第13章 热分析技术

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1、第13章热分析技术ThermalAnalysis上海应用技术学院材料工程系热分析历史•1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂和生石灰受热重量变化。•1915年日本的本多光太郎提出“热天平”概念。二战以后，热分析技术飞快发展。•40年代末商业化电子管式差热分析仪问世。•1964年提出“差示扫描量热”的概念。•热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析方法。上海应用技术学院材料工程系1"热分析"定义•国际热分析联合会(InternationalConfederationonThermalAnalysis.ICTA.)规定的热分析定义为：•

2、热分析法是在程序控制温度下测定一种物质的物理性质随温度变化的分析科学。上海应用技术学院材料工程系热分析技术分类•热重分析(TG)测量参数:质量•离析气体检测(EGD)•离析气体分析(EGA)•放射热分析、热离子分析•差热分析(DTA)测量参数:温度•差示扫描量热(DSC)测量参数:热量•热机械分析(TMA)、热声计、热光学计、热电子计、热电磁计上海应用技术学院材料工程系2热分析技术分类物理性质技术名称简称物理性质技术名称简称机械热分热重法TG析机械特性TMA导热系数法DTG动态热质量逸出气检测机械热EGD法逸出气分析热发声法EGA法声学特性热传声法差

3、热分析热光学法温度DTA光学特性差示扫描量热电学法焓DSC电学特性热法*热膨胀法热磁学法尺度TD磁学特性上海应用技术学院材料工程系热分析四大支柱差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化学现象。——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表征及结构性能等。上海应用技术学院材料工程系3•目前热分析已经成为材料科学最常见的研究手段之一。•世界著名的热分析仪器生产商:Perkin-

4、ElmerNetszchMettler-ToledoHitachi法国SETRAM公司的LabsysTM综合热分析仪上海应用技术学院材料工程系热分析仪器Perkin-ElmerDSCTGATG-DTA上海应用技术学院材料工程系469300Caluire综合热分析仪上海应用技术学院材料工程系13.1差热分析DTA差热分析法：在程序控制温度下，测量物质的温度和参比物温度差和温度关系的一种技术.DTA曲线：描述试样与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。•参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如α-Al2O3、MgO

5、等。上海应用技术学院材料工程系513.1.1DTA的基本原理•将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率：ν＝dT/dt进行程序升温图差热分析的原理图1-参比物;2-试样;3-炉体;4-热电偶上海应用技术学院材料工程系热电偶样品参比物电热丝金属thermalanalysis上海应用技术学院材料工程系6•T：试样的温度s•T：参比物的温度r•设试样和参比物•(包括容器、温差电偶等)的热容量C、C不随sr温度而变图试样和参比物的升温曲线上海应用技术学院材料工程系∑以ΔT=T－T对tsr作图，所得DTA曲线如图所示∑在0-a区间，ΔT大体上是一致的，形

6、成DTA曲线的基线∑随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，则与参比物间的温差变大，在DTA曲线中表现为峰上海应用技术学院材料工程系7典型的DTA曲线基线、峰、峰宽、峰高、峰面积∑横坐标:时间或温度∑纵坐标:温度差ΔT,吸热过程显示向下的峰,放热过程显示向上的峰,图典型的DTA曲线•图中基线相当于ΔT=0，样品无热效应发生。上海应用技术学院材料工程系13.1.2DTA曲线特征点温度DTA曲线的起始温度可取T(外e推始点)°曲线偏离基线之点Ta•曲线陡峭部分切线和基线延长线这两条线交点T(外推e始点)•T:反应的真f’正终点温度DTA曲线特征点

7、温度上海应用技术学院材料工程系813.1.3DTA的仪器结构差热分析仪由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及放大、记录系统等部分组成。上海应用技术学院材料工程系13.1.4影响差热分析的主要因素试样因素仪器因素实验条件上海应用技术学院材料工程系9一影响DTA曲线的仪器因素•——炉子尺寸均温区与温度梯度的控制炉膛直径越小、长度越长、均温区越大、差热基线直、检测性能稳定•——坩埚大小和形状热传导性控制•——差热电偶性能材质、尺寸、形状、灵敏度选择•——热电偶与试样相对位置热电偶热端应置于试样中心上海应用技术学院材料工程系二影响DTA曲线的试样因素•（

8、1）热容量和热导率的变化应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物•（2）试样的颗粒度•——试样颗粒越大，峰