《材料研究方法》第5章热分析.pptx

第五章热分析（Thermalanalysis）;5.1.1热分析技术分类;熱分析の木;发展历史

1887年法国学者H.Le.Chatelier为研究粘土矿物制作一套装置，1899年英国W.C.Roberts-Austen)进行改良即为差热分析的原始模型。

1915年日本本多光太郎设计了一架热天平，开创了热重分析。

20世纪40年代后，电子技术的普及，热分析得到了长足的发展，由手工操作变为过程自动化

（温控和记录），测量所需样品也越来越少。

20世纪50-60年代中国开始生产热分析仪器;DTA：1899年英国学者，Robrts-Austen，用;5.1.2热分析的定义：;程序控制温度：;物理性质：;5.1.3热分析仪器的主要组成部分：;它应尽量满足下列几点：

有足够的均温区。即使样品所放置的位置略有不同的，仍能使整个样品处在均温区内。

如果炉膛的均温区不够或温度分布不均都会造成基线的偏移，影响检测精度。

炉子的热容量要小，升降温要快。

炉温控制精度要高，以保证样品线性升温或降温。;5.1.4热分析的应用范围

（1）具有可测的物性。

（2）所测的量必须直接或间接的与温度有关。

（3）必须在控制温度下进行测量。;5.2差热分析（差示热分析方法）;5.2.2差热分析仪的组成

加热炉、温度控制器、信号放大系统、气氛控制设

备、差热系统及记录系统。

加热炉

加热试样的装置，种类繁多。低温炉、高温炉、超高温炉；立式、卧式炉；加热炉中炉芯管和发热体材料根据使用温度及条件而不同。

温度控制系统

保证炉内温度按给定的的速率均匀稳定地升温或

降温，常用的速率为1-20?C/min。

信号放大系统

通过直流放大器将差热电偶产生的微弱温差电动

势放大、增幅、输出。

记录系统

采用双笔记录仪自动记录。;DTA;差热曲线形成示意图;5.2.3DTA测试中三条假设：

把试样（S）和参比物（r）分别放在加热均温块（W）中，使其处于相同热条件的位置上，假定：

（1）试样和参比物内部不存在温度分布，试样和参比物与各自的容器温度都相等，因而热电偶测温点在试样中的任何位置或接触容器外侧，其效果都一样。

（2）试样的热容Cs，参比物热容Cr，均不随温度变化。

（3）两容器和热源的热传导与温度差成正比，比例系数（即传热系??）均为k，而且k不随温度变化。;存在的缺陷

DTA测量的温差△T除与试样热量变化有关外，尚与体系的热阻有关。热阻本身不是一个确定量，与热传导系数和热容系数有关。因而也就依试验条件（如温度范围，坩埚材质）试样性质等。

热差分析难以定量：但对试样的盛器，材料在升温过程中热阻都是变的，因而当等速升温时，试样的热效应和仪器上显示图形面积之比往往不是常数，难以定量。

在发生热效应时，试样与参比物及试样周围的环境有较大的温差时，他们之间会进行热传递，降低热效应测量的灵敏度和精确度。;5.3差示扫描量热DSC;1964年，美国的Waston和O`Neill在分析化学杂志上提出了差示扫描量热法（DSC）的概念，并自制了DSC仪器．不久，美国Perkin-Elmer公司生产了DSC商品仪器．目前，DSC堪称热分析三大技术中的主要技术之一;22;5.3.2DSC的仪器分类;热流型差示扫描量热法主要通过测量加热过程中试样吸收或放出的热量的流量达到热分析的目的，有热反应时试样与参比物仍存在温差。该法包括热流式和热通量式，两者都是采用差热分析的原理。;5.3.3DTA及DSC的仪器组成及要求;电热丝炉红外加热炉

高频感应加热炉箱式炉

球形炉管状炉;陶瓷质石英玻璃

刚玉质和钼、铂、钨;加热炉常用发热体及炉管材料;热电偶材料能产生较高的温差电动势，并与温度呈线性系，测温范围大。

在高温下不受氧化及腐蚀。

电阻温度变化要小，导电率高，物理稳定性好，能长期使用。

便于制造，机械强度高，价格宜。;加热器冷却器温控元件

程序温度控制器;（5）信号放大系统的作用是：将温差热电偶所产生的微弱温差电势放大，增幅后输送到显示记录系统。

（6）显示记录系统的作用是：把信号放大系统所检测到的物理参数对温度作图。

电子电位差记录仪

采用 电子平衡电桥记录仪

示波器

X-Y函数记录仪;;图谱分析曲线;5.3.5差热及差示扫描量热分析的影响因素;(3)热电偶性能与位置：置于物料中心点，插入试样和参比物应具有相同深度。

2.试样方面

（1）热容量和热导率变化：

①在反应前后，试样的热容量和热导率变化

②在加热时，两者也会变。加速速率↑，灵敏度↑，差热曲线基线随温度升高偏↑。;（2）试样的颗粒度,用量及装填密度

颗粒度↓反应速度↑峰温↓

用量样品量多：两个峰易重叠，分辨率降

低，灵敏度上升

样品量少：两个峰分开，分辨率升高，灵敏度下降

样品量3—5mg

装填