Bi-In-Sn合金熔化溫坪優(yōu)化方法探索

阮一鳴, 凌忠錢, 李 婷, 孫建平,汪洪軍, 尹 躍, 楊錦楠

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院,浙江 杭州 310018； 2. 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院,北京 100029; 3.山東省計(jì)量科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250014)

1 引 言

紅外遙感領(lǐng)域的高定量化發(fā)展是當(dāng)前國(guó)際趨勢(shì)[1]。例如,對(duì)于氣候變化監(jiān)測(cè)要求紅外遙感載荷必須滿足優(yōu)于0.1 K(k=3)的測(cè)量不確定度和每10年0.04 K的穩(wěn)定性[2]。如此高的定量化水平需要紅外載荷具有高精度的輻射定標(biāo)源。2006年氣候變化衛(wèi)星儀器校準(zhǔn)研討會(huì)(ASIC)建議在空間中放置一系列高精度的基準(zhǔn)儀器以提高測(cè)量精度[3]。在紅外遙感領(lǐng)域涉及的溫度范圍(190～350 K)內(nèi),90國(guó)際溫標(biāo)定義的固定點(diǎn)只有汞三相點(diǎn)(234.315 6 K)、水三相點(diǎn)(273.16 K)與鎵熔點(diǎn)(302.914 6 K),無法完全覆蓋該溫區(qū),且該溫區(qū)內(nèi)存在相變溫度分布不均的問題,難以滿足紅外遙感高精度測(cè)量需求[4]。因此挖掘新的相變固定點(diǎn),填補(bǔ)、替代及擴(kuò)展溫度定標(biāo)區(qū)間,是提高在軌標(biāo)定精度的有效手段。

對(duì)于紅外遙感溫區(qū),鉍銦錫(Bi-In-Sn)合金(約59～120 ℃)等低溫合金由于共晶相變溫度接近紅外遙感溫區(qū)上限,對(duì)于溫度傳感器在較窄溫度區(qū)間溫度量值溯源與傳遞具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[5]。三元合金溫坪受合金熔化熱歷史與熱工況直接影響[6],但由于這些合金為兩種甚至多種純金屬共晶組成,相比于純金屬更容易受雜質(zhì)以及共晶反應(yīng)的影響,復(fù)現(xiàn)溫坪斜率大,復(fù)現(xiàn)水平低于ITS-90國(guó)際溫標(biāo)定義固定點(diǎn)[7]。

目前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已開展了不同熱工況對(duì)溫坪影響的研究。2005年,美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)開展了外液-固界面法與雙液-固界面法對(duì)鎵相變溫坪影響研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明雙液-固界面法是最佳的鎵熔點(diǎn)溫坪復(fù)現(xiàn)方法,采用該方法可提高鎵熔點(diǎn)溫坪的穩(wěn)定性[8]。2015年,中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(NIM)接觸測(cè)溫實(shí)驗(yàn)室研究微型鎵基共晶點(diǎn)及Ga固定點(diǎn)的熔化溫坪特性,結(jié)果表明加熱功率越大,溫坪時(shí)間越短,溫坪斜率越大[9]。2020年,NIM采用雙液-固界面法,高精度復(fù)現(xiàn)了銦熔化溫坪和凝固溫坪,證明了國(guó)際計(jì)量局溫度咨詢委員會(huì)推薦慢誘導(dǎo)凝固技術(shù)作為銦凝固點(diǎn)復(fù)現(xiàn)的合理性[10]。

目前,關(guān)于固定點(diǎn)溫坪復(fù)現(xiàn)的研究大多為二元合金熔化溫坪,針對(duì)三元合金溫坪優(yōu)化的相關(guān)研究較少,特別在鉍基合金固定點(diǎn)方面。鑒于此,本文基于Bi、In、Sn多元共晶點(diǎn)(名義相變溫度約為60 ℃),研制適用于紅外遙感在軌校準(zhǔn)的多元合金固定點(diǎn),開展不同熱工況對(duì)熔化溫坪影響的研究,提出“小過熱預(yù)熔”的方法優(yōu)化溫坪復(fù)現(xiàn)水平,為非溫標(biāo)定義的溫度計(jì)在紅外遙感溫區(qū)通過定點(diǎn)法提升校準(zhǔn)不確定度奠定基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 Bi-In-Sn固定點(diǎn)研制

圖1所示為Bi-In-Sn合金固定點(diǎn)容器,主要由聚四氟乙烯坩堝、石英溫度計(jì)阱、不銹鋼外殼、高純金屬及密封組件等組成。固定點(diǎn)的主要材料采用鉍銦錫合金,由北京有色金屬研究總院采購(gòu)?？紤]鉍金屬凝固時(shí)膨脹系數(shù)大 (約3.3%),坩堝采用了具有一定彈性的聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯坩堝內(nèi)徑為26 mm,壁厚為4 mm,高度為195 mm。石英溫度計(jì)阱放置坩堝內(nèi),直接插入合金內(nèi)部,溫度計(jì)浸沒深度為140 cm。容器外殼為不銹鋼材質(zhì),保證了固定點(diǎn)容器均勻快速傳熱,同時(shí)與石英外殼相比不易損壞。固定點(diǎn)裝置采用紫銅墊圈實(shí)現(xiàn)高真空密封,以防止高純金屬不被外界環(huán)境污染和氧化,保證容器內(nèi)部壓力不受外界影響?？紤]溫度計(jì)阱插入后占用體積與金屬相變后體積的膨脹,預(yù)留20 mm的膨脹高度[11]。

圖1 固定點(diǎn)容器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of fixed-point container structure

2.2 固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)裝置

共晶固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)裝置主要組成部分為固定點(diǎn)容器、精密測(cè)溫電橋、恒溫水槽及標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)(SPRT),如圖2所示。精密測(cè)溫電橋F18測(cè)量精度優(yōu)于±0.1×10-6,可準(zhǔn)確地測(cè)量SPRT電阻值與標(biāo)準(zhǔn)電阻值的比率。實(shí)驗(yàn)使用恒溫水槽實(shí)現(xiàn)共晶固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)熱工況的控制,TL-1010S型精密液體恒溫槽穩(wěn)定性優(yōu)于5 mK/30 min。SPRT用于共晶點(diǎn)相變溫坪的測(cè)量,并在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)其通過在水三相點(diǎn)阻值測(cè)量進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè),結(jié)果如圖3所示,長(zhǎng)期變化量小于±0.3 mK。

圖2 共晶點(diǎn)復(fù)現(xiàn)裝置Fig.2 Eutectic point device

圖3 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在水三相點(diǎn)穩(wěn)定性Fig.3 Stability of standard platinum resistance thermometers at the triple point of water

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)水平易受復(fù)現(xiàn)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、儀器設(shè)備精度等因素影響[12],特別是對(duì)于三元合金,其溫坪更易受上述因素的影響,復(fù)現(xiàn)難度更大,因此需對(duì)溫坪復(fù)現(xiàn)方法進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 熱循環(huán)對(duì)相變溫坪的影響

均勻的合金共晶結(jié)構(gòu)是保證共晶點(diǎn)溫坪時(shí)間長(zhǎng)、復(fù)現(xiàn)穩(wěn)定的重要條件,因此在實(shí)驗(yàn)初期對(duì)共晶固定點(diǎn)進(jìn)行了多次凝固-熔化實(shí)驗(yàn)以保證共晶材料均勻性。進(jìn)行熔凝實(shí)驗(yàn)時(shí),將固定點(diǎn)容器放置于55 ℃左右恒溫水槽中凝固,然后升溫至65 ℃進(jìn)行熔化,觀察其熔化溫坪變化,如圖4所示。

圖4 多次凝固-熔化溫坪曲線Fig.4 Multiple solidification-melting temperature plateau curves

圖中多次溫坪曲線的差異,反映了灌注的固定點(diǎn)容器中多種金屬共晶程度的變化,隨著凝固-熔化實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加,共晶固定點(diǎn)熔化溫坪時(shí)間從0.4 h增加至1 h,溫坪曲線斜率也從1.78 mK/min降低至0.95 mK/min,曲線趨于平穩(wěn)。經(jīng)過反復(fù)凝固-熔化過程,溫坪曲線基本復(fù)現(xiàn)一致且溫坪時(shí)長(zhǎng)接近表明已得到共晶結(jié)構(gòu)均勻的共晶固定點(diǎn),在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行后續(xù)復(fù)現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)和相變溫坪影響因素的實(shí)驗(yàn)。

3.2 預(yù)熔對(duì)相變溫坪的影響

在室溫附近,傳統(tǒng)的固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)是為了實(shí)現(xiàn)共晶固態(tài)與液態(tài)相互轉(zhuǎn)變的過程,從而獲得穩(wěn)定的相變溫坪,用于溫度的量值傳遞[13]。具體熔化復(fù)現(xiàn)過程分為：降溫—凝固溫坪—凝固完成—升溫預(yù)熱—熔化溫坪—熔化結(jié)束，見圖5中的(b)曲線。

由于三元合金是多種高純金屬組成的體系,其熔化機(jī)理變得更為復(fù)雜。如圖6中溫坪曲線1所示,在相變初期溫坪曲線較為圓潤(rùn)斜率較大。導(dǎo)致三元合金溫坪無法與純金屬一樣平坦的原因與共晶相變機(jī)制有密切關(guān)系。共晶點(diǎn)在相變過程中存在偏析問題,即液態(tài)三元共晶在凝固時(shí)發(fā)生了溶質(zhì)的再分配,形成了非平衡態(tài)晶格,微觀層面表現(xiàn)為一組離散的、分離良好的固相[14]。溶質(zhì)的再分配是合金凝固過程的固有屬性,是導(dǎo)致合金凝固過程溶質(zhì)微觀偏析和宏觀偏析缺陷的內(nèi)在因素[15]。熔化過程中,金屬逐漸從非平衡態(tài)晶格向平衡態(tài)晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,且平衡態(tài)晶格的熔化溫度較非平衡態(tài)晶格溫度高。

為了優(yōu)化溫坪,本實(shí)驗(yàn)借鑒雙液-固界面法的內(nèi)熔手段[16],采用了小過熱預(yù)熔方法對(duì)固定點(diǎn)進(jìn)行外熔,即使用高于相變點(diǎn)約1 ℃的溫度對(duì)固態(tài)合金實(shí)現(xiàn)預(yù)熔,讓坩堝壁面處的合金快速形成熔化界面,從而獲得優(yōu)良的相變溫坪。具體熔化復(fù)現(xiàn)過程見圖5(a)曲線,預(yù)熱完成后,升溫至預(yù)熔溫度,待合金預(yù)熔至一定程度后設(shè)定較低的熔化溫度進(jìn)行緩慢熔化。實(shí)驗(yàn)過程中,通過觀察標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)得的電阻值來判斷預(yù)熔程度。

圖5 復(fù)現(xiàn)過程對(duì)比Fig.5 Comparison of reproduction process

實(shí)驗(yàn)采用預(yù)熔與傳統(tǒng)復(fù)現(xiàn)兩種方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),如圖6所示。通過對(duì)比計(jì)算可以得出,溫坪曲線1時(shí)長(zhǎng)約為8 h,期間4 h內(nèi)變化4 mK, 溫坪曲線2時(shí)長(zhǎng)約為12 h,期間4 h內(nèi)變化8 mK,雖然溫坪1時(shí)長(zhǎng)較短,但是斜率比溫坪2更平坦。因此在熔化前期使用小過熱溫度進(jìn)行預(yù)熔處理,可以使得原子快速擴(kuò)散至固體晶格中的平衡位置,以減少非平衡態(tài)晶格向平衡態(tài)晶格轉(zhuǎn)變的弛豫時(shí)間。那么原子將更快地沿固-液相邊界進(jìn)行平衡重排,隨之產(chǎn)生連續(xù)的固液界面,最終獲得優(yōu)良的相變溫坪[13]。

圖6 溫坪對(duì)比Fig.6 Temperature plateau correlation

采用預(yù)熔方法雖然犧牲了溫坪時(shí)長(zhǎng),但是能獲得更加平穩(wěn)的溫坪。為了實(shí)現(xiàn)更好的復(fù)現(xiàn)溫坪效果,溫坪復(fù)現(xiàn)過程中恒溫槽復(fù)現(xiàn)設(shè)置是關(guān)鍵,因此本文分別對(duì)預(yù)熱溫度、預(yù)熔溫度、熔化溫度、預(yù)熔程度進(jìn)行分析,以獲得高復(fù)現(xiàn)性溫坪。

3.3 預(yù)熱溫度對(duì)相變溫坪的影響

首先對(duì)預(yù)熱溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。在固定點(diǎn)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)時(shí),先設(shè)置恒溫槽目標(biāo)溫度分別為60.32,60.57 ℃進(jìn)行預(yù)熱,分別比相變點(diǎn)低0.26,0.01 ℃,穩(wěn)定后再升溫至61.32 ℃進(jìn)行固定點(diǎn)預(yù)熔,待溫度計(jì)電阻值達(dá)到31.269 8 Ω時(shí)(該阻值對(duì)應(yīng)溫度比固定點(diǎn)溫坪初始溫度高約0.03 ℃),再將恒溫槽溫度降低至60.64 ℃(比相變點(diǎn)高0.06 ℃)進(jìn)行緩慢熔化。固定點(diǎn)相變溫坪隨預(yù)熱溫度影響的曲線如圖7所示。由圖7可知,當(dāng)不進(jìn)行任何預(yù)熱處理時(shí),共晶固定點(diǎn)溫坪時(shí)長(zhǎng)為5 h,斜率為2.12 mK/h；在 60.4 ℃預(yù)熱后溫坪時(shí)長(zhǎng)為6 h,斜率為1.75 mK/h；在60.57 ℃預(yù)熱后溫坪時(shí)長(zhǎng)為8 h,斜率為 0.75 mK/h。結(jié)果表明,當(dāng)預(yù)熱溫度越接近固定點(diǎn)溫坪溫度時(shí),固定點(diǎn)溫坪時(shí)長(zhǎng)增加,溫坪斜率也隨之變得更加平緩。預(yù)熱可以使固定點(diǎn)處于一個(gè)穩(wěn)定的熱環(huán)境,略低于相變溫度能更大地減小外界環(huán)境對(duì)其的影響。

圖7 預(yù)熱溫度對(duì)相變溫坪的影響Fig.7 Effect of preheating temperature on phase transition temperature plateau

3.4 預(yù)熔溫度對(duì)溫坪的影響

預(yù)熔溫度直接影響著固定點(diǎn)熔化界面的形成[14],因此本文對(duì)預(yù)熔溫度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。將恒溫槽溫度保持在60.57 ℃進(jìn)行預(yù)熱,穩(wěn)定后再分別升溫至61.32,62 ℃進(jìn)行合金預(yù)熔化,分別比相變點(diǎn)高0.74,1.42 ℃,待溫度計(jì)電阻值達(dá)到31.269 8 Ω時(shí),再將恒溫槽溫度降低至60.64 ℃進(jìn)行緩慢熔化。固定點(diǎn)相變溫坪隨預(yù)熔溫度影響的曲線如圖8所示。由圖8可知：在61.32 ℃預(yù)熔后溫坪斜率為0.75 mK/h；在62 ℃預(yù)熔后溫坪斜率為1.75 mK/h，結(jié)果表明預(yù)熔溫度過高會(huì)導(dǎo)致共晶固定點(diǎn)溫坪效果變差。

圖8 預(yù)熔溫度對(duì)溫坪的影響Fig.8 Effect of pre-melting temperature on temperature plateau

3.5 熔化溫度對(duì)溫坪的影響

固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)水平受熔化溫度的直接影響,因此需要探索最佳的熔化溫度。將恒溫槽溫度保持在60.57 ℃進(jìn)行預(yù)熱,穩(wěn)定后再升溫至61.32 ℃進(jìn)行合金預(yù)熔化,待溫度計(jì)電阻值達(dá)到31.269 8 Ω時(shí),再將恒溫槽溫度分別降低至60.64,60.67,60.72 ℃進(jìn)行緩慢熔化,設(shè)定溫度分別比相變點(diǎn)高0.06,0.09,0.14 ℃。固定點(diǎn)相變溫坪隨熔化溫度影響的曲線如圖9所示。由該圖可知：在60.72 ℃熔化后溫坪時(shí)長(zhǎng)為3 h,溫坪斜率為3.3 mK/h；在60.67 ℃熔化后溫坪時(shí)長(zhǎng)為6 h,溫坪斜率為1.35 mK/h；在 60.64 ℃熔化后溫坪時(shí)長(zhǎng)為8 h,溫坪斜率為0.75 mK/h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熔化溫度越貼近相變溫度,共晶固定點(diǎn)溫坪效果更好。

圖9 熔化溫度對(duì)溫坪的影響Fig.9 Effect of melting temperature on temperature plateau

3.6 預(yù)熔程度對(duì)溫坪的影響

將恒溫槽溫度保持在60.57 ℃進(jìn)行預(yù)熱,穩(wěn)定后再升溫至61.32 ℃進(jìn)行合金預(yù)熔化,待溫度計(jì)電阻值達(dá)到31.269 5,31.270,31.270 4 Ω時(shí)(阻值對(duì)應(yīng)溫度比固定點(diǎn)溫坪初始溫度高約0.03，0.035，0.04 ℃),再將恒溫槽溫度降低至 60.64 ℃進(jìn)行緩慢熔化。固定點(diǎn)相變溫坪隨預(yù)熔程度影響的曲線如圖10所示。溫坪曲線1的溫坪時(shí)長(zhǎng)約為2.5 h,溫坪斜率為1.7 mK/h；溫坪曲線2的溫坪時(shí)長(zhǎng)為8 h,溫坪斜率為0.75 mK/h；溫坪曲線3的溫坪時(shí)長(zhǎng)為11 h,溫坪斜率為1 mK/h。由該圖可知：預(yù)熔時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致合金過多熔化,固定點(diǎn)溫坪提前結(jié)束；預(yù)熔時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致預(yù)熔效果不明顯,溫坪斜率偏高。

圖10 預(yù)熔程度對(duì)溫坪的影響Fig.10 Effect of pre-melting degree on temperature plateau

4 復(fù)現(xiàn)與相變溫度計(jì)算

4.1 復(fù)現(xiàn)性

綜合上述影響因素分析,該固定點(diǎn)溫坪最優(yōu)復(fù)現(xiàn)方法為：首先將共晶固定容器放置于50 ℃左右的恒溫水槽中凍制,將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)插入溫度計(jì)阱中,連接測(cè)溫儀監(jiān)控阻值變化,待其完全凝固后升溫至60.57 ℃使其穩(wěn)定,然后再升溫至61.32 ℃進(jìn)行合金預(yù)熔,待電阻值達(dá)到31.270 Ω時(shí),降溫至60.64 ℃進(jìn)行緩慢熔化。采用該方法進(jìn)行了3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),復(fù)現(xiàn)結(jié)果見圖11所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,共晶固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)熔化溫坪持續(xù)7 h 以上,期間4 h 內(nèi)溫坪變化4 mK。

圖11 溫坪復(fù)現(xiàn)曲線Fig.11 Curves of the temperature plateau

4.2 相變溫度計(jì)算

共晶固定點(diǎn)熔化溫坪溫度的確定是評(píng)估固定點(diǎn)性能的重要內(nèi)容[17],因此本文采用了切線交點(diǎn)法對(duì)三元共晶固定點(diǎn)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。切線交點(diǎn)法指取相變過程部分和相變剛結(jié)束部分溫坪曲線分別作出一條切線,兩條切線的交點(diǎn)取值作為共晶的相變溫度[18]。相變過程部分選取斜率最小區(qū)間段進(jìn)行線性擬合,由于本文實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布過于密集,導(dǎo)致一次差分時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多小量,無法直接計(jì)算溫坪斜率,因此通過計(jì)算某一時(shí)間段溫度計(jì)測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來確定最平穩(wěn)溫坪的區(qū)間,計(jì)算結(jié)果如圖12所示。由于2～2.5 h區(qū)間溫度計(jì)未達(dá)到熱平衡,本文選取3.5～5.5 h溫坪進(jìn)行線性擬合計(jì)算；相變結(jié)束部分選取接近線性上升狀態(tài)段進(jìn)行線性合。

圖12 溫坪曲線每0.5 h測(cè)量值變化標(biāo)準(zhǔn)偏差Fig.12 Standard deviation of temperature plateau curve every 0.5 h

采用切線交點(diǎn)法對(duì)三元共晶固定點(diǎn)熔化溫坪曲線的擬合結(jié)果如圖13所示。對(duì)擬合后的曲線方程進(jìn)行了計(jì)算,表1為根據(jù)上述方法處理得到的相變溫度值。

圖13 切線交點(diǎn)法擬合結(jié)果Fig.13 Fitting results of tangent intersection method

表1 切線交點(diǎn)法相變溫度值Tab.1 Phase transition temperature value

對(duì)該共晶固定點(diǎn)進(jìn)行了賦值,選取2支工作基準(zhǔn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)(SPRT)進(jìn)行測(cè)量,溫度計(jì)編號(hào)分別為：194168、194108。待共晶固定點(diǎn)相變溫坪曲線最平穩(wěn)時(shí),依次將2支SPRT插入固定點(diǎn)溫度計(jì)阱中并連接F900測(cè)溫電橋測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在1 mA工作電流下的電阻值,并使用測(cè)得值與切線交點(diǎn)值的偏差進(jìn)行修正。賦值結(jié)果如圖14所示,獲得的相變溫度平均值為60.581 8 ℃。該賦值結(jié)果與Witusiewicz所得到的研究結(jié)果相近,Witusiewicz通過DSC熱分析計(jì)算得出Bi36.1-In50.2-Sn13.7相變溫度為60.6 ℃,其反應(yīng)為L(zhǎng)+BiIn2?Bi3In5+β[19]。

圖14 2支鉑電阻溫度計(jì)對(duì)固定點(diǎn)相變溫度賦值結(jié)果Fig.14 Assignment result of phase transition temperature by two SPRTs

5 不確定度分析

表2 不確定度分析Tab.2 Summary of uncertainty mK

6 結(jié) 論

本文以鉍銦錫三元合金為對(duì)象,研制了Bi-In-Sn固定點(diǎn)容器并開展了三元合金固定點(diǎn)溫坪優(yōu)化方法探索與固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。由于三元金屬共晶原理,共晶固定點(diǎn)在相變過程中溫坪曲線斜率較大,采用了小過熱預(yù)熔法對(duì)溫坪進(jìn)行了優(yōu)化。研究了不同復(fù)現(xiàn)方法及不同熱工況對(duì)三元合金溫坪的影響。通過研究預(yù)熱、預(yù)熔溫度、預(yù)熔程度及熔化溫度等因素的影響,優(yōu)化了共晶固定點(diǎn)的相變溫坪。經(jīng)過溫坪復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn),優(yōu)化后的Bi-In-Sn共晶固定點(diǎn)溫坪持續(xù)7 h以上,溫坪實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于1.3 mK,通過對(duì)固定點(diǎn)賦值得到Bi-In-Sn共晶點(diǎn)溫度為 333.731 8 K,擴(kuò)展不確定度為3.0 mK (k=2)。結(jié)果表明：

(1) 預(yù)熔可以加速原子的擴(kuò)散,減少非平衡態(tài)向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變的弛豫時(shí)間,以產(chǎn)生連續(xù)的固液界面。適當(dāng)?shù)念A(yù)熔溫度與預(yù)熔時(shí)間可獲得優(yōu)良的相變溫坪。

(2) 預(yù)熱可以使固定點(diǎn)處于一個(gè)穩(wěn)定的熱環(huán)境,通過預(yù)熱能有效減小外界環(huán)境對(duì)其的影響。

(3) 熔化溫度越貼近相變溫度,共晶固定點(diǎn)溫坪效果更好,但熔化溫度過低會(huì)導(dǎo)致溫坪無法結(jié)束,拐點(diǎn)不明顯,無法通過計(jì)算獲得相變溫度值。