超微量杂质对金属锌凝固点相变温度影响的研究

The current International Temperature Scale(ITS-90) is defined on sets of the metal and nonmetal fixed points with the purity of 99.9999%, and the temperature value of fixed points was given by the temperature of the high pure phase transition with a certain pressure. Many factors influence the stability of the fixed points, and the impurities in the pure metals make a major contribution to the uncertainty, so that the study about the effect of the impurities for the metal fixed points in ITS-90 has been become the frontier topic in the field of the internatinal temperature scale. This project pay all attention to the zinc fixed point that is one of the impoortant fixed point in ITS-90, and the study about Non equilibrium phase transition mechanism of the ultro-trace impurities for the zinc fixed point will be carried out, and the effect of thermal environment,solidification rate and solidification initial for the phase transition of the zinc fixed point.a new zinc fixed point will be developped in the quasi-adiabatic condition so that the influence of the ultro-trace impurities for the phase transition temperature of the zinc fixed point will be precisely measured by the experiment method. the Research findings will give the theoretical support for the high-level realization of the metal fixed points in ITS-90, and the effective data will be accumulated for the correction of the effect of the ultro-trace impurities for the phase transtion temperature of the zinc fixed point and the binary and ternary phase diagram.

现行国际温标（ITS-90）以一系列金属、非金属纯物质（纯度99.9999%）在一定压力下的平衡相变温度为定义固定点，这些固定点的稳定性受诸多因素的影响，其中，超微量杂质对固定点相变温度的影响作为关键问题，成为目前国际温度计量领域广泛关注的前沿课题。本项目主要针对国际温标中重要的定义固定点锌凝固点，利用热力学，金属凝固及扩散基础理论，开展杂质与锌在"近零二元系统"中非平衡相变机理的研究，探索热环境、凝固速度以及凝固初始等对固定点相变温度的影响，采用准绝热技术实验准确获得超微量杂质对固定点相变温度的影响，为温标的高水平复现提供理论支持，为超微量杂质对固定的影响及材料科学二元或三元相图提供数据积累。

本项目主要针对国际温标中重要的定义固定点锌凝固点，利用热力学、金属凝固及扩散基础理论，开展超微量杂质与锌在“近零二元系统”中非平衡相变机理的研究，探索热环境、凝固速度以及热历史等对固定点相变温度的影响，采用准绝热技术实验精确测量超微量杂质对固定点相变温度的影响，为国际温标的高水平复现提供理论支持，为超微量杂质对固定点相变温度影响的修正及材料科学二元相图提供数据积累。.基于上述目标，本项目主要研究内容包括：(a)本项目利用热力学基础理论，对我国锌凝固点温度国家基准通过数值模拟，分析不同的热环境及不同的传热结构对相变温度测量的影响；(b) 利用当前最先进的化学分析技术，分析杂质的存在形式及分布，开展部分杂质元素对锌固定点相变温度影响规律研究，准确测量Ag-Zn、Pb-Zn、Fe-Zn、Ni-Zn、Ga-Zn及Ge-Zn液相线斜率；(c) 研制准绝热固定点，探索最优的准绝热固定点复现方法，获得优于20mK的均匀温场及0.13mK复现性，验证Pb-Zn液相线斜率；(d) 开展杂质对温度金属固定点影响的修正方法的研究，提出基于Scheil方程的梯度法及基于Scheil方程的最小二乘拟合法评估杂质的影响两个新方法。