二元相图的分析和使用
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实验 二元合金相图的绘制与应用一、目的要求1、理解步冷曲线,学会用热分析方法测绘Sn-Bi 二元合金相图2、学会铂电阻的测温技术,尝试用金属相图测量装置测量温度的方法3、掌握微电脑控制器的使用方法4、理解产生过冷现象的原因及避免产生过冷现象的方法二、基本原理相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何,不同相的相对量是多少,以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。
对蒸气压较小的二组分凝聚体系,常以温度-组成图来描述。
热分析方法与步冷曲线热分析方法是绘制相图常用的基本方法之一。
将两种金属按一定比例配成并把它加热成均匀的液相体系,然后让它在一定的环境中自行冷却,并每隔一定的时间(例如0.5min 或1min )记录一次温度,以温度T 为纵坐标,以时间t 为横坐标,做出温度-时间(T-t )曲线,称为步冷曲线。
若体系均匀冷却时,冷却过程不发生相变化,则体系的温度随时间的变化是均匀的,则步冷曲线不出现转折或平台,而是一条直线,冷却速度快。
若冷却过程中发生了相变化,由于相变化过程中伴随有热效应,发生相变热,所以体系温度随时间的变化速度将发生改变,体系的冷却速度减缓,步冷曲线就出现转折或平台。
测定一系列组成不同的样品的步冷曲线,从曲线上找出各相对应体系发生相变的温度,就可以绘制出被测系统的相图。
这就是用热分析法绘制液固相图的概要.如图所示:Bi-Cd 合金冷却曲线曲线1、5是纯物质的步冷曲线。
当系统从高温冷却时,开始没有发生相变化,温度下降比较快,步冷曲线较陡;冷却到A 的熔点时,固体A 开始析出,系统出现两相平衡(固体A 和溶液平衡共存),根据相律,此时f= k-Ø+1=1-2+1=0,系统温度维持不变,步冷曲线出现bc 的水平线段;直到液相完全凝固后,温度又继续下T /℃t降。
曲线2、4是A与B组成的混合物的步冷曲线。
与纯物质的步冷曲线不同。
系统从高温冷却到温度b’时,开始有固体A不断析出,这时体系呈两相,溶液中含A的量随之减少,由于不断放出凝固热,所以温度下降速度变慢,曲线的斜率变小(b’c’段)。
二元相图的研究与应用随着科学技术的不断发展,物质研究的深度和广度也在不断拓展。
化学领域中,二元相图是一种非常重要的工具,对于材料的研究、设计和开发有着不可或缺的作用。
本文将简要介绍二元相图的概念、构建方法以及应用。
一、二元相图概念二元相图是指由两种组成物(也可以是两种化学元素)组成的体系中的各种可能状态的图形表示。
在相图中,横轴坐标表示第一种组成物的量,纵轴坐标表示第二种组成物的量,而其中每一个点代表着该组成物的一种平衡状态。
在这个平衡状态下,混合物的组成和温度、压力等条件有关。
二元相图的研究是化学领域中的一个重要课题,它可以用来预测、分析和设计化合物的形成和性质。
对于材料科学、纳米技术、催化剂设计等领域的研究和应用都具有非常重要的作用。
二、二元相图的构建方法为了得到二元相图,我们通常需要进行大量的实验和数据处理。
一般来说,构建二元相图的过程主要有以下几个步骤:1.实验数据的收集。
在实验室中,需要测量各种条件下混合物的组成、纯度以及物相间的转化等参数。
这些实验数据需要进行严格的统计分析,以减小误差并提高可靠性。
2.数据处理与分析。
处理完实验数据之后,我们需要对数据进行处理和分析,以生成相应的相图。
通过数据处理和分析,我们可以得到关于物质相互作用的更加详细的信息,包括熔点、固相反应、液相反应等。
3.相图的绘制与验证。
在得到二元相图的数据之后,我们需要进行绘图和验证。
相图绘制的目的是为了直观地显示出各种物质状态之间的不同关系,进一步验证实验数据的可靠性。
三、二元相图的应用二元相图的应用非常广泛,涉及到材料科学、化学工程、土壤学、地球化学等多个领域。
以下列举其中的几个应用案例:1.催化剂设计。
通过构建二元相图,可以预测各种材料在不同温度、压力条件下的相互转化关系,从而设计新的催化剂。
例如,在设计汽车催化转化器时,通过对汽车废气成分进行分析,可以构建对应的催化剂相图。
通过对催化剂相图的研究,可以设计出更加高效、选择性更好的催化剂。