第8章材料热分析课件

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1、8.1热分析技术的概述热分析：在程序控温下，测量材料物理性质与温度之间关系的一种技术。基本过程：升温或降温→材料结构、相态、化学性质→物理性质变化（质量、温度、尺寸、声、热、光、力、电、磁等）→测量上述物理性质的变化→材料结构鉴定、热力学参数、动力学数据→指导生产、控制质量热分析起始于1887年，发展至今分为9类17种应用广泛的有热分析特点：1、温度的变化是受程序控制的；2、一种很简便地测定因温度变化而引起材料物性变化的方法，通常不涉及复杂的光谱仪或其他手段。现代热分析仪组成：程序控温系统、测量系统、显示系统、气氛控制系统、操作控制和数据处理系统8.2热重分析法（T

2、G）概念：在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。热重法通常有下列两种类型：①等温（或静态）热重法在恒温下测定物质质量变化与时间的关系。②非等温（或动态）热重法在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。方法有变位法和零位法变位法：根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检测倾斜度，并记录零位法：采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动以恢复天平梁的倾斜，其电流与质量成比例1、试样支持器；2、炉子；3、测温热电偶；4、传感器（差动变压器）5、平衡锤；6、阻尼及天平复位器；7、天平；8、

3、阻尼信号微商曲线的表示及意义TG:表示加热过程中样品失重累积量，为积分型曲线DTG:表示重量随时间的变化率，它是温度或时间的函数：dW/dt=f(T或t)，是峰形曲线DTG在d2W/dt2=0可得出最大反应速率的温度(峰值），以及反应终止的温度，而TG曲线很难DTG曲线峰面积与样品对应的质(重)量变化成正比，可准确的进行定量分析能够消徐TG曲线存在整个变化过程各阶段变化互相衔接而不易分开的毛病，以DTG的最大峰值为界把热失重阶段分成两部分TG、DTG的比较影响TG的因素实验条件的影响1、样品盘的影响2、挥发物冷凝的影响3、升温速度的影响（热滞后）4、气氛的影响（动态

4、）样品的影响1、样品用量的影响2、样品粒度的影响实验条件的影响1、样品盘的影响①样品盘为惰性材料，不同的试样应选择对应的样品盘，否则试样将与样品作用从而影响TG曲线②在选择样品盘时样品盘的形状以浅盘为好，试验时将试样薄薄地摊在其底部，不要加盖，以利于传热和生成物的扩散。2、挥发物冷凝的影响挥发物的再冷凝不但污染仪器，而且使测得的样品失重量偏低。待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥发产生假失重。为此，应加大热天平室气氛的通气量，使逸出的挥发物立即离开试样皿及其支持器。3.升温速率的影响升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度偏高，甚至不利于中间产物的测

5、出。一般升温速率不影响失重量。4.炉内气氛的影响与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。静态气氛：惰性气氛，反应不受影响含有产物气体，抑制反应，温度升高动态气氛：①带走产物气体，加快失重速率②通入产物气体，降低失重速率③一般大流速有利于传热，使分解温度降低；④提高气氛压力，使分解温度提高，分解速率减慢，反应区间增大。样品的影响1、试样用量——用量大，因吸、放热引起的温度偏差大，且不利于热扩散和热传递。要检测中间产物的灵敏度，应采用少量试样，获得较好的检测结果。2、试样粒度——粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄。粒度粗则反应较慢，反应滞后

6、。3、装填方式——装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传导，但不利于扩散或气体的逸出。要求装填薄而均匀。试样的反应热、导热性、比热容也有影响。图ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线升温速率[1]:5K/min;[2]:10K/min；[3]:15K/min影响热重曲线的因素主要是升温速率，样品用量和样品颗粒大小也有影响。如下图是ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线，可以看出,升温速率越大，分解温度越滞后；同样道理，在进行热重分析时，样品尽量制备成细小颗粒，并装填紧密，使样品颗粒间接触良好，有利于热传导，减小热滞后现象，样品用量大，样品内部温度梯度也大，而且反应产物的扩

7、散作用也慢,因此实验时尽量使用少量的样品热重分析应用中的注意事项（1）注意样品的预处理：干燥或真空干燥；添加剂的挥发或分解；高温或腐蚀性物质要求采用铂金坩埚（2）样品的测量气氛：一般情况下是在氮气保护下测量，少量的氧也会对热失重曲线有重要影响。有时也专门测量氧气存在下的热失重研究样品高温氧化情况。（3）程序升温速度的控制：升温过快或过慢使曲线发生偏移。一般情况下升温速率在5～10℃/min（4）DTA与TG的联用：DTA与ＴＧ样品室相联，控制同样的升温速率进行试验，同时得到DTA与TG的曲线，以便于对照分析。TG的应用TG曲线关键温度的表示法A点叫起始分解温度，