第七章高溫合成和低溫合成

1、第七章第七章 高溫合成和低溫合成高溫合成和低溫合成7.1 各種高溫設(shè)備；各種高溫設(shè)備；7.2 高溫測量方法；高溫測量方法；7.3 高溫合成反應(yīng)的種類；高溫合成反應(yīng)的種類；7.4 低溫合成低溫合成獲得高溫的方法及其溫度獲得高溫的方法及其溫度獲得高溫的方法獲得高溫的方法溫度溫度 / K高溫電阻爐高溫電阻爐1,273 3,273聚焦?fàn)t聚焦?fàn)t4,000 6,000閃光放電閃光放電 4,273等離子體電弧等離子體電弧20,000激光激光105 106原子核裂變及聚變原子核裂變及聚變106 109高溫粒子高溫粒子1010 10147.1 高溫反應(yīng)設(shè)備高溫反應(yīng)設(shè)備v電阻爐電阻爐v感應(yīng)爐感應(yīng)爐v電弧爐電弧爐v

2、放電等離子燒結(jié)爐（放電等離子燒結(jié)爐（ Spark Plasma Sintering ）1 電阻爐電阻爐v簡介：簡介：最常見的加熱設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，溫度精確可控最常見的加熱設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，溫度精確可控等優(yōu)點。等優(yōu)點。v工作原理：工作原理：電阻爐以電為熱源，通過電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在電阻爐以電為熱源，通過電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱。爐內(nèi)進(jìn)行加熱。v電阻材料：電阻材料：石墨，金屬，氧化物，等等。石墨，金屬，氧化物，等等。各種電阻材料及其最高工作溫度各種電阻材料及其最高工作溫度發(fā)熱體發(fā)熱體最高溫度最高溫度 / 鎳鉻絲1060硅碳棒1400鉑絲1400鉑銠合

3、金1540鉬絲1650硅鉬棒1700鎢絲1700發(fā)熱體發(fā)熱體最高溫度最高溫度 / ThO2 / CeO21850ThO2 / La2O31950鉭絲2000ZrO22400碳管2500石墨棒2500鎢管3000電阻爐圖片2 感應(yīng)爐感應(yīng)爐v簡介：簡介：也稱高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，主要用于金屬、導(dǎo)電材料的熱處理、也稱高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，主要用于金屬、導(dǎo)電材料的熱處理、粉末熱壓燒結(jié)和真空熔煉等。具有升溫速度快，操作方便、清潔等優(yōu)點，粉末熱壓燒結(jié)和真空熔煉等。具有升溫速度快，操作方便、清潔等優(yōu)點，并且可準(zhǔn)確控制實現(xiàn)局部加熱。并且可準(zhǔn)確控制實現(xiàn)局部加熱。v工作原理：工作原理：以交流線圈為加熱部件，將被加熱的導(dǎo)體

4、置于線圈內(nèi)。在以交流線圈為加熱部件，將被加熱的導(dǎo)體置于線圈內(nèi)。在線圈上通以交流電，在被加熱的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流線圈上通以交流電，在被加熱的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流渦流。由于交渦流。由于交流電方向變化導(dǎo)致渦流方向變化，電能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)被加熱導(dǎo)體的流電方向變化導(dǎo)致渦流方向變化，電能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)被加熱導(dǎo)體的迅速升溫。迅速升溫。簡易感應(yīng)爐工業(yè)用感應(yīng)爐感應(yīng)爐感應(yīng)爐 VS 電阻爐電阻爐v感應(yīng)爐：感應(yīng)爐：1.最高使用溫度最高使用溫度2500；2.爐膛壽命長，基本不需要維護(hù)；爐膛壽命長，基本不需要維護(hù)；3.發(fā)熱體與外界不接觸，爐膛結(jié)發(fā)熱體與外界不接觸，爐膛結(jié)構(gòu)密實，保溫性能好；構(gòu)密實，保溫性能好；4.節(jié)能。

5、節(jié)能。v電阻爐：電阻爐：1.最高使用溫度最高使用溫度1800 2000；2.需要經(jīng)常更換發(fā)熱體和電接頭需要經(jīng)常更換發(fā)熱體和電接頭部分；部分；3.發(fā)熱體與外界有接觸，爐膛保發(fā)熱體與外界有接觸，爐膛保溫性能相對較差；溫性能相對較差；4.能耗較大。能耗較大。應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍v金屬表面熱處理；金屬表面熱處理；v感應(yīng)焊接；感應(yīng)焊接；v鑄造熔煉；鑄造熔煉；v鍛造鍛造/軋制毛坯加熱；軋制毛坯加熱；v金屬材料空中懸浮熔煉；金屬材料空中懸浮熔煉；v復(fù)合材料加熱。復(fù)合材料加熱。3 電弧爐電弧爐v簡介：簡介：一般用于金屬冶煉、磨具磨料工業(yè)。目前也用于大塊非晶材料一般用于金屬冶煉、磨具磨料工業(yè)。目前也用于大塊非晶材料

6、的制備。其優(yōu)點是熔化固體爐料的能力強，具有大噸位生產(chǎn)的能力。缺的制備。其優(yōu)點是熔化固體爐料的能力強，具有大噸位生產(chǎn)的能力。缺點是耗電量大，不利于電網(wǎng)容量小的國家和地區(qū)推廣。點是耗電量大，不利于電網(wǎng)容量小的國家和地區(qū)推廣。v工作原理：工作原理：利用電極間的電弧放電進(jìn)行加熱。利用電極間的電弧放電進(jìn)行加熱。v電極材料：電極材料：石墨。石墨。v分類：分類：交流電弧爐交流電弧爐直流電弧爐直流電弧爐直流直流 VS 交流交流直流電弧爐直流電弧爐交流電弧爐交流電弧爐電極損耗電極損耗小小大大電網(wǎng)干擾電網(wǎng)干擾小小大大熔池溫度熔池溫度均勻均勻較不均勻較不均勻爐體結(jié)構(gòu)爐體結(jié)構(gòu)簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜爐體容量爐體容量大大小小消

7、耗電能消耗電能少少多多電弧爐圖示1-傾爐液壓缸 2-傾爐搖架 3-爐門 4-熔池 5-爐蓋 6-電極 7-電極夾緊器 8-爐體 9-電弧 10-出鋼槽 4 放電等離子燒結(jié)爐（放電等離子燒結(jié)爐（SPS）v簡介：簡介：放電等離子燒結(jié)（放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering，SPS），又稱等），又稱等離子活化燒結(jié)（離子活化燒結(jié)（Plasma Activated Sintering，PAS）或等離子輔助燒）或等離子輔助燒結(jié)（結(jié)（Plasma Assisted Sintering，PAS）。是九十年代興起的一種高）。是九十年代興起的一種高溫制備新技術(shù)，具有快速、低溫、節(jié)能、環(huán)保等特

8、點。溫制備新技術(shù)，具有快速、低溫、節(jié)能、環(huán)保等特點。v工作原理：工作原理：利用脈沖大電流直接施加于石墨模具和樣品，產(chǎn)生體加熱，利用脈沖大電流直接施加于石墨模具和樣品，產(chǎn)生體加熱，實現(xiàn)樣品的快速升溫。同時，脈沖電流引起的顆粒間放電效應(yīng)，凈化顆實現(xiàn)樣品的快速升溫。同時，脈沖電流引起的顆粒間放電效應(yīng)，凈化顆粒表面，實現(xiàn)快速燒結(jié)。粒表面，實現(xiàn)快速燒結(jié)。等離子體的獲得方式等離子體的獲得方式物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)狀態(tài)固固 態(tài)態(tài)液液 態(tài)態(tài)氣氣 態(tài)態(tài)等離子態(tài)等離子態(tài)加加 熱熱放放 電電光激勵光激勵直流放電直流放電射頻放電射頻放電微波放電微波放電獲得方式獲得方式SPS裝置v軸向壓力裝置；軸向壓力裝置；v水冷沖頭電極；水冷

9、沖頭電極；v真空腔體；真空腔體；v氣氛控制系統(tǒng)（真空，氬氣）；氣氛控制系統(tǒng)（真空，氬氣）；v直流脈沖電源及冷卻水；直流脈沖電源及冷卻水；v監(jiān)測控制系統(tǒng)。監(jiān)測控制系統(tǒng)。SPS內(nèi)部裝置示意圖1-電極 2-沖頭 3-模腔 4-樣品粉末反應(yīng)機理反應(yīng)機理v顆粒間放電說顆粒間放電說：顆粒間放電激發(fā)等離子體，可以解釋導(dǎo)電性材料的反應(yīng)，無法解釋非導(dǎo)電性材料的反應(yīng)；v放電放電熱傳導(dǎo)說熱傳導(dǎo)說：導(dǎo)電性材料中存在放電效應(yīng)與熱效應(yīng)，非導(dǎo)電性材料的反應(yīng)源于模具的熱傳導(dǎo)，無法解釋與其他方法的區(qū)別；v誘導(dǎo)電磁波說誘導(dǎo)電磁波說：導(dǎo)體、非導(dǎo)體在反應(yīng)過程中都出現(xiàn)誘導(dǎo)電磁波，未能給出誘導(dǎo)電磁波的產(chǎn)生機制。SPS技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用

10、v納米材料；納米材料；v梯度功能材料；梯度功能材料；v先進(jìn)陶瓷材料；先進(jìn)陶瓷材料；v磁性材料；磁性材料；v大塊非晶合金材料；大塊非晶合金材料；v其他材料。其他材料。納米材料的制備納米材料的制備v納米材料制備存在的問題納米材料制備存在的問題：利用傳統(tǒng)的方法，如熱壓、熱等靜壓燒結(jié)等等，難以在保證晶粒尺寸為納米級別的同時達(dá)到完全致密化。vSPS技術(shù)技術(shù)：在有效阻止晶粒長大的同時達(dá)到完全致密化。v以超細(xì)以超細(xì)SiC的燒結(jié)為例的燒結(jié)為例：熱壓燒結(jié)SPS燒結(jié)相對密度 / 92 9399顯微韋氏硬度 / GPa.mm-223.0 29.028.6斷裂韌性 / MPa.m1/23.2 4.24.7梯度功能材料

11、的制備梯度功能材料的制備v梯度功能材料梯度功能材料（Functionally Graded Material，簡稱FGM）是以計算機輔助設(shè)計為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的材料制備技術(shù)，使材料的組成，結(jié)構(gòu)沿厚度方向呈梯度變化。從而使材料的性能也呈梯度變化的一種新型材料。v難點難點：由于不同組份的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)方法難以一次燒成；利用CVD、PVD等方法，成本昂貴，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。vSPS技術(shù)技術(shù)：以較低的成本實現(xiàn)一次燒成。梯度功能材料的SPS燒結(jié)PSZ / Ti梯度材料非晶合金材料的制備非晶合金材料的制備v非晶合金材料的制備關(guān)鍵非晶合金材料的制備關(guān)鍵：針對合金成分，選擇適當(dāng)?shù)臈l件，保證合金具有極低

12、的非晶形成臨界冷卻速度，提高形成非晶的能力。vSPS技術(shù)技術(shù)：利用脈沖過程中晶內(nèi)快速冷卻的特點制備非晶合金材料。SPS技術(shù)制備其他材料v先進(jìn)陶瓷材料先進(jìn)陶瓷材料：追求晶粒細(xì)化和顯微結(jié)構(gòu)高致密化；v磁性材料磁性材料：追求晶粒細(xì)化；v熱電材料熱電材料：追求成分梯度化；v鐵電材料鐵電材料：追求晶粒細(xì)化和顯微結(jié)構(gòu)高致密化。SPS技術(shù)的優(yōu)勢v加熱均勻，升溫速度快；加熱均勻，升溫速度快；v燒結(jié)溫度低；燒結(jié)溫度低；v燒結(jié)時間短；燒結(jié)時間短；v生產(chǎn)效率高；生產(chǎn)效率高；v產(chǎn)物顯微組織細(xì)小均勻，產(chǎn)物顯微組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)；能保持原材料的自然狀態(tài)；v可以得到高致密度的材料；可以得到高致密度的材料；

13、v操作簡單，自動化程度高。操作簡單，自動化程度高。發(fā)展趨勢vSPS是一種低溫、短時的快速燒結(jié)法，可用于制備金屬、陶瓷、納米材是一種低溫、短時的快速燒結(jié)法，可用于制備金屬、陶瓷、納米材料、非晶材料等等，將在無機化合物的合成與新材料的研究與生產(chǎn)中發(fā)料、非晶材料等等，將在無機化合物的合成與新材料的研究與生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用；揮重要作用；vSPS的基礎(chǔ)理論還有待進(jìn)一步研究完善，反應(yīng)設(shè)備向多功能、高脈沖容的基礎(chǔ)理論還有待進(jìn)一步研究完善，反應(yīng)設(shè)備向多功能、高脈沖容量發(fā)展，適應(yīng)形狀復(fù)雜、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)要求；量發(fā)展，適應(yīng)形狀復(fù)雜、高性能的產(chǎn)品和三維梯度功能材料的生產(chǎn)要求；v開發(fā)強度更高、重

14、復(fù)使用率更好的模具材料，提高模具的承載能力并降開發(fā)強度更高、重復(fù)使用率更好的模具材料，提高模具的承載能力并降低模具費用；低模具費用；v針對不同材料體系，尋找確定反應(yīng)規(guī)律，更好的控制產(chǎn)品質(zhì)量。針對不同材料體系，尋找確定反應(yīng)規(guī)律，更好的控制產(chǎn)品質(zhì)量。7.2 溫度測試設(shè)備溫度測試設(shè)備液體膨脹式固體膨脹式膨脹式溫度計液體型氣體型蒸汽型壓力式溫度計鉑電阻銅電阻特殊電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻溫度計鉑銠鉑鎳鉻鎳硅（鎳鋁）鎳鉻康銅特殊熱電偶熱 電 偶接觸式輻射高溫計比色高溫計光學(xué)高溫計（亮度高溫計）非接觸式測溫儀表1 溫標(biāo)的建立與發(fā)展v在高溫測量方面，古代人們在燒窯和冶煉時通過觀察火焰和被加熱物體的顏色判斷溫度

15、，利用陶土制在高溫測量方面，古代人們在燒窯和冶煉時通過觀察火焰和被加熱物體的顏色判斷溫度，利用陶土制作的熔錐在高溫下的彎曲程度判定溫度；作的熔錐在高溫下的彎曲程度判定溫度；v1714年，德國物理學(xué)家華倫海特（年，德國物理學(xué)家華倫海特（Daniel Gabriel Fahrenheit ），華氏水銀溫度計（冰點），華氏水銀溫度計（冰點32度，沸點度，沸點212度，間隔度，間隔180度）；度）；v1742 1745年，瑞典的攝耳修斯（年，瑞典的攝耳修斯（Celsius）、林奈，攝氏水銀溫度計（冰點）、林奈，攝氏水銀溫度計（冰點0度，沸點度，沸點100度，間隔度，間隔100度）；度）；v1802年，

16、氣體溫度計；年，氣體溫度計；v1821年，德國的塞貝克（年，德國的塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)，英國的戴維爾發(fā)現(xiàn)電阻隨溫度變化的規(guī)律，隨后）發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)，英國的戴維爾發(fā)現(xiàn)電阻隨溫度變化的規(guī)律，隨后出現(xiàn)熱電偶溫度計和熱電阻溫度計出現(xiàn)熱電偶溫度計和熱電阻溫度計v20世紀(jì)初，出現(xiàn)輻射溫度計和光學(xué)高溫計；世紀(jì)初，出現(xiàn)輻射溫度計和光學(xué)高溫計；v各種現(xiàn)代測溫儀，如熱像儀，激光測溫儀等等。各種現(xiàn)代測溫儀，如熱像儀，激光測溫儀等等。2 熱電偶v工作原理工作原理：由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，用于直接測量的一端稱為測量端，接線的一端稱為參比端。當(dāng)兩端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電流（Seebeck效應(yīng)

17、），同時兩端之間存在熱電勢。該熱電勢的大小只與熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)和兩端之間的溫差有關(guān)。因此可以用于測定溫度。熱電偶的特點1.體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；2.熱響應(yīng)快；3.適用溫度范圍廣，可在室溫至2000甚至3000區(qū)間工作；4.耐沖擊、耐震動性好。幾種熱電偶材料及其工作溫度3 光學(xué)高溫計v工作原理工作原理：利用受熱物體的單波輻射強度（即物體的單色亮度）隨溫度升高而增加的特性進(jìn)行高溫測量。光學(xué)高溫計的特點1.使用方便，測量迅速；2.工作范圍寬，可以測定700 6000的高溫；3.測量精度高，誤差可在10以內(nèi)。4.無需與被測物質(zhì)接觸，適用于熱電偶不能或不方便使用的場合。7.3 高溫合成反應(yīng)的

18、類型高溫合成反應(yīng)的類型v高溫固相反應(yīng)；高溫固相反應(yīng)；v高溫固氣反應(yīng)；高溫固氣反應(yīng)；v高溫化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)；高溫化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)；v高溫熔煉和合金制備；高溫熔煉和合金制備；v高溫相變反應(yīng)；高溫相變反應(yīng)；v高溫熔鹽電解；高溫熔鹽電解；v等離子體激光、聚焦等作用等離子體激光、聚焦等作用下的超高溫合成；下的超高溫合成；v高溫下單晶生長和區(qū)域熔融高溫下單晶生長和區(qū)域熔融提純。提純。1.高溫還原反應(yīng)；2.化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)；3.高溫固相反應(yīng)；4.稀土復(fù)合氧化物的高溫合成。1 高溫還原反應(yīng)v定義定義：在高溫下通過還原劑將反應(yīng)物還原，以獲得所希望 的產(chǎn)物。v該法適用于幾乎所有的金屬材料和許多非金屬材料v根據(jù)常用的反應(yīng)體系可

19、以分為： 碳熱還原法； 氫還原法； 金屬還原法。Gf T圖的應(yīng)用Gf T圖的應(yīng)用v根據(jù)熱力學(xué)基本原理，判定反應(yīng)物體系在某種條件下能否發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)類型，反應(yīng)進(jìn)行的程度，反應(yīng)的特點等等。1.對于金屬的氧化反應(yīng)：金屬（s）+ O2（g） 氧化物（s）v根據(jù)G H TS：S RE2O3 MgO Al2O3 SiO2v氟化物氟化物：CaF2 REF3 LiF MgF2 AlF3v氯化物氯化物：KCl NaCl / LiCl / CaCl2 RECl3 MgCl2 AlCl3稀土氧化物的金屬熱還原稀土氧化物的金屬熱還原v對于釤（Sm）、銪（Eu）、鐿（Yb）、銩（Tm）等飽和蒸氣壓較高的稀土金屬的氧化物

20、，用蒸氣壓較低的稀土金屬或稀土金屬混合物（鑭La，1953年，Danne等人）在真空度10-3托，1000 1600下，經(jīng)0.5 2h還原蒸餾反應(yīng)獲得目標(biāo)產(chǎn)物。稀土氯化物的金屬熱還原稀土氯化物的金屬熱還原v將無水氯化物與還原劑混合均勻，在高真空加熱爐中，充入惰性氣體，在800 1100的溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)，獲得目標(biāo)產(chǎn)物。LiClRELiREClC33110080032110080033232CaClRECaREClC稀土氟化物的金屬熱還原稀土氟化物的金屬熱還原v與氯化物的還原反應(yīng)類似。將無水氟化物與過量與氯化物的還原反應(yīng)類似。將無水氟化物與過量10-15的的金屬鈣混合均勻，在高真空加熱爐中，充

21、入惰性氣體，在高金屬鈣混合均勻，在高真空加熱爐中，充入惰性氣體，在高于金屬熔點于金屬熔點50 100的溫度下保溫的溫度下保溫15min進(jìn)行還原反應(yīng)，進(jìn)行還原反應(yīng)，冷卻至室溫獲得目標(biāo)產(chǎn)物。冷卻至室溫獲得目標(biāo)產(chǎn)物。21750145033232CaFRECaREFC中間合金法中間合金法v在金屬還原過程中加入熔點較低的合金組元，使其與在金屬還原過程中加入熔點較低的合金組元，使其與高熔點的稀土金屬形成熔點較低的合金，同時加入助高熔點的稀土金屬形成熔點較低的合金，同時加入助熔劑，以降低渣的熔點，這樣還原反應(yīng)可在較低溫度熔劑，以降低渣的熔點，這樣還原反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，還原后得到的稀土金屬合金再進(jìn)行真空

22、蒸餾下進(jìn)行，還原后得到的稀土金屬合金再進(jìn)行真空蒸餾除去合金組元而得到稀土金屬。除去合金組元而得到稀土金屬。 釔的中間合金法制備釔的中間合金法制備1.鈣還原無水鈣還原無水YF3時，在還原爐料中添加一定比例的鎂和氯時，在還原爐料中添加一定比例的鎂和氯化鈣，用于在反應(yīng)中形成稀土鎂合金和化鈣，用于在反應(yīng)中形成稀土鎂合金和CaF2 CaCl2的低的低熔點熔渣。熔點熔渣。2.將金屬鈣、鎂裝入坩堝，將金屬鈣、鎂裝入坩堝，YF3和和CaCl2裝入上部料斗，在氬裝入上部料斗，在氬氣氣氛下，加熱至氣氣氛下，加熱至950，保溫，保溫20 30min，在坩堝中反，在坩堝中反應(yīng)，得到釔鎂合金。將該合金真空蒸餾，獲得金屬

23、釔。應(yīng)，得到釔鎂合金。將該合金真空蒸餾，獲得金屬釔。中間合金反應(yīng)裝置示意圖中間合金反應(yīng)裝置示意圖7.4 低溫合成v低溫的獲得、測量與控制v真空的獲得與測量v低溫分離v液氨中合成v低溫下稀有氣體化合物的合成v低溫下?lián)]發(fā)性化合物的合成v低溫化學(xué)中的低溫合成7.4.1 低溫的獲得、測量和控制制冷制冷：將局部空間的溫度降低至低于環(huán)境溫度的操作，稱為冷凍或制冷。制冷分級制冷分級溫度溫度普通冷凍 / 普冷- 100深度冷凍 / 深冷- 100 4.2 K極度冷凍 / 極冷 4.2 K低溫的獲得方法常用的低溫浴v冰水浴v冰鹽浴v干冰浴v液氮v相變制冷浴部分低溫浴的相變溫度液化氣體的貯存v貯存容器貯存容器：杜

24、瓦瓶、貯槽（貯罐）、槽車、槽船優(yōu)選球形容器容積大、比表面小、冷耗小、機械強度高、承載壓力高、冷卻周期短。v容器的工作性能容器的工作性能損耗率損耗率：一晝夜的液體蒸發(fā)量與有效容積之比。v幾何容積幾何容積：容器的實際容積；v公稱容積公稱容積：容器貯存液化氣體的有效容積。v注注：幾何容積應(yīng)大于公稱容積，以便留有5 10的空間。液化氣體的轉(zhuǎn)移v轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移方法v注注：1.傾倒法不可用普通玻璃漏斗；2.使用較大的和普通玻璃制杜瓦瓶時，不可傾倒，只能舀??；3.使用完畢應(yīng)將所有液態(tài)氣體倒回原來的貯存容器。傾倒法傾倒法虹吸法虹吸法加壓法加壓法舀取法舀取法低溫的測量v測量工具低溫溫度計1.低溫?zé)犭娕迹豪脽犭妱?/p>

25、與溫度的關(guān)系；2.電阻溫度計：利用感溫元件電阻與溫度的關(guān)系；3.蒸氣壓溫度計：利用液體的蒸氣壓隨溫度變化的關(guān)系；4.新型低溫傳感器：如電聲氣體溫度傳感器（2 273 K 0.01 K），石英晶體音叉溫度傳感器（4.2 523 K，精度0.02 0.2 K），等等。高、低溫?zé)犭娕嫉牟町?.所使用的材質(zhì)不同；2.低溫?zé)犭娕紤?yīng)考慮選擇更細(xì)的線材，降低熱損失；3.焊接方式上要求能夠承受低溫；熱電偶 / 熱電阻溫度計實例熱電偶熱電偶工作溫區(qū)工作溫區(qū) / K銅康銅75 300鎳鉻康銅20 300鎳鉻（9:10）金鐵2 300鎳鉻銅鐵2 300銅銅鐵4.2 77電阻溫度計電阻溫度計工作溫區(qū)工作溫區(qū) / KE

26、熱電阻30 300鉑電阻20 30CLTS2.4 270碳玻璃電阻1.5 300碳電阻1.5 30鍺電阻4.0 100低溫的控制v恒溫冷浴恒溫冷浴v低溫恒溫器低溫恒溫器1.減壓降溫恒溫器：通過調(diào)節(jié)液體蒸氣壓控制溫度；2.連續(xù)流恒溫器：通過調(diào)節(jié)制冷劑的流量控制溫度。7.4.2 真空的獲得、測量與裝置真空區(qū)間真空區(qū)間真空度真空度 / Pa粗真空105 103 低真空103 10-1 高真空10-1 10-6 超高真空10-6 10-12極高真空 10-121 真空的獲得真空區(qū)間真空區(qū)間獲得手段獲得手段105 103 水泵、機械泵、各種粗真空泵103 10-1 機械泵、油/機械增壓泵、冷凝泵10-1

27、 10-6 擴散泵、吸氣劑離子泵10-6 10-12擴散泵加阱、渦輪分子泵、吸氣劑離子泵 10-12深冷泵、擴散泵加冷凍升華阱2 真空的測量真空區(qū)間真空區(qū)間測量手段測量手段105 103 U型壓力計、薄膜壓力計、火花檢漏器103 10-1 壓縮式真空計、熱傳導(dǎo)真空規(guī)10-1 10-6 熱陰極電離規(guī)、冷陰極電離規(guī)10-6 10-12各種改進(jìn)型的熱陰極電離規(guī)、磁控規(guī) 10-12冷陰極 / 熱陰極磁控規(guī)3 真空裝置與操作單元真空裝置真空泵真空測量裝置管路 / 儀器重要操作單元v閥閥：真空系統(tǒng)中用以調(diào)節(jié)氣體流量和切斷氣流通路的元件。v阱阱：用于減少各種蒸氣及腐蝕性氣體對系統(tǒng)的侵蝕，以及物質(zhì)的分離或系統(tǒng)

28、真空度的提高。阱阱機械阱冷凝阱熱電阱離子阱吸附阱7.4.3 低溫分離v低溫反應(yīng)往往由于存在化學(xué)平衡而不能完全反應(yīng)，并且常伴隨副反應(yīng)，所得到的產(chǎn)物一般為混合物，需要進(jìn)行分離處理。v分離方法分離方法1.低溫分級冷凝；2.低溫分級真空蒸發(fā)；3.低溫吸附分離；4.低溫分餾；5.低溫化學(xué)分離。低溫分級冷凝v工作原理工作原理：使氣體混合物通過不同低溫的冷阱，由于氣體的沸點不同，分別冷凝在不同低溫的冷阱內(nèi)，達(dá)到分離目的。v關(guān)鍵關(guān)鍵：判斷冷凝能否出現(xiàn)且是否徹底；v判定標(biāo)準(zhǔn)判定標(biāo)準(zhǔn)：1.氣體通過冷阱后其蒸氣壓小于1.3Pa，為徹底冷凝；2.氣體通過冷阱后其蒸氣壓大于133.3Pa，為不冷凝。操作要點v混合氣體通

29、過冷阱速度混合氣體通過冷阱速度1.不能過快低揮發(fā)性組分冷凝不徹底，高揮發(fā)性組分可能部分冷凝；2.不能過慢低揮發(fā)性組分再次蒸發(fā)。v最佳分離速度最佳分離速度：以 1 mmol / min 的速度分離效果最好。v有效工作范圍有效工作范圍：若混合物的組分沸點之差小于40，分級冷凝的效果不好?？梢杂弥貜?fù)分級冷凝的辦法，但回收率很低。冷阱的選擇低溫分級真空蒸發(fā)v工作原理工作原理：用泵將易揮發(fā)物質(zhì)抽出之后，混合物中難揮發(fā)物質(zhì)基本上不蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的。v有效工作范圍有效工作范圍：混合物沸點之差大于80。v冷源冷源：通常使用干冰或液氮作為制冷浴。低溫吸附分離v工作原理工作原理：利用吸附劑孔徑對吸附量的影響

30、實現(xiàn)選擇性吸附，達(dá)到分離的目的。低溫化學(xué)分離v工作原理工作原理：對于揮發(fā)性差別較小的兩種化合物，通過加入過量的第三種化合物，使之與其中一種化合物形成不揮發(fā)化合物，將另一種揮發(fā)性組分除去。再添加第四種化合物從不揮發(fā)化合物中將原組分置換出來，并同第三種化合物形成不揮發(fā)性化合物。最終達(dá)到分離目的。v工作范圍工作范圍：難以利用揮發(fā)性差別進(jìn)行分離的混合物。應(yīng)用實例7.4.4 液氨中的合成液氨中的合成與金屬的反應(yīng)與化合物的反應(yīng)與非金屬的反應(yīng)堿金屬堿土金屬與堿金屬及其化合物的反應(yīng)v在催化劑存在的條件下反應(yīng)迅速：M + NH3 (l) = MNH2 + H2v固液低溫反應(yīng)，進(jìn)行徹底。v對比例堿金屬的高溫氨化反應(yīng)；Na (l) + NH3 (g) = NaNH