材料分析教学课件-热分析2014.pptVIP

材 料 热 分 析 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、熔化、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。 热分析的起源及发展 1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂和生石 　　灰受热时的重量变化 　1887年法国的Le chatelier创始差热分析技术 　1915年日本的本多光太郎提出“热天平” 概念 　20世纪40年代末商业化电子管式差热分析仪问世 1964年Watson提出“差示扫描量热”的概念，被Perkin-Elmer 　　公司采用研制出差示扫描量热分析仪 1968年ICTA(International Confederation for Thermal Analysis)成立 二、差热分析 差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）　　 是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。 参比物： 热容与试样相近而在测试条件下不产生 任何热效应的惰性物质 差热分析仪的原理与构造 差热分析仪构造简图 （1）加热炉 （1）加热炉 炉内有均匀温度区，使试样均匀受热； 程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控制精度高； 炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流干扰； 电炉热容量小，便于调节升、降温速度； 炉子体积小、重量轻，便于操作和维修； 使用温度上限最高可达1800 ℃ 。 （2）试样容器 能容纳粉末状样品的惰性材料 在耐高温条件下选择热传导性好的材料 　 样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、铂、钨等 　　支架材料：镍（1300K）、刚玉（1300K）等 （3）热电偶 产生较高温差电动势，随温度成线性关系的变化； 测温范围宽，长期使用稳定，高温下耐氧化、耐腐蚀； 电阻率小、导热系数大； 电阻温度系数较小。 铜-康铜（350℃/500 ℃ ）、铁-康铜（600/800 ℃ ） 镍铬-镍铝（1000/1300 ℃ ）、铂-铂铑(1300/1600 ℃) 铱-铱铑（1800/2000 ℃ ） （4）温度控制系统 ——以一定的程序来调节升温或降温的装置 ——1~100K/min，常用的为1~20K/min （5）记录系统 2. 差热分析曲线 差热分析曲线是将试样和参比物置于同一环境中进行程序温度变化，将两者间的温度差对时间或温度作记录所得曲线。 （2）典型的DTA曲线 （3）实际的差热曲线 　差热峰的尖锐程度 (4)差热分析曲线的特性 　Ti 受仪器灵敏度影响。仪器灵敏度越高，在升　　温差热曲线上测得的值低且接近于实际值。 　Tf 很难授以确切的物理意义，只是表明经过一次反应之　　后，温度到达Tf时曲线又回到基线。 3、影响DTA曲线的因素 （1）影响DTA曲线的仪器因素 (2) 影响DTA曲线的操作因素 MnCO3的差热曲线 压力和气氛 ——对体积变大的试样，外界压力增大，热反应温度向高温方向移动。 ——气氛会影响差热曲线形态。 （3）影响DTA曲线的试样因素 试样的颗粒度 试样的装填 ——装填要求：薄而均匀 ——试样和参比物的装填情况一致 参比物 ——整个测温范围无热反应 ——比热与导热性能与试样相近 ——粒度与试样相近（100－300目） 常用的参比物：α－Al2O3 4、差热分析的应用 三、差示扫描量热法 DTA存在的两个缺点： 试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数K值变化，难以进行定量； 试样产生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大差异，三者之间会发生热交换，降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。 三、差示扫描量热法 差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimeter，DSC ） 是在程序控制温度下测量输入到试样和参比物的热流量差或功率差与温度或时间关系的一种技术 1、差示扫描量热分析原理 （1）功率补偿型差示扫描量热法 （2）热流型差示扫描量热法 玻璃化转变温度的确定 峰面积的确定 3、DSC法的应用 （1）纯度测定 利用Vant Hoff方程进行纯度测定