2025年熱分析技術(shù)實踐與研究報告

熱分析試驗匯報理理一、試驗?zāi)康?、測定純Al-TiO2升溫過程中的DSC、TG曲線，分析其熱效應(yīng)及其反應(yīng)機理。3、運用分析工具標(biāo)定熱分析曲線上的反應(yīng)起始溫度、熱焓值等數(shù)據(jù)。三、試驗設(shè)備和材料STA449C綜合熱分析儀熱分析(ThermalAnalysisTA)技術(shù)是指在程序控溫和一定氣氛下，測量試樣的物理性質(zhì)隨溫度或時間變化的一種技術(shù)。根據(jù)被測量物質(zhì)的物理性質(zhì)不一樣，常見的熱分差示掃描量熱分析(DifferenceScanningClaorimetry,DSC)等。其內(nèi)涵有三個方面：①試樣要承受程序溫控的作用，即以一定的速率等速升(降)溫，該試樣物質(zhì)包括原始試樣和在測量過程中因化學(xué)變化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物；②選擇一種可觀測的物理量，如熱學(xué)的，或光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)等；③觀測的物理量隨溫度而變化。熱分析技術(shù)重要用于測量和分析試樣物質(zhì)在溫度變化過程中的某些物理變化(如晶型轉(zhuǎn)變、相態(tài)轉(zhuǎn)變及吸附等)、化學(xué)變化(分解、氧化、還原、脫水反應(yīng)等)及其力學(xué)特性的變化，通過這些變化的研究，可以認(rèn)識試樣物質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造，獲得有關(guān)的熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)，為材料的深入研究提供理論根據(jù)。綜合熱分析，就是在相似的熱條件下運用由多種單一的熱分析儀組合在一起形成綜合熱分析儀，見圖1,對同一試樣同步進行多種熱分析的措施。(1)、熱重分析(TG)原理天平齒阻尼信號T本人本多光太郎于19制作了零位型熱天平(見圖2)。其工作原理如下：在加熱過程中就失去平衡，并立即由傳感器檢測并輸出天平失衡信號。這一信號經(jīng)測重系統(tǒng)放大后，用以自動變化平衡復(fù)位器中的線圈電流，使天平又回到初時的平衡狀態(tài)，即天平恢復(fù)到試樣質(zhì)量在加熱過程中持續(xù)變化的信息，而試樣溫度或爐膛溫這樣就可得到試樣質(zhì)量隨溫度(或時間)變化的關(guān)系曲線即熱重曲線。熱天平中裝有阻(2)、差熱分析(DTA)原理的分差熱曲線的分差熱曲線繪圖儀記錄儀放大器氣氛控制溫度或時間變化的一種技術(shù)(見圖3)。在所測溫度范圍內(nèi)，參比物不發(fā)生任何熱效應(yīng)，如α-Al?O?在0~1700℃范圍內(nèi)無熱效應(yīng)產(chǎn)生，而試樣卻在某溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)生了熱效應(yīng)，如放熱反應(yīng)(氧化反應(yīng)、爆炸、吸附等)或吸熱反應(yīng)(熔融、蒸發(fā)、脫水等),釋放或吸取的熱量會使試樣的溫度高于或低于參比物，從而在試樣與參比物之間產(chǎn)生溫差，且溫差的大小取決于試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)的大小，由X-Y記錄儀記錄下溫差隨溫度T或時間t變化的關(guān)系即為DTA曲線。(3)、差示掃描量熱分析(DSC)原理名6或6或6或6然名6或6或6或6然程序溫度差熱(DSC)是指在程序控溫下，測量單位時間內(nèi)輸入到樣品和參比物之間的能量差(或功圖4即為功率賠償式示差示掃描量熱儀原理示意圖。樣品和參比物分別具有獨立的圖4功率補償式DSC的原理圖差熱放大器X-Y記錄儀T加熱器和傳感器，整個儀器有兩條控制電路，一條用于控制溫定的速率下升溫或降溫；另一條用于控制功率賠償器，給樣品補充熱量持樣品和參比物之間的溫差為零。當(dāng)樣品發(fā)生熱效應(yīng)時，如放熱效參比物，在樣品與參比物之間出現(xiàn)溫差，該溫差信號被轉(zhuǎn)化為溫器放大后送入功率賠償器，使樣品加熱器的電流Is減小，而參比物的加熱器電流IR增長，從而使樣品溫度減少，參比物溫度升高，最終導(dǎo)致記錄樣品的放熱速度或吸熱速度(即功率),即記錄下賠償給樣品和參比物的功率差隨溫度T或時間t變化的關(guān)系，就可獲得試樣的DSC曲線。(一)、操作條件：2、保護氣體(protective):Ar、He、N?等。目的用于操作過程中對儀器和天平進行保<30ml/min,一般為15ml/min,該開關(guān)一直為啟動狀態(tài)。也可氧化性氣體(空氣、氧氣等),或還原性氣體(H?、CO等)。但對氧化性或還原性氣體應(yīng)謹(jǐn)慎選擇，尤其士還原性氣體會縮短機架的使用壽命，力：0.05MPa,流速<100ml/min,一般為20ml/min。4、恒溫水浴：保證天平在恒溫下工作，一般調(diào)整為比環(huán)境溫度高2~3℃。5、空氣泵：保證測量空間具有一定的真空度，可以反復(fù)進行，一般抽三次即可。(二)、樣品準(zhǔn)備1、檢查并核算樣品及其分解產(chǎn)物不會與坩鍋、支架、熱電2、對測量所用的坩鍋及參比坩鍋預(yù)先進行高于測量溫度的熱處理，以提高測量精度。3、試樣可以是液體、固體、粉體等形態(tài)，但須保證試樣與坩鍋底部的接觸良好，樣品適量(坩鍋1/3或15mg),以減小樣品中的溫度梯度，保證測量精度。4、對熱反應(yīng)劇烈的試樣或會產(chǎn)生氣泡的試樣，應(yīng)減少用量。同損傷儀器。5、用儀器內(nèi)部天平稱量是，需等天平穩(wěn)定，及出現(xiàn)mg字樣時，讀數(shù)方可精確。6、測試必須樣品溫度到達(dá)室溫及天平穩(wěn)定后才能開始。(三)開機1、開機過程無先后次序。為保證儀器穩(wěn)定精確的測試，STA449C的天平主機應(yīng)一直處在帶電開機狀態(tài)，除長期不使用外，應(yīng)防止頻繁開關(guān)機。恒溫水浴及2、開機后，首先調(diào)整保護氣體及吹掃氣體的輸出壓力和流量大小至合理值，并等其穩(wěn)定。(四)、樣品的稱重1、擊weigh進入稱重窗口，待TG穩(wěn)定后欽Tare。3、打開裝置，將樣品置入試樣坩鍋。6、待質(zhì)量穩(wěn)定后，按store將樣品質(zhì)量存入。7、點擊OK退出稱重窗口。(五)、基線的測量姓片和傳真查Es過程：打開電腦→進入姓片和傳真查EsT000A4o正和點擊→206599→打開→勾上吹掃氣2和保護氣→設(shè)定升溫→結(jié)束→設(shè)定等待參數(shù)：等待等→點擊田進入降溫參數(shù)設(shè)定→提交→繼續(xù)→保留設(shè)定→T000A4o正和完畢→進行基線測定。x(六)、樣品的測試過程：進入基線→選樣品+修正→測量程序→測試完畢時自動記錄所測文獻。導(dǎo)出圖元文獻和數(shù)據(jù)即可。(七)、成果分析1、TG曲線成果分析點擊工具欄上的“masschange”按鈕，進入TG分析狀態(tài)，并在屏幕上出現(xiàn)兩條豎分別拖動該兩條豎線，確定出TG曲線的質(zhì)量變化區(qū)間，然后點擊"apply"按鈕，電腦自動算出該區(qū)間質(zhì)量變化率；假如試樣在整過測試溫度區(qū)間有多種質(zhì)量變化的分區(qū)間，依次反復(fù)上述環(huán)節(jié)進行操作，直至所有算出各個質(zhì)量變化區(qū)間的質(zhì)"OK"按鈕，即完畢TG分析。①反應(yīng)開始溫度分析次微分曲線和DSC(orDTA)曲線，確定出曲線開始偏離基線的點和峰拖動該兩條豎線，至確定的兩條曲線上，點擊"a質(zhì)量開始變化的起點和終點，然后點擊"OK"按鈕，即完畢分析操作。②峰值溫度分析點擊工具欄中的“peak”按鈕，進入分次微分曲線和DSC(orDTA)曲線，確定出曲線的熱反應(yīng)峰點，用鼠標(biāo)分別拖動該兩條豎然后點擊"OK"按鈕，完畢操作分析。③熱焓分析次微分曲線和DSC曲線，確定出曲線的熱反應(yīng)峰及其曲線開始偏離基線的點和反應(yīng)結(jié)按鈕，自動算出反應(yīng)熱焓，然后點擊"OK"按鈕，完畢分析操作。DSC曲線、不一樣初始條件下的DSC曲線下圖所示。圖中可以直觀地看出，伴隨反應(yīng)的進行，樣品與參比物之間的能量差(或功率差)隨溫度的變化，從而清晰反應(yīng)的進4/曲線的上升代表著吸熱反應(yīng)，曲線的下降代表著正在進行放熱反應(yīng)，因此最開始一般要吸取熱量進行反應(yīng)，之后放熱，當(dāng)曲線的縱坐標(biāo)和初始高度差不多高時，表達(dá)反應(yīng)基本完畢了。1、注意環(huán)境的安靜，否則影響曲線的質(zhì)量；2、樣品的用量盡量一致；3、合理選擇保護氣氛。(1)、比較DSC、DTA、TG之間的區(qū)別與聯(lián)絡(luò)。熱重法(TG)就是在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度變化的關(guān)系。得到試樣質(zhì)量隨溫度(或時間)變化的關(guān)系曲線即熱重曲線。(即功率),即記錄下賠償給樣品和參比物的功率差隨溫度T或時間t變化的關(guān)系，就區(qū)別：①曲線的縱坐標(biāo)含義不一樣，測量對象也不一樣。TG:試樣的質(zhì)量；DTA:試樣與參比物的溫差；DSC:熱流量。②DSC的定量水平高于DTA。試樣的熱效應(yīng)可直接通過DSC曲線的放熱峰或吸熱峰與基線所包圍的面積來度量，不過由于試樣在熱阻，使賠償?shù)臒崃炕蚨嗷蛏佼a(chǎn)生損耗，因此峰面積得乘以一修正常數(shù)(又稱儀器常數(shù))方為熱效應(yīng)值。儀器常數(shù)可通過原則樣品來測定，即為原則樣品的焓變與儀器測得的峰面積之比，它不隨溫度、操作條件而變化，是一種恒定值。③DSC分析措施的敏捷度和辨別率均高于DTA。DSC中曲線是以熱流或功率差直接表征熱效應(yīng)的，而DTA則是用△T間接表征熱效應(yīng)的，因而DSC對熱效應(yīng)的對應(yīng)更④溫度范圍不一樣樣。TG:20℃~1000℃;DTA:20℃~1600℃;DSC:-120℃~聯(lián)絡(luò)：三種熱分析措施，都是是指在程序控溫和