Термический анализ

Для определения температур, при которых устанавливается равновесие между кристаллическими и жидкими фазами, обычно применяется метод термического анализа. Исследуемая система в данном методе равномерно охлаждается или нагревается, при этом:

1. Для прозрачных систем (и компонентов) при умеренных температурах используется визуальное наблюдение за раствором с целью нахождения температуры, при которой появляются первые кристаллы (или исчезают последние кристаллы) твердой фазы.

2. Для систем, содержащих вещества непрозрачные или плавящиеся при высоких температурах, исследуется зависимость температуры системы от времени. Температура измеряется с помощью термопар, термометров сопротивления и кварцевых термометров.

Например, если измерять температуру бинарного расплава при его равномерном охлаждении через одинаковые промежутки времени и результаты наносить на график «температура – время», то получаются «кривые охлаждения», представленные на рис. 10.11. При охлаждении расплава чистого вещества на кривой понижения температуры (кривая а) появляется «площадка», обусловленная выделением теплоты при кристаллизации жидкого вещества в точке затвердевания. При наличии одной эвтектики и при условии, что компоненты не образуют твердых растворов, кривые охлаждения смеси имеют иной вид. Для расплава состава x₁ кривая охлаждения (1) прежде всего имеет излом, обусловленный началом кристаллизации компонента А. Видно, что по мере кристаллизации А скорость охлаждения системы меняется. При достижении эвтектической точки (t_e) температура на некоторое время остается постоянной, что соответствует процессу затвердевания эвтектики. Дальнейший участок кривой характеризует скорость охлаждения твердой фазы. Аналогичным образом интерпретируются и другие кривые охлаждения. Найденные температуры начала и конца кристаллизации используются для построения диаграммы плавкости (например, так, как это представлено на рис. 10.11).

Рис. 10.11. Построение диаграммы плавкости бинарной системы

с простой эвтектикой методом термического анализа

Диаграммы плавкости позволяют судить о внутренней структуре сплавов и образовании соединений между компонентами, используются для определения рациональных способов выделения из смесей отдельных компонентов, их химических соединений и твердых растворов.