银、铝、锌和锡凝固点的高精度复现

　　1　引　言

　　从1990年1月1日起,国际上正式采用了1990年国际温标(ITS-90)。ITS-90对1968年国际温标(IPTS-68)作了大幅度的修改。IPTS-68的三种内插仪器之一———标准铂铑/铂热电偶已不再用作温标的内插仪器。标准铂电阻温度计的内插范围向上延伸至961.78(银凝固点)。这一变更使新的温标比原68国际实用温标更科学合理;同时可把测温准确度提高一个数量级,这正好满足近代某些科学和技术对测温准确度越来越高的需要。众所周知,温度是一个基本物理量,温度测量在科学和生产中起着重要的作用,因而建立高精度复现90国际温标系统对科学和生产的发展,必将有着长期的、深远的影响。

　　为了建立0-961.78范围内新的国际温标的高精度复现系统,必须高精度复现该范围内国际温标定义固定点:银、铝、锌和锡凝固点。为此,我们成功的研制了一套用计算机指挥微机控制仪,分别对四个凝固点进行自动控制的系统,成功地复现了银凝固点、铝凝固点、锌凝固点和锡凝固点。

　　2　凝固点的复现方法

　　要使获得的样品的凝固点温度更接近纯元素的凝固点,取决于两个关键条件:

　　2.1　样品的液相点

　　由于无法获得理想的纯样品,也就不能直接测量理想纯元素的凝固点。事实上,凝固速度很慢时,通过测量尽可能接近样品液相点的温度来得到凝固点温度。样品纯度越高,其液相点与纯元素凝固点温度越接近。因此必须保证样品的纯度要高。我们所用的凝固点密封容器均为99.9999%(质量百分比),铝的纯度为99.9996%(质量百分比)。

　　2.2　适当的凝固技术

　　当样品确定后,要使样品的凝固点接近样品的液相点,在使样品的凝固过程中,慢的凝固速率是最为重要的。但是,凝固速率过慢,相变潜热释放也慢,整个样品要从冷态恢复到平衡温度需要很长时间。因此在凝固开始时,应设法促进和加快固态的析晶,以此来缩短恢复时间。

　　我们采用“慢降温诱导凝固技术”的要点如下:将样品全部融化后,使其冷却到比凝固点高约2℃,然后保持一定时间的恒定,再以约0.1℃/分钟的速率冷却。这时,对锡和锌、铝、银采取二种不同方法。

　　a.锡凝固点

　　由于高纯锡在凝固时有很大的过冷度,为了获得合适的,恒定的温坪,必须采用一种叫“成核凝固”的方法,也就是在缓慢凝固的前提下,采用外部诱导使固体晶核形成,从而释放大量的潜热把整个系统的温度提高到凝固温度以达到高质量的温坪。因此当监视的铂电阻温度计检测到温度低于锡凝固点时,我们使用二个方法使温坪达到。方法一,取出监视温度计,用轮番插棒的方法,使锡迅速冷却,同时降低炉温,几分钟后再插入监视的铂电阻温度计,插入石英管诱导,如此可获得较好的温坪。方法二,开启冷气源(压缩空气)冷却样品的密封容器外部,用此方法就能迅速把样品冷却十几度,足以使样品的整个内部产生“成核凝固”。当监视温度计示值表明电阻值回升即停止吹气。当电阻值显示已接近温坪则取出该温度计插入石英管诱导,一个理想的温坪也就获得。