材料科學(xué)基礎(chǔ)(6.2)相平衡的研究方法

1? 前言
? ??今天是十分疲憊的一天,所以筆者對(duì)于自己即將寫(xiě)下的內(nèi)容有一種不妙的預(yù)感。但出于堅(jiān)持記錄低效學(xué)習(xí)的執(zhí)念,以及加深自己對(duì)化學(xué)喜愛(ài)的錯(cuò)覺(jué),筆者仍然動(dòng)筆了,請(qǐng)不小心看見(jiàn)的各位多多包涵。
2? 正文
?? 我們從上次的內(nèi)容中得知了相圖的重要性,那么如何繪制一份較為準(zhǔn)確而且在可使用范圍內(nèi)的相圖是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。
橫看成嶺側(cè)成峰,遠(yuǎn)近高低各不同 。
? 不同的測(cè)量手段會(huì)給我們帶來(lái)不同的相圖,故選擇合適的方法,有利于更好的達(dá)成我們的目的。
? 2.1? 動(dòng)態(tài)法
2.1.1 步冷曲線法
概念解析:這種方法是將一定組成的體系,均勻加熱至完全熔融或加熱完全溶解后,使之均勻冷卻,測(cè)定每一體系下的溫度,作出時(shí)間-溫度曲線。體系若有相變,必然產(chǎn)生相變熱,使降溫速率減慢,則在步冷曲線上會(huì)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”或“平階”,從而可以確定出相變溫度。
? ? 加熱使我們需要的晶體完全熔化,然后再均勻降溫,以橫軸表示混合物的組成,縱軸表示溫度,即可繪制出被測(cè)體系的相圖。
? ?

優(yōu)點(diǎn):方法簡(jiǎn)單,測(cè)定速度較快。
缺點(diǎn):準(zhǔn)確性較差,對(duì)于相變產(chǎn)生熱效應(yīng)很小的反應(yīng)不適用。
2.1.2 差熱分析法(在步冷曲線法精度不適用的狀況)
?概念解析:差熱分析法是以某種在一定實(shí)驗(yàn)溫度下不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)和物理變化的穩(wěn)定物質(zhì)(參比物)與等量的未知物在相同環(huán)境中等速變溫的情況下相比較,未知物的任何化學(xué)和物理上的變化,與和它處于同一環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)物的溫度相比較,都要出現(xiàn)暫時(shí)的增高或降低。降低表現(xiàn)為吸熱反應(yīng),增高表現(xiàn)為放熱反應(yīng)。

產(chǎn)生放熱效應(yīng)的情況:1. 不穩(wěn)定變體轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定變體的多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.無(wú)定形物質(zhì)變成結(jié)晶物質(zhì)(已結(jié)晶no!喵)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.從不平衡物質(zhì)中吸收氣體(其實(shí)氧化反應(yīng)比較典型了)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4.不產(chǎn)生氣體的固相反應(yīng)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5.熔融態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)了喵
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?6.微晶玻璃的核化過(guò)程
產(chǎn)生吸熱效應(yīng)的過(guò)程 (真的不是上面反過(guò)來(lái)嗎):1. 礦物受熱分解放出二氧化碳等氣體
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???2.由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3.可逆多晶轉(zhuǎn)變等
? ? 優(yōu)點(diǎn):可以準(zhǔn)確的測(cè)出物質(zhì)的相變溫度,也可以用來(lái)鑒定未知礦物? :)
? ? 缺點(diǎn):太精細(xì)了??? ?只能表征和溫度變化有關(guān)的相變喵
?? ?2.1.3??熱膨脹曲線法?和 電導(dǎo)法
熱膨脹曲線法:材料相變時(shí)常常伴隨著體積變化(或長(zhǎng)度變化),通過(guò)測(cè)量這些變化并且找到轉(zhuǎn)折點(diǎn),可以獲得相變點(diǎn)。
電導(dǎo)法:物質(zhì)在不同溫度下的電阻率是不同的,在相變前后,物質(zhì)的電阻率或電導(dǎo)率隨溫度的變化亦不同。
這兩個(gè)方法并不是想象中的常用,而且也十分易于理解,感興趣的大家自己了解喵。? ? ? ? ? ? ? ? ?2.2? 靜態(tài)法
? 靜態(tài)法就是淬冷法
“淬冷法是把試樣放在高溫爐中,讓爐溫升至所要測(cè)定的溫度。保溫一定時(shí)間,直到試樣 達(dá)到平衡狀態(tài)為止。 然后將高溫下的試樣在水浴 (或汞浴、 油浴) 中進(jìn)行突然冷卻 (即淬冷) , 這樣可以保持試樣高溫時(shí)的平衡狀態(tài)不變,以便在室溫下進(jìn)行觀察。 淬冷后的樣品在偏光顯微鏡下進(jìn)行鑒定。
? ?動(dòng)態(tài)法的核心是晶體的狀態(tài)是變化的,而靜態(tài)法奇妙的將一切都保留下來(lái),讓我們可以用最簡(jiǎn)單直接的方法觀察相的變化。但保留某一溫度下晶體的狀態(tài)是不容易的,這常常工作量巨大。能否很好地保留高溫下的狀態(tài),也是這一方法成功與否的關(guān)鍵。而且,即使是淬冷,我們也無(wú)法保證在這一過(guò)程中,相不會(huì)悄然發(fā)生變化。所以,要是能在高溫下直接觀測(cè),其準(zhǔn)確度也會(huì)大大提高,筆者確信新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始優(yōu)化這些問(wèn)題了。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? (待補(bǔ)充)?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?