Методы исследования свойств металлических расплавов

Вертман А.А., Самарин А.М.

Наука, 1969 г.

Определение теплоты образования по изменению температуры при смешении

С помощью этого метода получена большая часть сведений о теплотах смешения жидких сплавов. Каваками [30], пользуясь изотермическим калориметром, измерял теплоты смешения жидких сплавов вплоть до 1200°. Калориметр помещен в печь сопротивления с нихромовой спиралью. В качестве калориметрической среды служит эвтектическая смесь нитратов калия и натрия. Компоненты исследуемого сплава помещаются соответственно в двух тиглях. В определенный момент металл из одного тигля выливается в приемник с мешалкой. Медь — константановые термопары помещаются внутри мешалок и служат для определения изменения температуры при образовании раствора. Установка обеспечила измерение даже сравнительно небольших по величине тепловых эффектов, которыми сопровождается образование эвтектических расплавов.

Другая конструкция калориметра позволяла работать до 700— 800°. Нагрев осуществлялся с помощью нихромовой спирали. Спираль наматывалась на толстую чугунную трубу для того, чтобы получить изотермическую зону возможно большей протяженности. Водяное число калориметра этого типа составляло всего 2,76 кал. В работе Каваками впервые были определены теплоты смешения ряда эвтектических систем (К — Na, Hg— Sn, Sn— Bi, Sn- Gd, Bi- Gd, Sb- Pb, Bi- Pb, Gd- Pb, Sn- Zn, Bi— Znи др.), а также систем с химическим взаимодействием в жидком состоянии (Hg— К, Hg— Na, Sn— Sb) и было показано, что теплота образования жидких сплавов, соответствующих химическим соединениям в твердой фазе, приближается по своей величине к теплоте химической реакции, в связи с чем автор пришел к выводу о возможности существования в расплаве группировок, близких по своей природе к химическим соединениям. Этот вывод, сделанный еще в 20-х годах, должен быть отмечен особо. В опытах Каваками главный период был очень непродолжительным, именно это обстоятельство позволило проводить линейную экстраполяцию начальной и конечной температур для определения превращения температуры.

Увеличение температуры и усиление интенсивности теплообмена существенно усложняют экстраполяцию, поэтому в работе [29] была предложена оригинальная конструкция калориметра с изотермической оболочкой. Нагревателем служила силитовая печь, питаемая от лампового генератора, что позволило поддерживать постоянную температуру с точностью до 0,1%. На этой установке можно измерять теплоты смешения реакций, длящихся до 10 мин. В качестве датчика использована погруженная в расплав термопара, измерявшая температуру с точностью до 0,3°.