第三章 热分析

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1、第三章热分析一、教学目的理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。二、重点、难点重点：差热分析、热释光谱分析基本原理、差热曲线的判读。难点：差热曲线的判读。三、教学手段多媒体教学四、学时分配4学时第一节概述：一、三种基本、常用性能测试手段X射线物相分析、电子显微分析与热分析（材料分析三大手段）1.X射线衍射物相分析----物相、结构等2.电子显微分析-----形貌、成分微区分析、结构、位错等3.热分析：专门分析加热或冷却过程发生的

2、变化（物理、化学变化）①过程分析②动态二、热分析及热分析方法（一）热分析：把根据物质的温度变所引起的性能变化（热能量，质量，结构，尺寸等）来确定状态变化的分析方法，统称为热分析。（二）热分析主要方法1.热重分析法把试样置于程序可控加热或冷却的环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。记录称为热重曲线，纵轴表示试样质量的变化。2.差热分析14把试样和参比物（热中性体）置于相同加热条件，测定两者温度差对温度或时间作图的方法。记录称为差热曲线。3.示差扫描量热法把试样和参比物置于相同加热条件，在程序控温下，测定试样与参比物的温度

3、差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。记录称为示差扫描量热曲线。4.热机械分析（形变与温度的关系）5.热膨胀法在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。纵轴表示试样尺寸变化，记录称热膨胀曲线。第二节差热分析：（DifferentialThermalAnalysis）（ＤＴＡ）是材料科学研究中不可缺少的方法之一。一、差热分析的基本原理放热峰T2T1T△T参比物T1=T2基线试样差热分析原理示意图如图所示：1.在样品库中分别装入被测试样和参比物。2.插入两支相同的热电偶。3.将两支热电偶

4、的其同极接在一起-----构成示差热电偶，其温度电动势为：EAB=k/e(T1-T2)LnneA/meB(3---1)式中：EAB-----示差电动势K------波尔兹曼常数14e----电子电荷T1,T2-----试样和参比物（两热电偶热端温度）neA,meB-----两金属AB中的自由电子数1.电炉在程序控制下均匀开温：①当试样无任何物理化学变化时T1=T2EAB=0记录仪上为一条平行于横坐标的直线-----基线。②当试样发生吸热反应时：T2T1EAB<0出现放热峰综上

5、所述：试样物花变化→热效应→与参比物温差→示差热电偶记录→差热曲线二、差热分析仪：加热炉温度程序控制系统差热系统记录系统样品座示差热电偶三、差热分析方法测试条件1、试样要求：①参比物要求△整个测温范围内无热效应。△比热和导热系数比试样接近△粒度：100—300目筛（150—50µm）常用：α——AL2O3②试样要求:△粉末—过100-300目筛△装填密度与参比物相近△稀释试样—用参比物2测试条件①升温速率：1~10℃/min②走低速度：升温温度10℃/min时为30cm/h③热点偶选择：〈1000℃镍路—镍铝〉1000℃PT—Pt

6、90Rh14④试样座和参比物座的分辨率：△热物体接近某一热电偶：指针左偏——参比物座（试样吸热）右偏——试样座△乙醇.乙醚——与上相反四：差热曲线的判读及影响因素（一）、差热曲线的判读1.基线漂移：产生：Cr≠CsTS≠TR所以△T=TS-TR△T：△T=(Cr-Cs)/V{1-exp(-k/Cs)}(3-2)基线位置：（△T）a=(Cr-Cs)/KV式中：△T——试样与参比物温差（K）Cr——参比物热容（J/K）Cs——试样温度（J/K）V——升温速度（℃/min）K——比例常数与仪器有关讨论：△：（△T）a与V成正比△：（△T

7、）a与K成反比2转变点的确定①差热曲线的特征构成=基线+吸热峰（放热峰）基线△T=0（有漂移）吸热峰（放热峰）②差热曲线上转变点的确定根绝国际热分析协会对大量试样测验的结果认定：曲线=开始偏离极限那点的切线与曲线最大斜率切线的交点——最接近于热力学平衡温度。因此外推法确定差热曲线上反应温度的起始点或转变点。外推法：曲线开始偏离基线的切线与曲线最大斜率切线的交点。转变点的意义：反应起始温度点峰值温度点反应完成温度点3.反应速度的判定同一升温速率下：峰形陡：反应速度快峰行缓：反应速度慢14（二）影响差热曲线形态的因素1.加热速度：慢：

8、峰形：宽平滞后小快：峰形：尖长滞后大根据传热性质、热容、反应速度、试样座传热性质、仪器灵敏度、走纸速度等因素，选择加热速率。一般：λ小C大所以V慢2.压力和气氛：①压力：减小：分解温度降低低温移动增大：分解温度升高高温移动②气氛：不同气氛反应不同—