材料近代分析測試方法復習3

1、材料近代分析測試方法復習3 第三章 熱分析 第一節(jié) 概述 1熱分析是測量物質某一物性參數與溫度關系的一類方法的統稱。熱分析的記錄稱為曲線。測量物質在加熱或冷卻過程中發(fā)生的各種物理、化學變化的方法可分為兩大類，即測定加熱或冷卻過程中物質本身發(fā)生變化的方法及測定加熱過程中從物質中產生的氣體，推知物質變化的方法。 2物質的物理量隨溫度的變化有能量、質量、尺寸、結構等的變化，其測定方法亦各異。理解以下一些測定物質的物理量隨溫度的變化的方法。 （1）測定能量變化的方法有： 差熱分析：是把試樣和參比物（熱中性體）置于相等的溫度條件下，測定兩者的溫度差對溫度或時間作圖的方法。記錄稱為差熱曲線。差熱曲線的縱軸

2、表示溫度差 t、橫軸表示溫度（t）或時間（t）。曲線向下是吸熱反應，向上是放熱反應。 示差掃描量熱法：是把試樣和參比物置于相等的溫度條件下，在程序控溫下，測定試樣與參比物的溫度差保持為零時，所需要的能量對溫度或時間作圖的方法。記錄稱為示差掃描量熱曲線?？v軸表示單位時間所加的熱量。 （2）測量質量變化的方法有： 熱重法：是把試樣置于程序可控的加熱或冷卻環(huán)境中，測定試樣的質量變化對溫度或時間作圖的方法。記錄稱為熱重曲線?？v軸表示試樣質量的變化。 微商熱重法：是把熱重曲線對溫度或時間進行一次微商。記錄稱為微商熱重曲線。 （3）測定尺寸變化的方法有： 熱膨脹法：是在程序控溫環(huán)境中測定試樣尺寸變化對溫度

3、或時間作圖的一種方法?？v軸表示試樣尺寸的變化（膨脹或收縮）。記錄稱為熱膨脹曲線。 微商熱膨脹法：是把熱膨脹曲線對溫度或時間進行一次微商。其記錄稱為微商熱膨脹曲線。 示差熱膨脹法：是在程序控溫環(huán)境中，精確測定棒狀試樣與基準物質石英自由端位置之間的尺寸差對溫度或時間作圖的方法。記錄稱為示差熱膨脹曲線。 以上各種方法均是隨著試樣溫度程序式的變化，追蹤試樣本身物理量的變化，從而測定物質結構變化和反應狀態(tài)。 其次節(jié) 差熱分析 1差熱分析方法較能精確的測定和記錄一些物質在加熱過程中發(fā)生的失水、分解、相變、氧化還原、升華、熔融、晶格破壞和重建，以及物質間的相互作用等一系列的物理化學現象，并借以判定物質的組成

4、及反應機理。 差熱分析的基本原理是：由于試樣在加熱或冷卻過程中產生的熱變化而導致試樣和參比物間產生溫度差，這個溫度差由置于兩者中的熱電偶反應出來。差熱電偶的閉合回路中的電動勢的大小主要取決于試樣本身的熱特性，通過信號放大系統和記錄儀登記的差熱曲線，便能照實地反應出試樣本身的特性。因此，對差熱曲線的判讀，有可能達到物相鑒定的目的。（見教材圖3-2 差熱分析原理）。 2差熱分析試驗中對試樣和參比物預備及裝填、升溫速率的要求： （1）參比物應符合如下要求：整個測溫范圍內無熱反應；比熱和導熱性能與試樣相近； 粒度與試樣相近（通過100-300目篩的粉末）。常用的參比物為-al2o3（經1720k 煅燒

5、過的高純氧化鋁粉，全部是型氧化鋁晶體）。 （2）試樣應：粉末試樣的粒度均通過100-300目篩；聚合物應切成碎塊或薄片；纖維狀 試樣應切成小段或制成球粒狀；金屬試樣應加工成小圓片或小塊等；為使試樣的導熱性能與參比物相近，常在試樣中添加適量的參比物使試樣稀釋；盡可能使試樣與參比物有相近的裝填密度。 （3）升溫速率的選擇主要依據試樣和試樣容器的熱容及導熱性能來確定。常用的升溫速率 為1-10/min。 3差熱曲線的判讀就是對差熱分析的結果作出合理的解釋。正確判讀差熱分析曲線。首先應明確試樣加熱（或冷卻）過程中產生的熱效應與差熱曲線形態(tài)的對應關系；其次是差熱曲線形態(tài)與試樣本征熱特性的對應關系；第三要

6、排解外界因素對差熱曲線形態(tài)的影響。 4差熱曲線上轉變點的確定。反應溫度的起始點的確定、反應終點的確定（外推法）。峰值溫度點既不表示反應的最大速度，也不表示放熱（或吸熱）過程的完成。反應峰兩邊基線高度不同說明試樣經過熱反應后，物質成分或結構發(fā)生了變化，熱容也隨之發(fā)生了變化。（見教材圖3-5 外推法確定差熱曲線上的轉變點）。 5熱反應速度的判定：差熱曲線的峰形與試樣性質、試驗條件等親密相關。同一試樣，在給定的升溫速率下，峰形可表征其熱反應速度的變化。峰形陡，熱反應速度快；峰形平緩，熱反應速度慢。 6影響差熱曲線的因素： （1）內因：指試樣本身的熱特性。 晶體結構的影響（以含不同形式水的物質的差熱分

7、析為例）。（見教材圖3-7 三種 類型含水化合物差熱曲線示例）。 陽離子電負性、離子半徑及電價的影響。 氫氧離子濃度的影響。 （2）外因：由儀器結構、操作及試驗條件等所引起。 加熱速度。（升溫速度快，峰形尖銳狹長；升溫速度慢，峰形寬而平。） 試樣的外形、稱量及裝填。 壓力和氣氛的影響。（壓力對熱反應中體積變化很小的試樣影響較小，對于體積變 化明顯的試樣影響很大。） 試樣粒度的影響。 第三節(jié) 熱重分析 1熱重分析的基本原理：很多物質在加熱或冷卻過程中除產生熱效應外，往往有質量的變化，其變化的大小及消失的溫度與物質的化學組成和結構親密相關。因此，利用加熱或冷卻過程中物質質量變化的特點，可以區(qū)分和鑒定不同的物質。這種方法就叫熱重法。把試樣的質量作為時間或溫度的函數記錄下來，得到的曲線稱為熱重曲線。熱重曲線的縱軸方向表示試樣質量的變化（試樣失重的百分數或試樣余重的百分數），橫軸表示時間或溫度。 2熱重分析通常有兩種方法，即靜法和動法。靜法是把試樣在各給定溫度下加熱至恒重，然后按質量溫度變化作圖。動法是在加熱過程中連續(xù)升溫柔稱重，按質量溫