材料測試與分析總復(fù)習(xí)

1、材料測試與分析技術(shù)復(fù)習(xí)資料 10 / 10 XRD 復(fù)習(xí)重點 1. 2. 3. 4. 5. 6. 對它們可以直接作形態(tài)檢 X 射線的產(chǎn)生及其分類 X 射線粉晶衍射中靶材的選取 布拉格公式 PDF 卡片 X 射線粉晶衍射譜圖 X 射線粉晶衍射的應(yīng)用 電子衍射及透射電鏡、掃描電鏡和電子探針分析復(fù)習(xí)提綱 透射電鏡分析部分： 4. TEM 的主要結(jié)構(gòu)，按從上到下列出主要部件 1）電子光學(xué)系統(tǒng) 照明系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)、圖像觀察和記錄系統(tǒng)；2）真空系統(tǒng)； 3）電源和控制系統(tǒng)。 電子槍、 第一聚光鏡、 第二聚光鏡、 聚光鏡光闌、 樣品臺、 物鏡光闌、 物鏡、選區(qū)光闌、中間鏡、投影鏡、雙目光學(xué)顯微鏡、觀察窗口、熒

2、光屏、照相室。 5. TEM 和光學(xué)顯微鏡有何不同？ 光學(xué)顯微鏡用光束照明，簡單直觀，分辨本領(lǐng)低（0.2 微米），只能觀察表面形貌，不能 做微區(qū)成分分析； TEM 分辨本領(lǐng)高（ 1A ）可把形貌觀察，結(jié)構(gòu)分析和成分分析結(jié)合起來， 可以觀察表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但儀器貴，不直觀，分析困難，操作復(fù)雜，樣品制備復(fù)雜。 6.幾何像差和色差產(chǎn)生原因，消除辦法。 球差即球面像差， 是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ环项A(yù)定 的規(guī)律而造成的。減小球差可以通過減小 CS 值和縮小孔徑角來實現(xiàn)。 色差是由于入射電子波長 （或能量） 的非單一性造成的。 采取穩(wěn)定加速電壓的方法可以 有效的減小色差；適當(dāng)

3、調(diào)配透鏡極性；卡斯汀速度過濾器。 7.TEM 分析有那些制樣方法？適合分析哪類樣品 ?各有什么特點和用途？ 制樣方法：化學(xué)減薄、電解雙噴、竭力、超薄切片、粉碎研磨、聚焦離子束、機(jī)械減薄、離 子減薄； TEM 樣品類型：塊狀，用于普通微結(jié)構(gòu)研究； 平面，用于薄膜和表面附近微結(jié)構(gòu)研究； 橫截面樣面，均勻薄膜和界面的微結(jié)構(gòu)研究； 小塊粉末，粉末，纖維，納米量級的材料。 二級復(fù)型法：研究金屬材料的微觀形態(tài)； 一級萃取復(fù)型： 指制成的試樣中包含著一部分金屬或第二相實體， 驗和晶體結(jié)構(gòu)分析，其余部分則仍按浮雕方法間接地觀察形態(tài)； 金屬薄膜試樣：電子束透明的金屬薄膜，直接進(jìn)行形態(tài)觀察和晶體結(jié)構(gòu)分析； 粉末試

4、樣：分散粉末法，膠粉混合法 思考題： 1. 一電子管，由燈絲發(fā)出電子，一負(fù)偏壓加在柵極收集電子，之后由陽極加速，回答由燈絲 到柵極、由柵極到陽極電子的折向及受力方向？ 2. 為什么高分辨電鏡要使用比普通電鏡更短的短磁透鏡作物鏡？ 高分辨電鏡要比普通電鏡的放大倍數(shù)高。 為了提高放大倍數(shù)， 需要短焦距的強(qiáng)磁透鏡。 透鏡 的光焦度 1/f 與磁場強(qiáng)度成 H2 正比。較短的 f 可以提高 NA ，使極限分辨率更小。 3. 為什么選區(qū)光欄放在 “象平面 ”上？ 電子束之照射到待研究的視場內(nèi)； 防止光闌受到污染； 將選區(qū)光闌位于向平面的附近， 通過一次放大向的范圍來限制試樣成像或產(chǎn)生電子衍射的范圍。 5.

5、 電鏡中的像差是如何形成的？分別談如何消除各種像差。 6. 什么是景深和焦深？ 景深：固定像點，物面軸向移動仍能保持清晰的范圍； 焦深：固定物點，像面軸向移動仍能保持清晰的范圍。 7. 電子顯微鏡象散產(chǎn)生的原因是什么？ 掃描電鏡及電子探針分析復(fù)習(xí)題 1. 電子束入射固體樣品表明會激發(fā)哪些信號？它們有哪些特點和用途？ 因而 物理和 二次電子 ：二次電子能量較低， 在電場作用下可呈曲線運(yùn)動翻越障礙進(jìn)入檢測器， 能使樣品表面凹凸的各個部分都能清晰成像。 二次電子強(qiáng)度與試樣表面的幾何形狀、 化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。 1）對樣品表面形貌敏感 2）空間分辨率高 3）信號收集效率高，是掃描電鏡 成像的主要手段。 背散

6、射電子.（BE）：通常背散射電子的能量較高，基本上不受電場的作用而呈直線進(jìn)入 檢測器。 背散射電子的強(qiáng)度與試樣表面形貌和組成元素有關(guān)。 對樣品物質(zhì)的原子序數(shù)敏感分 辨率和信號收集效率較低。 吸收電子（AE）：吸收電子與入射電子強(qiáng)度之比和試樣的原子序數(shù)、入射電子的入射角、 試樣的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。 利用測量吸收電子產(chǎn)生的電流， 既可以成像， 又可以獲得不同元素的 定性分布情況，它被廣泛用于掃描電鏡和電子探針中。 1）隨著原子序數(shù)的增大，背散射電子 增多，吸收電子較少； 2）吸收電流圖像的襯度正好與背散射電子圖像相反。 特征X射線：以輻射形式放出，產(chǎn)生特征 X射線。各元素都有自己的特征 X射線，可 以

7、用來進(jìn)行微區(qū)成分分析和晶體結(jié)構(gòu)研究。 俄歇電子（AUE）：每一種元素都有自己的特征俄歇能譜。1）適合分析輕元素及超輕元素 2）適合表面薄層分析（1 nm）（如滲氮問題） 透射電子（TE）:如果試樣只有1020nm的厚度，則透射電子主要由彈性散射電子組成， 成像清晰。如果試樣較厚，則透射電子有相當(dāng)部分是非彈性散射電子，能量低于Eo,且是變 量，經(jīng)過磁透鏡后，由于色差， 影響了成像清晰度。 1）質(zhì)厚襯度效應(yīng) 2）衍射效應(yīng) 3）衍襯效應(yīng) 感應(yīng)電導(dǎo)：在電子束作用下， 由于試樣中電子電離和電荷積累， 試樣的局部電導(dǎo)率發(fā)生 變化。 （電子感生電導(dǎo) ）用于研究半導(dǎo)體。 熒光： （陰極發(fā)光 ）各種元素具有各自

8、特征顏色的熒光，因此可做光譜分析。大多數(shù)陰極 材料對雜質(zhì)十分敏感，因此可以用來檢測雜質(zhì)。 各種物理信號產(chǎn)生的深度和廣度： 俄歇電子1 nm ;二次電子10nm ;背散射電子10nm ; X射線1um 2. 電子束透過試樣時，電子透射強(qiáng)度受哪些因素影響？ 加速電壓、樣品厚度、入射方向、晶體結(jié)構(gòu)、樣品物質(zhì)成分。 3. 簡述二級復(fù)型、一級萃取復(fù)型。 二級復(fù)型： a 按一般金相法，拋光原始試樣，選擇合適的浸蝕劑腐蝕試樣表面，以顯示內(nèi)部組織;或者 選用新鮮斷口作為試樣。 b 在被復(fù)制試樣表面滴一滴丙酮， 再覆蓋一張比試樣稍大的 AC 紙，用軟棉球或軟橡皮按壓， 以形成不夾氣泡的均勻負(fù)復(fù)型。 c把上述帶有

9、負(fù)復(fù)型的試樣放在紅外燈下烘干，然后用鑷子將留有試樣表面信息的 AC紙揭下。 d 使負(fù)復(fù)型與試樣接觸的面朝上，用透明膠紙平整地固定在載玻片上。把載玻片放入真空噴 鍍儀中進(jìn)行噴碳 e 為提高襯度使用真空噴鍍儀中另一對電極，進(jìn)行投影，投影材料為鉻或金,投影角為 30 度 f將噴好的復(fù)型膜剪成 2.5mm X2.5mm的小塊，置于丙酮中，使 AC紙充分溶解。并用干凈 丙酮反復(fù)清洗碳膜 23次，最后用 =3mm的銅網(wǎng)直接撈取碳膜，用濾紙將丙酮吸干后， 供電子顯微鏡直接觀察。 一級萃取復(fù)型： a 金相試樣制備同二級復(fù)型，但浸蝕表面的深度視第二相質(zhì)點的尺寸決定，最佳浸蝕深度為 略大于第二相質(zhì)點的一半，以便易

10、于萃取在復(fù)型上；對斷口試樣一般不浸蝕。 b 在試樣表面上真空噴鍍一層碳。 c 將帶有碳膜的試樣用小刀輕輕劃成 2.5mm 見方的小塊。用電解法或化學(xué)法使碳膜分離。 d 不同的試樣選擇不同的電解液（或腐蝕液） ，它只浸蝕基體而不浸蝕要萃取的第二相。 e 待碳膜從試樣表面全部分離并漂浮于液面時，用銅網(wǎng)撈起。 f在一定濃度的硝酸酒精或鹽酸酒精中清洗碳膜， 再于酒精或丙酮中反復(fù)清洗， 最后用3mm 的銅網(wǎng)撈取碳膜，用濾紙將其吸干后，供電子顯微鏡觀察。 4. 掃描電鏡的分辨率受哪些因素影響？用不同的信號成像時， 其分辨率有何不同？所謂掃描 電鏡的分辨率是指用何種信號成像時的分辨率？ 在其他條件相同的情況

11、下 （如信噪比、磁場條件及機(jī)械振動等）電子束的束斑大小、檢測信 號的類型以及檢測部位的原子序數(shù)是影響掃描電子顯微鏡分辨率的三大因素。 成像分辨率（nm）：二次電子510,背散射電子50200,吸收電子1001000特征X射線 1001000，俄歇電子 510 所謂掃描電鏡的分辨率是指二次電子像的分辨率。 2. 掃描電鏡的成像原理與透射電鏡有何不同？ 它不用電磁透鏡放大成像, 而是用類似電視顯影顯像的方式, 利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面 掃面試激發(fā)出來的各種物理信號來調(diào)制成像的。 3. 二次電子和背散射電子像在顯示表面形貌襯度時有何相同與不同之處？ 相同 ：都可以利用收集到的信號進(jìn)行形貌分析 不同

12、：二次電子像主要反映試樣表面的形貌特征。像的襯度是形貌襯度, 主要決定于試樣表 面相對于入射電子束的傾角。試樣表面光滑平整（無形貌特征）,傾斜放置時的二次電子發(fā) 射電流比水平放置時大,一般選在 45度左右。用二次電子信號作形貌分析時,可以在檢測 器收集柵上加一正電壓（一般為 250-500V），來吸引能量較低的二次電子，使它們以弧形 路線進(jìn)入檢測器, 這樣在樣品表面某些背向檢測器或凹坑等部位上逸出的二次電子也能對成 像有所貢獻(xiàn),圖像層次增加,細(xì)節(jié)清楚。 用背散射電子信號進(jìn)行形貌分析時, 其分辨率要比二次電子低, 因為背散射電子是在一 個較大的作用體積內(nèi)被入射電子激發(fā)出來的,成像單元變大是分辨率

13、降低的原因。 背散射電子的能量很高,它們以直線軌跡逸出樣品表面,對于背向檢測器的樣品表面, 因檢測器無法收集到背散射電子而變成一片陰影, 因此在圖像上顯示出很強(qiáng)的襯度, 以至失 去細(xì)節(jié)的層次,不利于分析。 4. 電子探針儀與掃描電鏡有何異同？電子探針儀如何與掃描電鏡和透射電鏡配合進(jìn)行組織 結(jié)構(gòu)和微區(qū)化學(xué)成分的同位分析？ 電子探針的鏡筒及樣品室和掃描電鏡沒有本質(zhì)上的差別,但在檢測器部分使用的額是 X 射線 譜儀，專門用來測定特征波長（ WDS ）或特征能量（EDS）,以此來對委屈化學(xué)成分進(jìn)行分析 電子探針一般作為附件安裝在掃描電鏡或透射電鏡上,滿足微區(qū)組織形貌、 晶體結(jié)構(gòu)級 化學(xué)成分三位一體分析

14、的需要。 5. 舉例說明電子探針的三種工作方式（點、線、面）在顯微成分分析中的應(yīng)用。 X 射線。 X 射線信號（波長或 點分析：將電子束固定在所要分析的某一點上， 用手動或馬達(dá)帶動來改變晶體和計數(shù)器的相 對位置，就可以接收到此點內(nèi)的不同元素的 線分析：將譜儀（波譜儀或能譜儀）固定在所要測量的某一元素特征 元素 能量）的位置上， 使電子束沿指定的路徑作直線掃描， 便可得到該元素在此直線上的濃度分 布曲線。改變譜儀的位置，便可得到另一元素的濃度分布曲線。 面分析：電子束在樣品表面作光柵掃描時，把譜儀 （波譜儀或能譜儀） 設(shè)定在接收某 特征 X 射線信號的位置上 ,此時在熒光屏上便可得到該元素的面分

15、布圖像。圖像中的亮區(qū)表 示這種元素的含量較高。 若把譜儀設(shè)定為在另一元素， 則可獲得另一種元素得濃度分布圖像 思考題 1. 簡述能譜儀、波譜儀在分析工作中的優(yōu)缺點 優(yōu)點 ：探測效率高。 能譜儀的靈敏度比波譜儀高一個數(shù)量級。 能譜儀可同時對分析點所有元 素進(jìn)行測定。 波譜儀只能逐個測量每種元素的特征波長。 能譜儀的結(jié)構(gòu)比波譜儀簡單。 能譜 儀不必聚焦。因此對樣品表面沒有特殊要求，適合于粗糙表面的分析工作。 缺點：分辨率比波譜儀低。能譜儀只能分析原子序數(shù)大于11 的元素，而波譜儀可測定原子 序數(shù) 4-92 之間的所有元素。能譜儀的 Si（Li） 探頭必須用液氮冷卻。 -3 2. 當(dāng)對樣品的掃描幅度

16、為5 X10 mm、在熒光屏上的掃描幅度為50mm時掃描電鏡的放大倍 數(shù)是多少？ M=50mm/5 103mm=104 3. 對掃描電鏡來說當(dāng)放大倍數(shù)為20000、發(fā)散半角3 =5 X load時的場深為多少？ D=0.2/ 3 M=0.2y（103 X20000）=0.02mm 4. 掃描電鏡的物鏡與透射電鏡的物鏡有什么不同？ 掃描電子顯微鏡一般都有三個聚光鏡。 前兩個聚光鏡是強(qiáng)磁透鏡， 用于縮小電子束光斑； 第 三個聚光鏡是弱磁透鏡（稱為物鏡） ，具有較長的焦距。 目的是使樣品室和透鏡之間留有一 定的空間，以便裝入各種探測器，不作成像透鏡用，不放大物象。 5. 直進(jìn)式波譜儀和回轉(zhuǎn)式波譜儀各

17、有什么優(yōu)缺點？ 直進(jìn)式： 分光晶體直線運(yùn)動， 檢測器能在幾個位置上接收到衍射束， 表明試樣被激發(fā)的體積 內(nèi)存在著相應(yīng)的幾種元素。衍射束的強(qiáng)度大小和元素含量成正比。 回轉(zhuǎn)式：結(jié)構(gòu)簡單，但是 X 射線出射方向變化很大，所以 X 射線的出射窗口要開的很大， 因而影響不平表面的分析結(jié)果。 思考題： 1. 隨著原子序數(shù)增大，背散射電子、吸收電子的變化。 隨著原子序數(shù)的增加，背散射電子增多，吸收電子減少。 電子衍射分析復(fù)習(xí)題 1. 分析電子衍射于 X 射線衍射有何異同？ 2. 電子衍射分析的基本原理是什么？它有哪些特點？ Bragg 定律：2dsin 0 =n 入 hu+kv+lw=0 結(jié)構(gòu)因子-倒易點陣

18、的權(quán)重：Fhki=E fjexp2 簡單立方： Fhkl 恒不等于零， 即無消光現(xiàn)象。 l為同性數(shù)時，F(xiàn)hki工0（ 0作偶數(shù)） 數(shù)時，F(xiàn)hkl M0 倒易點陣與愛瓦爾德球圖解法： 晶帶定理與零層倒易截面： n i（hxj+kyj+lzj） 面心立方： h、 k、 l 為異性數(shù)時，F(xiàn)hkl=0 ；h、 k、 。體心立方： h+k+l= 奇數(shù)時， Fhkl=0；h+k+l= 偶 偏離矢量與倒易陣點擴(kuò)展：偏離矢量S即倒易桿中心與愛瓦爾德球面交截點的距離。 電子衍射基本公式：rd=L入為衍射斑到原點的距離；d為晶面間距；L為樣品到照相底版的 距離；入為入射波長 3. 衍射像和一次放大像都在物鏡的什么

19、部位形成？ 衍射像成像在物鏡后焦面上，一次放大像在物鏡的像平面上 4. 電子衍射基本公式，相機(jī)常數(shù)的標(biāo)定方法：rd = L入 有ASTM卡片確定di，計算K=ri*di, 以供分析位置結(jié)構(gòu)電子衍射譜用。 測量噴鍍的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的 Ri，確定ri,因物質(zhì)結(jié)構(gòu)已知， 取平均值，即可。若要求精確，畫出 ri*di 隨 ri 變化曲線， 5. 用愛瓦爾德圖解法證明布拉格定律。 由O向O*G作垂線，垂足為D因 O*G=g,因此k-k=g,它與Bragg定律是完全等價的。 為g平行于(hkl)晶面的法向NHKL,所以O(shè)D就是正空間中(hkl)晶面的方位，若它與入 射束方向的夾角為0則有O*D = OO*sin

20、 0即g/2=ksin 0由于g=1/d , k=1/入因此2dsin 0 =入. 6. 在電子顯微鏡中進(jìn)行選區(qū)電子衍射分析，如何能將形貌觀察及結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來？ 7. 說明多晶、單晶及非晶衍射花樣的特征及形成原理。 多晶體的電子衍射花樣是一系列不同半徑的同心圓環(huán)。 多晶取向完全混亂，可看作是一 個單晶體圍繞一點在三維空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)，故其倒易點是以倒易原點為圓心，(hkl)晶面間距的 倒數(shù)為半徑的倒易球，與反射球相截為一個圓。所有能產(chǎn)生衍射的半點都擴(kuò)展為一個圓環(huán)， 故為一系列同心圓環(huán)。單晶體的電子衍射花樣由排列的十分整齊的許多斑點組成。 倒易原點附近的球面可近似看作是一個平面， 故與反射球相截的是

21、而為倒易平面， 在這 平面上的倒易點陣都坐落在反射球面上， 相應(yīng)的晶面都滿足 Bragg 方程，因此，單電子的衍 射譜是而為倒易點陣的投影，也就是某一特征平行四邊形平移的花樣。 非晶態(tài)物質(zhì)的電子衍射花樣只有一個漫散的中心斑點。非晶沒有整齊的晶格結(jié)構(gòu)。 8. 結(jié)合例子說明如何利用電子衍射圖譜進(jìn)行物相鑒定和取向關(guān)系的測定。 L及入 9. 電子衍射分析的精確性受哪些參數(shù)的影響？如何進(jìn)行精確計算？精確測定 思考題 1. 已知一多晶物質(zhì)的前五個衍射環(huán)的半徑分別為: r1=8.42mm, r2=11.83mm, r3=14.52mm, r4=16.84mm, r5=18.88mm. 晶格常數(shù) a=2.81

22、 埃. (1)確定此物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并標(biāo)定這些環(huán)對應(yīng)的指數(shù);(2)求衍射常數(shù) Ll. 2. 畫出面心立方晶體( 2 1 1 ) *的零階和一階勞厄帶重疊圖， (必須寫出具體計算過程) 5. 零階與高階勞厄區(qū)之間的空白區(qū)寬度，與什么因素有關(guān)，有什么關(guān)系？ 零階與高階勞厄區(qū)之間的空白寬度， 處于試樣厚度有關(guān)外， 還與衍射物質(zhì)的晶格常數(shù)有 關(guān)，試樣厚度越小，晶格常數(shù)越大(即不同層倒易面越靠近)空白區(qū)越窄。 6. 利用那種襯度操作可看到位錯的半原子面和位移R1、R2 ;利用那種襯度操作可看到應(yīng)變 場位錯線，如何操作可觀察位錯割階，如何操作可觀察反相籌？ 相位襯度；衍射襯度；如果要觀察攀移形成的割階， 電子

23、束的入射方向必須垂直于位錯 線，但是要平行于滑移面；要觀察反向疇界，電子束的入射方向必須平行于疇壁。 7. 電子衍射與 x 光衍射的異同？ 8. 晶面間距越小越容易出現(xiàn)高階勞埃帶，對么？為什么？ 不對。間距越大，倒易面越接近，才容易出現(xiàn)高階勞埃帶。 9. 什么是菊池極菊池帶、什么是超點陣斑？ 菊池線對的中線即(hkl)面與熒光屏的截線，兩條中線的交點即兩個對應(yīng)的晶面所屬的晶 帶軸與熒光屏的截點，稱為菊池極。晶面和入射電子束間的夾角f。當(dāng)f= q，即晶格嚴(yán)格處 于布拉格衍射位置，倒易點 hkl 正好落在反射球上，菊池線正好通過 hkl 單晶衍射斑，而暗 線過 000 點(透射斑點)，在這種雙光束

24、情況下，菊池線的特征不明顯，只在 000 與 hkl 之間一個菊池帶（暗），這個暗帶的兩邊就相當(dāng)于上述菊池線位置。 超點陣斑點：當(dāng)晶體內(nèi)不同原子產(chǎn)生有序排列時，將引起電子衍射結(jié)果的變化，即可以使本 來消光的斑點出現(xiàn)，這中額外的斑點稱為超點陣斑點。 10. 什么是對稱譜，為什么電子束平行晶面仍可得到電子衍射圖？ 電子束平行于晶帶軸入射形成。樣品薄倒易桿比較長，電子束波長短反射球曲率小。 紅外復(fù)習(xí)提綱 1. 了解紅外光譜的定義概念、表示方法和作用。 2. 紅外光譜法與 X射線衍射分析法比較，在應(yīng)用上有何不同？ 3. 紅外光的分區(qū)，產(chǎn)生紅外吸收的條件？ （如02）無紅外活性? 4. 偶極矩的概念，為

25、什么單原子分子和結(jié)構(gòu)對稱的雙原子分子 5. 解釋什么叫紅外非活性振動？ 6. 多原子分子的振動類型有哪些？ H20和C02分子為 7. 分子的運(yùn)動自由度、分子的振動自由度及理論紅外吸收峰數(shù)的關(guān)系，以 例進(jìn)行說明。 8. 基頻峰、倍頻峰、泛頻峰及特征峰的概念 9. 通過紅外光譜圖中吸收峰的哪些特征可以了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分及含量方面的信息？ 10. 紅外光譜儀有哪兩大類型？哪種類型儀器性能更好，主要表現(xiàn)在哪些方面？ 11. 用粉末壓片法制樣時，哪些因素會對紅外譜圖的質(zhì)量有影響？ 12. 解釋為何化學(xué)組成同為 CaCO3的方解石和文石礦物，它們的紅外光譜不同? 熱分析復(fù)習(xí)重點 1、 2、 3、 4、

26、5、 6、 7、 8 9、 DTA、DSC、TG、DIL 的定義； DTA、DSC的優(yōu)缺點，及其物理意義（縱坐標(biāo)）; DSC的分類及優(yōu)缺點； 坩堝類型，分別適用那種材料的測試； DTA、 DSC儀器校正中的差別； 膨脹系數(shù)的分類，是衡量物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)； DTA、DSC測量原理中的差別； DTG曲線的意義及優(yōu)點； 分析題 注意復(fù)習(xí)硬質(zhì)合金及 Co基合金的膨脹變化曲線； 注意復(fù)習(xí)玻璃原料及粘結(jié)劑在氧氣氣氛下的熱分析過程，對其過程進(jìn)行分析； 注意粘土例如高嶺石加熱過程中的變化過程。 熱分析習(xí)題 一、填空（10分，共10題，每題1分） 1、差熱分析是在程序控溫條件下，測量樣品坩堝與參比坩堝間的溫度差與溫度

27、的關(guān)系的方 法。 DTA .-TG 或DSD 2、同步熱分析技術(shù)可以通過一次測試分別同時提供 -TG兩組信號 mw 或 mw/mg 3、差示掃描量熱分析是在程序控溫條件下，測量輸入到物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的關(guān) 系的方法，其縱坐標(biāo)單位為 mw或mw/mg。 4、硅酸鹽類樣品在進(jìn)行熱分析時，不能選用剛玉材質(zhì)的樣品坩堝。 5、 差示掃描量熱分析根據(jù)所用測量方法的不同，可以分類為熱流型 DSC與功率補(bǔ)償型DSC。 6、 與差熱分析（DTA ）的不同，差示掃描量熱分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以用于定量分析。 7、差熱分析（DTA ）需要溫度校正，但不需要靈敏度校正。 8、 TG熱失重曲線的

28、標(biāo)注常常需要參照DTG曲線，DTG曲線上一個谷代表一個失重階段， 而拐點溫度顯示的是失重最快的溫度。 9、物質(zhì)的膨脹系數(shù)可以分為線膨脹系數(shù)與體膨脹系數(shù)。 10、 熱膨脹系數(shù)是材料的主要物理性質(zhì)之一，它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個重要指標(biāo)。 、名詞解釋 1、 2、 3、 熱重分析：在程序控溫條件下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度的關(guān)系的方法。 差熱分析：在程序控溫條件下，測量物質(zhì)與參比物的溫度差與溫度的關(guān)系的方法。 差示掃描量熱分析：在程序控溫條件下，測量輸入到物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的關(guān) 系的方法。 4、 熱膨脹分析：在程序控溫條件下，測定試樣尺寸變化與溫度或時間的關(guān)系的方法。 、簡答題 1、DSC

29、與DTA測定原理的不同 答案：DSC是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫 差為零所需供給的熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。DTA是測量T-T的關(guān)系，而DSC 是保持T = 0 ,測定H-T的關(guān)系。兩者最大的差別是 DTA只能定性或半定量， 而DSC 的結(jié)果可用于定量分析。DTA在試樣發(fā)生熱效應(yīng)時，試樣的實際溫度已不是程序升溫 時所控制的溫度（如在升溫時試樣由于放熱而一度加速升溫）。而DSC由于試樣的熱量 變化隨時可得到補(bǔ)償，試樣與參比物的溫度始終相等，避免了參比物與試樣之間的熱 傳遞，故儀器的反應(yīng)靈敏，分辨率高，重現(xiàn)性好。 2、DTA存在的兩個缺點 答案：1）試樣在

30、產(chǎn)生熱效應(yīng)時，升溫速率是非線性的，從而使校正系數(shù)K值變化，難以 進(jìn)行定量；2）試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)時，由于與參比物、環(huán)境的溫度有較大差異，三者之間 會發(fā)生熱交換，降低了對熱效應(yīng)測量的靈敏度和精確度。使得差熱技術(shù)難以進(jìn)行定量 分析，只能進(jìn)行定性或半定量的分析工作。 3、功率補(bǔ)償型DSC儀器的主要特點 答案：1、試樣和參比物分別具有獨立的加熱器和傳感器。整個儀器由兩套控制電路進(jìn)行監(jiān) 控。一套控制溫度，使試樣和參比物以預(yù)定的速率升溫，另一套用來補(bǔ)償二者之間的 溫度差。2、無論試樣產(chǎn)生任何熱效應(yīng)，試樣和參比物都處于動態(tài)零位平衡狀態(tài)，即 二者之間的溫度差 T等于0。這是DSC和DTA技術(shù)最本質(zhì)的區(qū)別。 4、D

31、TG曲線體現(xiàn)的物理意義及其相對于TG曲線的優(yōu)點 答案：DTG曲線表示的是物質(zhì)在加熱過程中質(zhì)量隨時間的變化率（失重速率）與溫度（或 時間）的關(guān)系。其其相對于 TG曲線的優(yōu)點有：能準(zhǔn)確反映出起始反應(yīng)溫度Ti，最大 DTG比TG分辨 能更精確地進(jìn)行定 DTG 與DTA具有 TG對此 反應(yīng)速率溫度Te和Tf。更能清楚地區(qū)分相繼發(fā)生的熱重變化反應(yīng)， 率更高。DTG曲線峰的面積精確對應(yīng)著變化了的樣品重量，較TG 量分析。能方便地為反應(yīng)動力學(xué)計算提供反應(yīng)速率（dw/dt）數(shù)據(jù)。 可比性，通過比較，能判斷出是重量變化引起的峰還是熱量變化引起的峰。 無能為力。 四、分析計算題 時由 Netzsch 28-699

32、 C間的工 1、圖1分別為YG6及YG6X硬質(zhì)合金樣品在空氣氣氛下，升溫速率為5K/min DIL409pc熱膨脹儀測出的熱膨脹（DIL）曲線及其一階微分曲線，試比較其 程膨脹系數(shù)，并通過其一階微分曲線對其原因做出解釋。 圖1為YG6及YG6X硬質(zhì)合金樣品在空氣氣氛下， 升溫速率為5K/min時的熱膨脹曲線及其一階微分曲線 材料測試與分析技術(shù)復(fù)習(xí)資料 6 5.487x10- (1/K),而 YG6X 樣 YG6X樣品的線膨脹系數(shù)要 YG6X樣品在770 C發(fā) 答案：在28-699 C的溫度范圍內(nèi)，YG6樣品的工程膨脹系數(shù)為 品的工程膨脹系數(shù)為 6.519x10-6(1/K),顯然具有細(xì)晶晶粒的

33、 高于粗晶粒的YG6樣品的。從它們的一階微分曲線可以看出， 生突變。這是由于合金中 Co相粘結(jié)劑在600-700 C間易于汽化，而相對于YG6樣品， YG6X中的WC晶粒尺寸更小，從而在 WC晶粒的Co相粘結(jié)劑也更多，當(dāng)Co相粘結(jié) 齊恠600-700 C間汽化后，YG6X中WC晶粒間留下的總空隙較多，而當(dāng)加熱溫度加 熱到770C引起YG6X樣品產(chǎn)生較大的收縮變形，從而其線膨脹系數(shù)高于YG6樣品 升溫速率為 5K/min時由Netzsch DIL409pc熱 而后又冷卻到300 C后的熱膨脹(DIL)曲線及其一階 295-969 C間的工程膨脹系數(shù)，并通過分析其一階微 后又冷卻到300 C時的熱

34、膨脹(DIL)曲線及其一階微分曲線 2、圖2分別為Co基合金樣品在空氣氣氛下, 膨脹儀測量的先從 30升溫到1000 C, 微分曲線，試比較升溫及降溫中其介于 分曲線后對其可能的變化過程進(jìn)行推斷。 答案：在295-969 C的溫度范圍內(nèi)，Co基合金樣品升溫時的工程膨脹系數(shù)為16.6268x10-6 (1/K), 而降溫時的為18.212x10-6(1/K)。通過對比其其一階微分曲線后可以發(fā)現(xiàn)樣品在升溫過 程中，在677 C時長度發(fā)生突變而降溫過程則沒有，因此可以推斷出合金樣品在 600-700 C時產(chǎn)生了新相，由從而引起長度變化速率的改變。 10K/min時的DSC-TG同步熱 反應(yīng)的起始及結(jié)

35、束溫度范圍， 3、圖3分別為玻璃原料及粘結(jié)劑在氧氣氣氛下，升溫速率為 分析曲線，試分析其整個反應(yīng)過程(包括每個階段的反應(yīng)類型， 失重量，反應(yīng)峰值溫度等等)。 M355 Ctisnge 100 f Sainflerns 44 1191 CX MJ聞 Dehydrabon 的100 Hwt Flow 啊 Wmgl eM 2+S.5 &nflef bunvd healfratt 恤聃PE： Spw Qas+Mdef 4D.es IQ PtHid WiKmin 心DSC h哄 Glass hwabod： Onset 518.9 C Mi申L：魁.3 d 10 K/m；n Air TG-DSC typa

36、 S Mass Change / % 10O R3 .40- 0.20- ,/i 57 斗/a 447.4C-0-&2 Dehydration 756.SP 712. 2 2a. EG旳 B23.Q=-C Phase Iransitiona 白 3弋 1-心 666.3G94 -51 02 J/a S2 0.0- ea 圖T高嶺石在氧氣氣氛下，升溫速率為叫K/pin時的山0 DSCTG曲線7 答案：從圖4可以看出，整個反應(yīng)過程分別為高嶺石的脫水、 等四個階段；其中脫水階段位于 30-320 C,失重量為7.19%，需要吸熱157.4J/g, 127.3 C為 吸熱峰值溫度；雜質(zhì)的燒蝕階段位于 320-580C,失重量為0.52%,產(chǎn)生放熱51.02J/g, 484.2C 為放熱峰值溫度；脫羥基階段位于 580-