Микроскопические исследования структуры затвердевших сплавов системы KNO3 – NaNO3

Для работы требуется:

1. Микроскоп поляризационный.

2. Предметные и покровные стекла.

3. Сплавы, полученные при выполнении предыдущей работы.

Порядок работы:

1. Небольшое количество (на кончике шпателя) нитрата калия растворить примерно в 10 мл дистиллированной воды и получить, таким образом, разбавленный раствор этой соли. На тщательно обработанное предметное стекло (промыть хромовой смесью, водопроводной и затем дистиллированной водой) нанести каплю полученного раствора, а затем стряхнуть ее с тем, чтобы получить на стекле тонкий слой раствора. Дать влаге испариться (при комнатной температуре), при этом на стекле образуются хорошо сформированные кристаллы соли. Рассмотреть кристаллы в микроскоп и зарисовать их форму. То же самое проделать с чистым нитратом натрия. Обратить внимание на разницу в формах кристаллов этих солей.

2. Аналогичным образом приготовить микроскопические препараты смесей и исследовать их так же, как и чистые соли. Рассмотреть полученные структуры в микроскоп, зарисовать наблюдаемые картины и проследить за изменением угла вращения поляризованного света в зависимости от изменения состава солевой смеси.

3. Сопоставить результаты микроскопических наблюдений с видом диаграммы плавкости, построенной на основании изучения сплавов системы визуально-политермическим методом.

Работа № 4.

Изучение диаграммы плавкости системы эвтектического типа KNO₃ – CsNO₃

Для работы требуется:

1. Хромель-алюмелевая термопара. 58

2. Милливольтметр на 30 мВ, тип гр. ХА.

3. Тигельная лабораторная печь.

4. Лабораторный автотрансформатор.

5. Соединения KNO3, CsNO3 и Al2O3 квалификации «хч».

6. Тигли.

7. Шпатели

8. Калька, миллиметровая бумага.

9. Секундомер.

Диаграммы, изображающие связь между температурой плавления (или превращений) и составом при постоянном давлении – диаграммы плавкости, строят чаще всего по данным термографических исследований.

Цель термографических исследований – построение кривых нагревания – охлаждения от времени, корректное получение которых возможно лишь при обязательном соблюдении линейного нагрева и безградиентной температурной зоны в нагревательном устройстве, где помещается исследуемое вещество. Исследования проводятся в следующей последовательности. Сначала выполняется градуировка нагревательного устройства (печи) для определения напряжения, которое обеспечивает линейный нагрев. Для этого производятся замеры температуры в печи через каждые 5 секунд при напряжении 80, 100 и 120 вольт, подаваемом на печь. Замеры начинают со 150о С и производят до температуры, превышающей температуру плавления индивидуальных солей, входящих в изучаемую систему. Определение температуры проводится с помощью хромель-алюмелевой термопары, спай (королек) которой помещен в тигель с оксидом алюминия, и соответствующего милливольтметра. Полученные данные наносятся на графики, по которым выбирается напряжение, обеспечивающее линейный нагрев в интервале температур плавления индивидуальных солей. Далее для различных составов определяются зависимости температуры от времени при нагреве и охлаждении. Наличие перегибов или площадок на кривых нагревания – охлаждения позволяет определить температуры плавления индивидуальных солей или температуры эвтектики (начало плавления – кристаллизации) и температуру ликвидуса (исчезновение – появление кристаллов). По полученным данным строится диаграмма плавкости: на оси абцисс откладывается состав исходных смесей, на оси ординат – найденные 59 температуры превращений. Пример диаграммы плавкости эвтектического типа представлен на рис. 6.

Порядок работы:

1. Термопара помещается внутрь тигля, заполненного оксидом алюминия, затем он устанавливаются в печь, печь закрывается, и на нагреватель печи подается напряжение 80 В. С интервалом в 5 секунд записываются значения температуры, которые наносятся на график, выделяется линейная часть графика. Температуры плавления исходных веществ должны находиться на линейной части графика нагрева. Если этого не произошло, необходимо изменить напряжение, подаваемое на нагреватель и снова определить зависимость температуры нагрева от времени и т. д.

2. Готовится смесь исходных веществ с изменяющимся их соотношением от 0 до 100 мас. % А в смеси. Подготовленные смеси перетираются и помещаются в тигли. Для каждого состава определяются зависимости температуры во времени при нагреве, затем при охлаждении и определяются температуры перегибов или площадок. Определенные таким образом температуры и исходные составы системы записываются в таблицу, а затем наносятся на диаграмму состав – свойство. По полученной диаграмме определяется тип, а также поля фазовых равновесий. Термопара вынимается из расплава, снижается напряжение, подаваемое на печь, термопара промывается водой, обсушивается и используется в следующем опыте.

Работа № 5.

Изучение диаграммы плавкости системы c непрерывным рядом твердых растворов KNO₃ – RbNO₃

Для работы требуется:

1. Хромель-алюмелевая термопара.

2. Милливольтметр на 30 мВ, тип гр. ХА.

3. Тигельная лабораторная печь.

4. Лабораторный автотрансформатор.

5. Соединения KNO₃, RbNO₃ и Al₂O₃ квалификации «хч».

6. Тигли.

7. Шпатели.

8. Калька, миллиметровая бумага.

9. Секундомер.

Работа выполняется аналогично работе № 4. Тип взаимодействия в изучаемой системе иной – эта система с непрерывным рядом твердых растворов (пример системы с таким типом взаимодействия приведен на рис. 11). Линия ликвидуса в таких системах представляет собой плавную кривую без изломов. Из каждого расплава в этих системах кристаллизуется твердый раствор определенного состава, причем этот состав не тождественен составу исходного расплава. Благодаря этому расплав при кристаллизации обогащается другим компонентом, и температура кристаллизации изменяется. На рис. 23 изображена диаграмма плавкости с образованием непрерывного ряда твердых растворов.

 

Рис. 23. Диаграмма плавкости с непрерывным рядом твердых растворов

Если смесь компонентов, состав которой изображается точкой m, нагреть до температуры, изображенной отрезком mМ, то эта смесь окажется в расплавленном состоянии. Когда в процессе охлаждения такого расплава точка, изображающая его температуру, достигнет кривой ликвидуса, то есть займет положение точки К, начнется выделение кристаллов твердого раствора, состав которого задается точкой N. Если диффузия в этих кристаллах настолько значительна, что при понижении температуры они будут приходить в равновесие с окружающим их расплавом, то составы этих кристаллов будут задаваться точками кривой солидуса. Так, при охлаждении системы до температуры mL она будет состоять из расплава состава С и твердого раствора состава D, при снижении температуры до mF вся смесь затвердеет. Часть диаграммы, расположенная выше кривой ликвидуса, соответствует расплавам, а ниже кривой солидуса – твердым растворам, а между линиями ликвидуса и солидуса имеются две фазы – жидкая и твердая, представленная

твердыми растворами.

Порядок работы (аналогичен работе № 4).

1. Термопара помещается внутрь тигля, заполненного оксидом алюминия, затем они устанавливаются в печь, печь закрывается, и на нагреватель печи подается выбранное напряжение. С интервалом в 5 секунд записываются значения температуры, которые наносятся на график, выделяется линейная часть графика. Температуры плавления исходных смесей должны находиться на линейной части графика нагрева. Если этого не произошло, необходимо изменить напряжение, подаваемое на нагреватель и снова снять зависимость температуры нагрева во времени и т. д.

2. Готовится смесь исходных веществ с изменяющимся содержанием А от 0 до 100 %. Подготовленные смеси перетираются и помещаются в тигли. Для каждого состава определяются зависимости температуры во времени при нагреве, затем – при охлаждении и определяются температуры перегибов или площадок. Отмеченные температуры и исходные составы записываются в таблицу, а затем наносятся на диаграмму состав – свойство. Необходимо обратить внимание на особенность в расположении линий ликвидуса и солидуса, сравнить с литературными данными для этой системы.

3. После каждого опыта с определенным составом термопара вынимается из тигля при расплавлении его содержимого, снижается напряжение, подаваемое на печь, термопара промывается водой, обсушивается и используется в следующем опыте.

 

Лабораторная работа №6.