝有不同樣品的透明樣品室以及安全控制電路組成，一只經(jīng)過(guò)嚴(yán)格標(biāo)定的鉑電阻（SKIPIF1<0-100）置入真空樣品室插孔內(nèi)用以測(cè)量樣品的溫度。為了保證測(cè)量鉑電阻的準(zhǔn)確度，故將鉑電阻與1支100Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻接于恒流源，用同一數(shù)字毫伏表分別測(cè)量鉑電阻SKIPIF1<0的電壓降SKIPIF1<0與標(biāo)準(zhǔn)電阻SKIPIF1<0的電壓降SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0(1)由于本儀器配置了0.01級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，故鉑電阻的測(cè)量精度也可達(dá)同一量級(jí)（每一支鉑電阻的電阻——溫度分度表隨產(chǎn)品專門配發(fā)）。圖5為熔化爐的示意圖，將隨機(jī)配送的1至6號(hào)真空樣品室分別置放于熔化爐置放孔內(nèi)，在爐頂部可以觀察到樣品的局部，真空樣品室頂部配置了一支鉑電阻溫度計(jì)，當(dāng)加熱其中一支爐子時(shí)，鉑電阻溫度計(jì)必須插入該熔化爐樣品室的計(jì)插孔內(nèi)，這時(shí)才能正確檢測(cè)出該熔化爐樣品室的溫度，即測(cè)量樣品的溫度。使用真空熔化爐可以有效地防止污染氣體泄出方便教學(xué)實(shí)驗(yàn)，但真空樣品爐法測(cè)熔解曲線與相律關(guān)于自由度的要求并不嚴(yán)格符合，考慮到一個(gè)大氣壓內(nèi)，壓力對(duì)熔點(diǎn)的影響很小，故一般可忽略不計(jì)。熔化爐的加熱功率由面板上的調(diào)節(jié)旋鈕控制（見(jiàn)圖5），熔化爐的溫度由數(shù)字電壓表所測(cè)鉑電阻毫伏數(shù)指示，當(dāng)數(shù)字電壓表所測(cè)鉑電阻毫伏數(shù)SKIPIF1<0時(shí)，關(guān)閉加熱電源，此時(shí)只要打開計(jì)時(shí)單元，即可記錄鉑電阻電壓降的時(shí)間響應(yīng)特性，并通過(guò)方程（1）的換算查得鉑電阻阻值的時(shí)間特性，再通過(guò)所附的鉑電阻——溫度分度表最終獲得樣品溫度——時(shí)間特性曲線，此即步冷曲線。為方便實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，計(jì)時(shí)單元上設(shè)有報(bào)時(shí)時(shí)間間隔電路，（時(shí)間間隔20S）。圖5熔化爐示意圖【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】?jī)x器的使用與操作請(qǐng)參見(jiàn)數(shù)字熔點(diǎn)儀說(shuō)明書測(cè)量晶體材料的步冷曲線，獲得晶體材料的熔點(diǎn)，檢測(cè)材料的熔解特性。測(cè)量非晶體材料的步冷曲線，檢測(cè)材料的熔解特性。測(cè)量二組分體系的步冷曲線，檢測(cè)材料的熔解特性?！緮?shù)據(jù)處理】1．求出對(duì)應(yīng)時(shí)間的鉑電阻電阻值。2．查出對(duì)應(yīng)電阻值的溫度值T。3．畫出溫度（T）—時(shí)間（t）響應(yīng)曲線，按實(shí)驗(yàn)要求分析結(jié)果。【注意事項(xiàng)】1．鉑電阻一定要輕輕插入待加熱的玻璃樣品爐中。2．真空樣品室易碎，需小心操作。3．兩針接口電纜線一定要連接好，否則不能自動(dòng)控制溫度。4．不要使?fàn)t溫超過(guò)400℃。加熱時(shí)由小到大逐步調(diào)節(jié)溫控旋鈕（由左至右）讓樣品室逐步升高，不可升溫太猛損壞真空樣品室。5．當(dāng)熔化爐開始加熱時(shí)，會(huì)預(yù)熱一定時(shí)間（常溫下約一分鐘左右），對(duì)應(yīng)爐號(hào)的指示燈會(huì)閃爍直至點(diǎn)亮；當(dāng)自動(dòng)控溫電路關(guān)閉熔化爐后，鉑電阻電壓的顯示會(huì)繼續(xù)有一定的升高，待電壓表顯示讀數(shù)穩(wěn)定下降時(shí)記錄數(shù)據(jù)。6．一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束后，需關(guān)閉控制箱開關(guān)約3分鐘，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)。附錄一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理（以錫100為例）：恒流I=0.22mA標(biāo)準(zhǔn)電阻SKIPIF1<0=100SKIPIF1<0的電壓降SKIPIF1<0鉑電阻壓降SKIPIF1<0SKIPIF1<0鉑電阻壓降SKIPIF1<0（mV）鉑電阻阻值SKIPIF1<0溫度（SKIPIF1<0）053.8245.663962053.0242.013854052.3238.813766051.5235.163668050.7231.5135510050.0228.3134612049.4225.5733814048.8222.8333116048.2220.0932518047.5216.9031420047.0214.6130722046.4211.8730024045.9209.5929326045.4207.3128728044.8204.5727930044.3202.2827332043.8200.0026634043.4198.1726136042.9195.8925538042.5194.0625040042.1192.2424542041.7190.4124044041.3188.5823546041.3188.5823548041.3188.5823550041.3188.5823552041.3188.5823554041.3188.5823556041.3188.5823558041.3188.5823560041.3188.5823562041.2188.1323464041.1187.6723266040.9186.7623068040.7185.8422770040.5184.9322572040.3184.0222274040.0182.6521976039.6180.8221478039.2179.0020980038.9177.6320582038.6176.2620184038.2174.4319686037.8172.6019188037.5171.2318790037.1169.4118392036.8168.0417994036.5166.6717596036.1164.8417098035.8163.47167100035.5162.10163102035.2160.73159104034.9159.36155106034.7158.45153108034.4157.08149110034.2156.16147112033.9154.79143114033.7153.88141116033.5152.97138118033.3152.05136120033.0150.68132122032.8149.77130124032.7149.32129126032.3147.49124128032.1146.58121130032.0146.12120132031.8145.21118134031.6144.29115136031.5143.84114138031.3142.92112140031.1142.01109142031