材料方法-第8章-热分析技术-1.ppt

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1、第8章热分析技术（ThermalAnalysis)热分析技术（thermalanalysis）是在程序控制的温度下测量物质的各种物理转变与化学反应，用于某一特定温度时物质及其组成和特性参数的测定，由此进一步研究物质结构与性能的关系、反应规律等。热分析术技术的发展1780年英国人Higgins研究了石灰粘结剂和生石灰的重量变化。1887午，德国人H.Lechatelier用一个热电偶插入受热粘土试样中，测量粘土的热变化；所记录的数据并不是试样和参比物之间的温度差。1899年，英国人Roberts和Austen改良了Lechatelier装置，采用两个热电偶反相连接，采用差

2、热分析的方法研究钢铁等金属材料。直接记录样品和参比物之间的温差随时间变化规律；首次采用示差热电偶记录试样与参比物间产生的温度差．这即目前广泛应用的差热分析法的原始模型。1915年日本的本多光太郎把化学天平的一端秤盘用电炉围起来第一次用天平测量了试样受热时所产生的变化。提出了“热天平”概念并设计了世界上第一台热天平（热重分析）；测定了MnSO4.4H2O等无机化合物的热分解反应。二十年代，差热分析在粘土、矿物和硅酸盐的研究中使用得比较普遍。从热分析总的发展来看，四十年代以前是比较缓慢的．例如热天平直到四十年代后期才用于无机重量分析和广泛应用于煤炭高温裂解反应。20世纪40

3、年代末商业化电子管式差热分析仪问世，60年代又实现了微量化。1964年，Watson和O’Neill等人提出了“差示扫描量热”的概念，进而发展成为差示扫描量热技术，使得热分析技术不断发展和壮大。差示扫描量热法DifferentialScanningCalorimetry(DSC)差热分析DifferentialThermalAnalysis（DTA）热重法ThermogravimetricAnalysis(TGA)ThermomechanicalAnalysis(TMA)DynamicMechanicalAnalysis(DMA)常用的热分析方法DSCDTA在程控温度下

4、，测量输入到物质和参比物之间的功率差与温度关系的技术横轴为温度或时间；纵轴为热流率，有两种：。（1）功率补偿DSC（2）热流DSC在程控温度下，测量物质和参比物之间的温度差与温度关系的技术。横轴为温度或时间，从左到右逐渐增加；纵轴为温度差，向上表示放热，向下表示吸热TGADTG在程控温度下，测量物质的质量与温度关系的技术。横轴为温度或时间，从左到右逐渐增加；纵轴为质量，自上向下逐渐减少将热重法得到的热重曲线对时间或温度一阶微商的方法。横轴同上；纵轴为重量变化速率TMA在程控温度下，测量物质在非振动负荷下的形变与温度关系的技术。负荷方式有拉、压、弯、扭、针入等DMA在程控

5、温度下，测量物质在振动负荷下的动态模量和（或）力学损耗与温度关系的技术。其方法有悬臂梁法、振簧法、扭摆法、扭辫法和粘弹谱法等原理差热法Differentialthermalanalysis，DTA恒定加热速率时，测样品温度的变化速率通常T稳速上升，熔化或吸/放热反应T平台记录样品与参比物之间的温差参比物：在所测范围内不发生任何热效应,Al2O3仪器thermalanalysis样品参比物电热丝热电偶金属差热分析（DTA）原理图典型的DTA曲线thermalanalysisCaC2O4·H2OCaC2O4CaCO3CaO失H2O分解出CO燃烧分解出CO2的TG和DTA曲线

6、CaC2O4·H2O应用thermalanalysisSrCO3在空气中分解的DTA-TG曲线比较斜方形到六面体应用thermalanalysis适用于温度突变重量不变的情况晶体熔化高聚物分解高聚物的强度、柔性决定于结晶度180℃的峰面积与晶体重量成比例半晶体高聚物材料晶型转变相变如熔融反应特别是无质量变化差示扫描量热Differentialscanningcalorimetry,DSC差示量热计代替加热炉产生温差用继电器启动功率补偿，保持同温分析曲线与DTA相同，但更准确应用：测反应焓、比热、观察熔点降低，测高纯有机物中杂质DSC的设计方式热流式HeatFluxDSC

7、热补偿式PowerCompensationDSC测量DT由DH=kDT计算DH炉体较大直接测量DH不需复杂数学运算炉体较大小相变(Tg,Tm,Tc),热固化和其他化学反应CuSO4·5H2ODSCDTAthermalanalysis醋氨酚(杂质为4－氨基酚)的DSC曲线熔化的峰温、峰高均随杂质增多而降低据此可进行纯度测定有机物含量测定影响DTA与DSC曲线的因素仪器因素操作条件:升温速率气氛样品状态：试样量试样粒度样品装填方式热重分析(TGA)德国NETZSCHSTA449C型综合热分析仪热重分析是在程序温度下测量试样与温度或时间关系的一