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同学你好

这堂课我们学习热分析法

所谓的热分析法

是绘制相图当中的一种方法

它多用于绘制合金类相图

热分析法的原理是什么

我们简要的给大家做一个介绍

根据向律有当我指定压力不变时

条件自由度等于C减∅加上1

对于二组分系统就等于3减∅

当我把二组分系统给它加热

变成融化状态之后

∅也就变成了1

自由度数等于2

那么我们说因为自由度数等于2

所以系统当中的温度可以自由的变化

所以我将温度随时间的变化关系曲线

汇聚到一张图当中来

就是得到了我们的

冷却曲线或者叫步冷曲线

在降温的过程当中

温度是可以自由变化的

因为自由度数为二

所以温度可以自由发生变化

温度可以逐渐降低

对应冷却曲线当中就是黑色线段部分

当系统当中有新相生成的时候

这个时候系统当中的相数就变成了2

自由度数就变成了1

那由于新相的生成

这个过程当中是有热量放出的

所以它的放热速率就会发生变化

那么在冷却曲线上就会出现转折

也就是对应当中图当中的

这个蓝色线段部分

随着温度在逐渐的降低

当另一个相也随之析出的时候

此时系统当中的相数是为三

也就是说自由度是等于0

那么也就是说在这种情况下

温度就不会再发生变化了

不会发生变化

那我们记录一下温度和时间的关系曲线上

就会出现一段平台

虽然温度不会发生变化

但是系统当中的相态还是可以在不断的改变

液相不断地凝固

当最后一滴液相消失

全部变成固相之后

那么系统当中的项数就变成了2

自由度数又变成了1

温度可以继续发生变化

所以对应当中温度又会继续下降

那么从这个冷却曲线上大家可以看出来

当系统当中有新相生成的时候

在冷却曲线上就会出现拐点

或者平台

我们就可以根据拐点和平台出现的温度

来相应的绘制我们的二组分系统相图

下面我们以铋铬二组分系统相图绘制为例

给大家介绍一下热分析法的一个使用

首先我们先绘制一下纯铋的冷却曲线

根据相率

当我固定系统的压力

F就等于C减去∅加上1

对于一个二组分系统它就等于

因为对于单组分系统来讲

∅是等于1的

所以∅等于2减去∅

当我把铋加热到液态的时候

那么系统当中的项数是等于1的

所以温度可以自由发生变化

温度是可以逐渐的降低的

当降低到A点也就是达到了纯铋的凝固点

那么固体A就要从液相当中析出

此时相数就等于2

也就是说系统当中的

自由度数就应该是等于0

那么温度就不会再发生变化

在温度时间变化关系曲线上

就会出现一个平台

那么在这个过程当中

液相量是在逐渐的减少

固相量是在逐渐的增多

当最后一滴液相全部凝固之后

那么系统当中的相数又变成了1

自由度数也变成了1

所以温度还是可以会继续的降低

那么图当中的这条水平线

就代表的是有固相A析出的

这个温度也就是纯A的凝固点

或者是它的熔点

我们把这个温度把它绘制到相应的T-x图当中

就得到了图当中的A点

用同样的方法

我们也可以绘制纯铬的冷却曲线

将纯铬冷却曲线上平台对应的温度

就可以汇聚到相图当中来

得到纯铬的凝固点

同样的方法

我们再分别绘制铬的百分含量

分别是0.2和0.7的冷却曲线

首先我们先来分析一下

在冷却过程当中系统的一个变化规律

根据相率

对于二组分系统

f*相等于3减∅

因为我已经固定了系统的压力

当我把二组分系统给它加热

变成液相的时候

系统当中的自由度数是等于2的

所以温度是可以作为其中的 一个变量

自由发生变化的

所以对应图当中的

bc段温度可以自由地降低

当温度降低到C点的时候

这个时候溶液当中的铋

已经达到了它的凝固点

所以铋从溶液当中开始析出

那么由于铋的析出

那么这个时候我们说它是

伴随有热量的放出

所以原来混合物

它的一个降温速率就会发生变化

在这条冷却曲线上就会出现一个拐点

随着温度逐渐降低

固相量逐渐的在增多

当到达D点的时候

这个时候我们说已经达到了格的凝固点

铬也同时从液相当中开始析出

那么系统当中的项数就变成了三相共存

哪三项分别是液相铋和铬

所以自由度数为零

温度就不再发生变化

那么也就出现了平台

然后等液体全部冷凝变成固相之后

那么后边又变成了两项

那么自由度数为1

温度还是可以继续地发生变化的

那么在这条冷却曲线上

分别对应着有固相析出的时候

那么就出现了拐点和平台

我们分别将拐点和平台

对应的温度

绘制到组成是对应这个百分含量是20的

这个T-x图上边来就得到了CD两点

同样的方法

我们可以绘制0.7%的格的冷却曲线之后

也对应着找到它拐点和平台对应的温度

就绘制到我们T-x图当中得到F点和G点

最后我们再绘制一个组成是

0.4%的这个铬

它的一个冷却曲线

根据相率

我们知道在冷却的过程当中

因为最开始的时候是只有一个相的

所以温度是可以自由地发生变化的

然后随着温度的降低

当降低到某一个温度的时候

这个时候溶液当中的

铋和铬两个组分会同时析出

那么也就是说这个时候一下子就变成了

三相共存

根据相率这个时候的自由度数是等于0的

也就是说温度就不会发生变化

在我这条冷却曲线上就出现了平台

只有液相全部凝固之后

温度才可以继续降低

那么这个平台指示的温度

我们同样的给它绘制到相图当中来

那么我们把这样的一些点

我们可以把其他组成时

只要有凝聚相析出所对应的这个温度

都可以绘制到这张相图当中来

然后把所得到的线进行连接

就可以得到我们的相图了

比如我们要把其中的

ACE点先给它连接起来

那么就得到了这个液相线

同样的方法再把HFE3点也给它连接起来

最后再把DEG给它联系起来

那么这样一个过程

就是我们用热分析法来绘制相图曲线的过程

再简单的把这张相图做一个介绍

在这张相图当中一共有三条线

把整个平面分成了四个不同的区域

这四个不同的区域就代表不同的相区

其中高温区就代表的是溶液区

然后中间这两部分区域分别是

溶液和铋物质两相共存区

这边就是溶液和铬两相共存区

最下边是铋和铬构成了两相共存区

其中这两条线AE和H

它分别代表的是两条液相线

那么我们说这条水平线代表的是什么

在二组分系统相图当中的

水平线都代表的叫做三相线

在这条线上是三相共存的

那么在这张相图当中的三项是哪三项

分别是溶液

纯铬和纯铋

在这个线上边三相的组成是固定的

因为系统当中的自由度数为零

那么我们说它们的各自组成分别是B点

M点和液相的组成是E点

那么其中还有三个特殊的点

其中A点和H点分别是

两个纯物自各自的一个熔点

或者是它们的凝固点

而其中的这个E点

我们给它叫做低共熔点

当组成是在E这个组成时形成的混合物

我们称之为叫做低共熔混合物

这次课的内容就到这里