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下一节:5.8 Research methods of phase equilibrium

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5.8 Research methods of phase equilibrium课程教案、知识点、字幕

这一节我们来学习相平衡研究方法

相平衡研究方法包括动态法和静态法

其中动态法包括热分析法

差热分析法

首先我们来看热分析法

此方法的原理是根据

系统冷却过程中

温度随时间的变化情况来判断系统中是否发生了相变化

实验步骤如下

首先将样品加热成液态

使其缓慢而均匀地冷却

记录系统在不同时刻的温度数据

然后以温度为纵坐

时间为横坐标

绘制出冷却曲线

我们一般记录5条组成不同系统的冷却曲线

就可以绘制出相图了

下面我们来看一个实例

以Pb-Sn相图为例

一共5个组成不同的系统

其中铅的质量百分数分别是0% 20%

40% 75% 100%

a和b为纯组分

将试样加热到高温

然后自然冷却降温

实验中

我们每隔30秒读一个温度读数

可以看到 降到一定温度时

温度不再随时间改变

冷却曲线中出现一个平台

出现平台的原因是纯组分系统在熔点处析晶

待析晶结束

温度继续下降

所以通过a和e这两条冷却曲线可以确定Sn和Pb的熔点

中间三个系统为混合组份

降温过程中曲线出现一个拐点

为什么会出现拐点呢

通过看相图

我们可以知道

系统降温过程中碰到液相线

就会发生析晶现象

降温速率就会发生改变

将这个拐点对应温度平移过来

和系统组成线相交于一点

即确定了液相线上的一点

通过上述讲解

大家会发现这种方法比较简便

五条步冷曲线就绘制出了相图

但是

通过这种方法所确定的相变温度只是一个近似值

而且相变前后的物相不确定

如果想确定物相组成

还需要借助其他的方法来加以辅助

刚才我们讲到冷却曲线中可能出现拐点

但如果放热现象不是很明显

拐点就不容易确定

这时

我们就可以利用差热分析法加以确定

差热分析是测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术

在程序控制温度下

差热分析曲线描述了

样品与参比物之间的温差随温度或时间的变化关系

我们来了解此设备的原理图

在其中一个坩埚里放置试样

另一个坩埚里放置参比试样

一般我们实验室选择的是α-Al2O3

MV1表测量的是的温度

MV2测量的是试样和参比物的电势差

当两者之间存在温度差别时

差热曲线中出现放热峰或者吸热谷

利用这个原理

我们就可以确定相图中拐点对应的温度

下面我们来看静态法

淬冷法

淬冷法的原理是

将一系列不同组成的试样

在选定的不同温度下长时间保温

使之达到该温度和组成条件下的热力学平衡状态

然后将试样迅速淬冷

这样就把高温的平衡状态保存到低温

再用适当手段对其中所包含的平衡各相进行鉴定

就可以绘制相图了

我们来看一下这种实验方法的示意图

坩埚里边装的是某一组成的试样

我们将其加热到一定温度

再保温一定的时间

然后把悬挂坩埚的金属丝熔断

坩埚就会掉到下边的水银中

我们称之为汞浴

经过这样的淬冷

试样就保持了高温下的平衡状态

然后借用XRD OMS EM等测试手段

对淬冷试样进行物相鉴定

以确定试样在高温所处的平衡状态

如果确定试样组成全是玻璃相

我们就在相应位置画一个空心圆圈

如果试样中既包含晶相又有玻璃相

那么就画一个圆圈加一个小黑点

如果全是晶相

我们就画一个实心圆点

这样就可以确定出液相线和固相线的具体位置

这个方法优点是准确度比较高

长时间保温系统较接近平衡状态

而且淬冷后可以对试样中平衡共存的相数

各相的组成

形态和数量直接进行测定

缺点是比较复杂

一次实验过程只能得到一个点

工作量是相当大的

而且此方法只适用于相变速度慢的系统

如果快

则在淬冷时发生相变

改变了高温平衡时的状态

同学们

这次课的重点是热分析法和淬冷法

希望同学们认真复习

这次课讲到这里

同学们再见

Fundamentals of Inorganic Materials Science课程列表:

1 Introduction

-Introduction

-introduction

-Test for chapter 1

2 Crystal Imperfection

-2.1 Type of defect

--2.1 Types of point defects

--2.1 Types of point defects

-2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

-2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

-2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

-Homework for chapter 2

-Test for chapter 2

3 Solid solution

-3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

-3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

-3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

-3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution

--Questions for crystal imperfection and solid solution

-Homework for chapter 3

-Test for chapter 3

4 Melt and glass

-4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

-4.2 The properties of the melt

--4.2.1 The properties of the melt_viscosity

--4.2.2 The properties of the melt_surface tension

--4.2 The properties of the melt

-4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

-4.4 The formation of glass

--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions

--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions

--4.4 The formation of glass

-4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

-4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

-4.7 Questions for melt and glass

--Questions for melt and glass

-Test for chapter 4

5 Phase equilibrium

-5.1 Phase equilibrium in silicate systems

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

-5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

-5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

-5.4 Binary diagrams

--5.4.1 Binary diagram with eutectic point

--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound

--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems

--5.4 Binary diagrams

-5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

-5.6 Ternary diagrams

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams

-5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

-5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

-5.9 Questions for phase equilibria

--Questions for phase equilibria

-Homework for chaper 5

-Test for chapter 5

6 Diffusion

-6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

-6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

-6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

-6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

-6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

-6.7 Questions for diffusion

--Questions for diffusion

-Homework for chaper 6

-Test for chapter 6

7 Solid state reactions

-7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

-7.2 Kinetic equation of solid state reaction

--7.2 Kinetic equation of solid state reaction

-7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

-Homeword for chapter 7

8 Phase transformation

-8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

-8.2 Crystallization

--8.2.1 Crystallization thermodynamics

--8.2.2 Crystallization kinetics

--8.2 Crystallization

-8.3 Phase Separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

-8.4 Questions for phase transformation

--Questions for phase transformation

-Test for chapter 8

9 Sintering

-9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

-9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

-9.3 Solid state sintering

--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer

--9.3.2 Diffusion mass transfer

--9.3 Solid state sintering

-9.4 Liquid phase sintering

--9.4.1 Flow mass transfer

--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer

--9.4 Liquid phase sintering

-9.5 Grain growth and secondary recrystallization

--9.5.1 Grain growth

--9.5.2 Secondary recrystallization

--9.5 Grain growth and secondary recrystallization

-9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

-9.7 Questions for sintering

--Questions for sintering

-Homework for chapter 9

-Test for chapter 9

5.8 Research methods of phase equilibrium笔记与讨论

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