材料研究方法与实验_4热分析.pdf

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1、热分析（ThermalAnalysis）热分析1.热分析概论2.差热分析法(DTA)3.差式扫描量热法（DSC）4.热重分析(TG)5.DTA、DSC、TG技术的应用6.热机械分析法1.热分析概论1.1热分析的定义及内容定义：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的对应关系的一种测量技术。例如，尼龙由室温加热到270°C以上，热量～温度、体积～温度、模量～温度、重量～温度温度变化将引起的物理性质的变化：温度、质量、尺寸、热量、力学、声、光、热、电、磁等国际热分析协会：ICTA热分析分类物理量

2、方法名称简称物理量方法名称简称热重法TG尺寸热膨胀法TD等压质量变化测定热机械分析TMA力学量逸出气检测EGD动态热机械法DMA质量逸出气分析EGA热发声法TS声学量放射热分析ETA热传声法热微粒分析光学量热光学法TPA升温曲线测定电学量热电学法DEA温度差热分析DTA磁学量热磁学法TM热量差示扫描量热法DSC1.2热分析仪器的基本构成热分析1.热分析概论2.差热分析法(DTA)3.差式扫描量热法（DSC）4.热重分析(TG)5.DTA、DSC、TG技术的应用6.热机械分析法2.差热分析法(DT

3、A)2.1差热分析法概论2.2差热分析的原理2.3差热分析曲线的分类与识别2.4影响差热分析结果的因素2.差热分析法(DTA)2.1差热分析法概论样品和参比物之间的温差~温度参比：α–Al2O3（在测试温度范围内不产生任何热效应）DTA普适曲线ICTA规定，热分析的结果都称为曲线样品温度下降的变化：玻璃化转变、解取向、晶体的熔化、蒸发、分解或裂解反应样品温度上升的变化：结晶、化合或聚合反应、氧化反应2.3.2曲线形状的分类DTA普适曲线ΔT＝Ts－Tr峰状：结晶、熔化等热力学一级转变阶梯状：玻璃

4、化转变等热力学二级转变不规则曲线：化学反应2.4影响差热分析结果的因素2.4.1实验条件的影响V升温速率ΦV测试气氛的影响V压力的影响V坩埚形状和材料的影响2.4.2试样的影响V试样用量的影响V试样粒度和装样紧密程度的影响2.4影响差热分析结果的因素2.4.1实验条件的影响V升温速率Φ①提高Φ，反应起始温度、峰温、终止温度增高；FeCO3的升温失去CO2反应升温速率Ti/°CTf/°C°C/min140050020480610②提高Φ，仪器灵敏度增加；③对于多阶反应，慢速升温有助于阶段反应的分离

5、；（即Φ小，仪器的分辨率提高）PE升温到120°C保温10min，冷却到110°C恒温2min后速冷至室温；再升温到105°C恒温2min后速冷至室温；再升温到100°C恒温2min后速冷至室温；…...④升温速率影响试样内部温度分布V升温速率Φ对DTA分析结果的影响①提高Φ，反应起始温度、峰温、终止温度增高；②提高Φ，仪器灵敏度增加；③对于多阶反应，慢速升温有助于阶段反应的分离；（即Φ小，仪器的分辨率提高）④升温速率影响试样内部温度分布。V测试气氛的影响采用变换气氛的方法辨析热分析曲线热效应的

6、物理－化学归属热效应物理-化学归属空气氛惰性气体氛等放热峰结晶或固化放热峰吸热峰分解燃烧无峰氧化气氛因素的影响和注意事项：①动态还是静态气氛。静态使气体产物分压升高，反应移向高温②气氛种类。空气、O2、He、N2、Ar、H2、CO、Cl2、F2、H2O、真空、高压③气体流量影响到试样分解温度、测温精度、基线、峰面积④应考虑气氛与气体路经的构件有无反应⑤注意防止爆炸和中毒⑥气氛的热传导能力不同将影响到炉内温度分布和试样到检测器的热传递V压力的影响产物气体分压升高，使反应移向高温，且使峰变尖而窄V坩

7、埚形状和材料的影响氧化反应形状：深、浅敞开、封闭降解产物在铂催化下的氧化反应材料：铂、银、镍、铝、石英、刚玉、玻璃等（2）试样的影响V试样用量的影响少量试样有利于气体产物的扩散和试样内温度的均衡空气氛ZnC2O4⋅2H2O→ZnC2O4+2H2O(吸热)ZnC2O4→ZnCO3+CO(吸热)CO+O2→CO2(放热)V试样粒度和装样紧密程度的影响空气氛小粒度较好CaC2O4⋅H2O→CaC2O4+H2O(262°C峰)同一样品粒度均匀CaC2O4→CaCO3+CO(511°C峰)CO+O2→CO

8、2(511°C峰)CaCO3→CaO+CO2(916°C峰)2.4影响差热分析结果的因素（1）实验条件的影响V升温速率ΦV测试气氛的影响V压力的影响V坩埚形状和材料的影响（2）试样的影响V试样用量的影响V试样粒度和装样紧密程度的影响3.差式扫描量热法（DSC）DTA方法的局限性：只得到ΔT～T关系，无法确定变化过程中的热效应DSC：程序温度下，测量物质热量与温度关系的技术DSC的种类：热流式、功率补偿式、调制式3.1.2热流型DSC的仪器构造将热量均匀地传导给试样→和参比，同时隔绝热辐射和对流差