热分析技术.ppt

《热分析技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热分析技术.ppt（25页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、热分析技术热分析技术热分析技术的定义热分析技术的定义国际热分析协会国际热分析协会(International Confederation International Confederation for Thermal Analysis-ICTA)for Thermal Analysis-ICTA)曾于曾于19771977年对年对热热分析技术分析技术下了如下定义：下了如下定义：热分析热分析热分析热分析（thermal analysis）是在程序控制温度下测量物质的物理是在程序控制温度下测量物质的物理是在程序控制温度下测量物质的物理是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。性质与温

2、度关系的一类技术。性质与温度关系的一类技术。性质与温度关系的一类技术。数学表达式为：数学表达式为：P Pf f（T T）其中，其中，P P是物质的一种物理量；是物质的一种物理量；T T是物质的温度。是物质的温度。热分析法的核心就是研究物质在受热或冷却时产热分析法的核心就是研究物质在受热或冷却时产生的物理和化学的变迁速率和温度以及所涉及的生的物理和化学的变迁速率和温度以及所涉及的能量和质量变化。能量和质量变化。这里这里“程序控制温度程序控制温度”是指线性升温、线性降温、是指线性升温、线性降温、恒温等；恒温等；“物质物质”可指试样本身，也可指试样的反应产物；可指试样本身，也可指试样的反应产物；“物

3、理性质物理性质”可指物质的质量、温度、热量、尺可指物质的质量、温度、热量、尺寸、机械特征、声学特征、光学特征、电学特征寸、机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学特征的任何一种。及磁学特征的任何一种。差热分析、差示扫描量热分析、热重分析和机械差热分析、差示扫描量热分析、热重分析和机械热分析是热分析的四大支柱。热分析是热分析的四大支柱。一、热分析技术的发展历史一、热分析技术的发展历史 1 1、差热分析的历史、差热分析的历史 18871887年法国学者李年法国学者李恰特利为研究粘土矿物，制作了差热恰特利为研究粘土矿物，制作了差热分析仪。灵敏度低，易受外界热变化的影响。分析仪。灵敏度低，易受外界

4、热变化的影响。18991899年英国学者劳贝茨奥斯坦改良了李年英国学者劳贝茨奥斯坦改良了李恰特利的装置。恰特利的装置。为目前广泛使用的差热分析仪的模型。为目前广泛使用的差热分析仪的模型。19691969年首次出现热分析杂志，年首次出现热分析杂志，19701970年创刊年创刊“热化学记要热化学记要”，成为世界上专门报道热分析应用的杂志。，成为世界上专门报道热分析应用的杂志。2 2、热重分析、热重分析 19151915年日本东北大学的本多光设计了一架热天平，开创了年日本东北大学的本多光设计了一架热天平，开创了热重分析。热重分析。二次大战后，美国首先制成了商品化的电子管式差热分析二次大战后，美国首先

5、制成了商品化的电子管式差热分析仪。随后，商品化的热分析仪迅速发展，并朝自动化、微仪。随后，商品化的热分析仪迅速发展，并朝自动化、微量化、综合化方向发展。量化、综合化方向发展。三、应用领域三、应用领域从热分析文摘（从热分析文摘（TAATAA）近年的索引可以看出，）近年的索引可以看出，热分析技术广泛应用于无机，有机，高分热分析技术广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地质，电器及电子用品，子化合物，冶金与地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工等领域。当生物及医学，石油化工，轻工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速发展有密切的关系。的

6、迅速发展有密切的关系。二、热分析的术语定义二、热分析的术语定义 1 1、国际热分析协会命名委员会、国际热分析协会命名委员会 19651965年第一届国际热分析协会期间组织了命名委员会，年第一届国际热分析协会期间组织了命名委员会，19681968年第二届国际热分析协会上推荐了热分析术语、定义年第二届国际热分析协会上推荐了热分析术语、定义的方案。的方案。2 2、基本术语、定义、基本术语、定义 热分析：测量物质某一物性参数与温度关系的一类方法的热分析：测量物质某一物性参数与温度关系的一类方法的统称。统称。它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系

7、。度的关系。热分析的记录称为曲线。热分析的记录称为曲线。差热分析：差热分析：差示扫描量热分析：差示扫描量热分析：热重分析：热重分析：微商热重分析：微商热重分析：热膨胀分析：热膨胀分析：熱分析木DSCTGDTATMA综合热综合热分析分析医医药药品品香料香料 化化妆妆品品有机有机、无机药无机药品品触媒触媒火火药药食品食品生生物物体体 液晶液晶油脂油脂 肥皂肥皂洗涤剂洗涤剂橡胶橡胶高分子高分子 塑料塑料纤维纤维油墨油墨 顔料顔料 染料染料 塗料塗料粘粘着着剂剂玻璃玻璃金属金属陶瓷陶瓷 粘土粘土 矿矿物物水泥水泥电电子材料子材料木材木材 纸纸建材建材公害公害工业废弃物工业废弃物热热分析分析技术的应用领

8、域技术的应用领域四、热分析技术的分类四、热分析技术的分类物质物质加热加热冷却冷却热量变化热量变化重量变化重量变化长度变化长度变化粘弹性变化粘弹性变化气体发生气体发生热传导热传导其其 他他DTATGTMADMADSCEGADTG（热机械分析热机械分析）（逸出气分析逸出气分析）（动态机械分析动态机械分析）（微分热重分析微分热重分析）五、差热分析五、差热分析(DTA)(DTA)定义定义：差热分析是在程序控制温度下测量物质差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。T TTsTsTrTr（T T或或t t）其中：其中：Ts Ts

9、，TrTr分别代表试样及参比物温度；分别代表试样及参比物温度；T T是是程序温度；程序温度；t t是时间。是时间。（一）、差热分析的基本原理（一）、差热分析的基本原理 1 1、差热分析仪及其测量曲线的形成、差热分析仪及其测量曲线的形成 差热分析仪由加热炉、样品支持器、温差热电偶、差热分析仪由加热炉、样品支持器、温差热电偶、程序温度控制单元和记录仪组成。试样和参比物程序温度控制单元和记录仪组成。试样和参比物处在加热炉中相等温度条件下，温差热电偶的两处在加热炉中相等温度条件下，温差热电偶的两个热端，其一端与试样容器相连，另一端与参比个热端，其一端与试样容器相连，另一端与参比物容器相连，温差热电偶的

10、冷端与记录仪表相连。物容器相连，温差热电偶的冷端与记录仪表相连。差热分析仪差热分析仪（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成（三）、（三）、DTADTA曲线的特征及温度标定曲线的特征及温度标定 DTADTA曲线是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加曲线是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热或冷却，将两者的温度差对时间或温度作记录而得到的。热或冷却，将两者的温度差对时间或温度作记录而得到的。DTADTA曲线的实验数据是这样表示的，纵坐标代表温度差曲线的实验数据是这样表示的，纵坐标代表温度差 T T，吸热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向

11、上的峰。，吸热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向上的峰。横坐标代表时间或温度。横坐标代表时间或温度。基线、峰、吸热峰、放热峰、峰宽、峰高、峰面积、外延基线、峰、吸热峰、放热峰、峰宽、峰高、峰面积、外延起始点起始点 （四）、（四）、DTADTA曲线的影响因素曲线的影响因素 差热分析是一种热动态技术，在测试过程中体系的温度不差热分析是一种热动态技术，在测试过程中体系的温度不断变化，引起物质热性能变化，因此，许多因素都可影响断变化，引起物质热性能变化，因此，许多因素都可影响DTADTA曲线的基线、峰形和温度。归纳起来，影响曲线的基线、峰形和温度。归纳起来，影响DTADTA曲线的曲线的主要因素有下列

12、几方面：主要因素有下列几方面：（1 1）、仪器方面的因素，包括加热炉的形状和尺寸，坩）、仪器方面的因素，包括加热炉的形状和尺寸，坩埚材料及大小，热电偶的位置等。埚材料及大小，热电偶的位置等。（2 2）、试样因素，包括试样的热容量、热导率和试样的）、试样因素，包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度等。密度等。（3 3）、实验条件，包括加热速度、气氛、压力和量程、）、实验条件，包括加热速度、气氛、压力和量程、纸速等。纸速等。（五）、差热曲线的解析（五）、差热曲线的解析 利用利用DTADTA来研究物质的

13、变化，首先要对来研究物质的变化，首先要对DTADTA曲线上每一个峰谷进行解释，曲线上每一个峰谷进行解释，即根据物质在加热过程中所产生峰谷的吸热、放热性质，出峰温度和即根据物质在加热过程中所产生峰谷的吸热、放热性质，出峰温度和峰谷形态来分析峰谷产生的原因。复杂的矿物通常具有比较复杂的峰谷形态来分析峰谷产生的原因。复杂的矿物通常具有比较复杂的DTADTA曲线，有时也许不能对所有峰谷作出合理的解释。但每一种化合曲线，有时也许不能对所有峰谷作出合理的解释。但每一种化合物的物的DTADTA曲线却象曲线却象“指纹指纹”一样表征该化合物的特性。在进行较复杂一样表征该化合物的特性。在进行较复杂的试样的的试样的

14、DTADTA分析时只要结合试样来源，考虑影响分析时只要结合试样来源，考虑影响DTADTA曲线形态的因素，曲线形态的因素，对比每一种物质的对比每一种物质的DTA”DTA”指纹指纹“，峰谷的原因就不难解释。，峰谷的原因就不难解释。（1 1）、矿物的脱水）、矿物的脱水 （2 2）、矿物分解放出气体）、矿物分解放出气体吸热吸热 （3 3）、氧化反应）、氧化反应放热放热 （4 4）、非晶态物质转变为晶态物质）、非晶态物质转变为晶态物质放热放热 （5 5）、晶型转变）、晶型转变 由低温变体向高温变体转变由低温变体向高温变体转变吸热，非平衡态晶体的转变吸热，非平衡态晶体的转变放热。放热。六、差示扫描量热分析

15、（六、差示扫描量热分析（DSCDSC）定义：差示扫描量热分析是在程序控制温度下，定义：差示扫描量热分析是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的能量差随温度或时间变测量输给试样和参比物的能量差随温度或时间变化的一种技术。化的一种技术。和差热分析的比较和差热分析的比较差示扫描量热曲线差示扫描量热曲线差热分析和差示扫描量热分析在材料科学中的应差热分析和差示扫描量热分析在材料科学中的应用用七、热重法（七、热重法（TGTG）定义：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的定义：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种方法。一种方法。原理：偏斜式和零点式原理：偏斜式和零点式热重曲线：热重曲线：

16、影响热重曲线的因素：影响热重曲线的因素：1 1、仪器因素、仪器因素（1 1）、浮力与对流的影响）、浮力与对流的影响（2 2）、挥发物冷凝的影响）、挥发物冷凝的影响（3 3）、温度测量的影响）、温度测量的影响2 2、实验因素、实验因素（1 1）、升温速率）、升温速率（2 2）、气氛）、气氛（3 3）、纸速）、纸速3 3、试样因素、试样因素试样的用量和粒度都可影响热重曲线试样的用量和粒度都可影响热重曲线微商热重曲线微商热重曲线微商热重曲线微商热重曲线八、热膨胀分析八、热膨胀分析定义：热膨胀法就是在程序控制温度下，测量物定义：热膨胀法就是在程序控制温度下，测量物质的尺寸变化与温度关系的质的尺寸变化与

17、温度关系的 一种方法。一种方法。热膨胀仪及实验方法：热膨胀仪及实验方法：热膨胀法的应用：热膨胀法的应用：九、综合热分析九、综合热分析在科学研究和生产中，无论是对物质结构与性能的分析测在科学研究和生产中，无论是对物质结构与性能的分析测试还是反应过程的研究，一种热分析手段与另一种或几种试还是反应过程的研究，一种热分析手段与另一种或几种热分析手段或其他分析手段联合使用，都会收到互相补充、热分析手段或其他分析手段联合使用，都会收到互相补充、互相验证的效果，从而获得更全面更可靠的信息。因此，互相验证的效果，从而获得更全面更可靠的信息。因此，在热分析技术中，各种单功能的仪器倾向于综合化，这便在热分析技术中

18、，各种单功能的仪器倾向于综合化，这便是综合热分析法，它是指在同一时间对同一样品使用两种是综合热分析法，它是指在同一时间对同一样品使用两种或两种以上热分析手段，如或两种以上热分析手段，如DTA-TGDTA-TG、DSC-TGDSC-TG、DTA-TG-DTGDTA-TG-DTG、DSC-TG-DTGDSC-TG-DTG、DTA-TMADTA-TMA、DTS-TG-TMADTS-TG-TMA等的综合。等的综合。综合热分析法实验方法和曲线解释与单功能热分析法完全综合热分析法实验方法和曲线解释与单功能热分析法完全一样，但在曲线解释时有一些综合基本规律可供分析参考：一样，但在曲线解释时有一些综合基本规律

19、可供分析参考：1 1、产生吸热效应并伴有质量损失时，一般是物质脱水或、产生吸热效应并伴有质量损失时，一般是物质脱水或分解，产生放热效应并伴有质量增加时，为氧化过程。分解，产生放热效应并伴有质量增加时，为氧化过程。2 2、产生吸热效应而无质量变化时，为晶型转变所致；有、产生吸热效应而无质量变化时，为晶型转变所致；有吸热效应并由体积收缩时，也可能是晶型转变。吸热效应并由体积收缩时，也可能是晶型转变。3 3、产生放热效应并有体积收缩，一般为重结晶或新物质、产生放热效应并有体积收缩，一般为重结晶或新物质生成。生成。4 4、没有明显的热效应，开始收缩或从膨胀转变为收缩时，、没有明显的热效应，开始收缩或从膨胀转变为收缩时，表示烧结开始，收缩越大，烧结进行得越剧烈。表示烧结开始，收缩越大，烧结进行得越剧烈。