文档介绍：无机材料科学基础实验
张泓编
二OO三年
实验一差热分析
一、目的:
1、了解差热分析法的基本原理、仪器的装置,并学会使用方法。
2、通过对未知矿物的差热曲线的测定,初步学会用差热分析法鉴定未知矿物的方法。
凝聚系统(所有的硅酸盐系统均为凝聚系统)相平衡的研究方法:
1、动态法:(热分析法)最常用的是加热或冷却(步冷)曲线法和差热分析法。
(1)加热或冷却(步冷)曲线法:根据系统在冷却过程中温度随时间的变化情况来判断系统中是否发生了相变化。(绘制成温度-时间曲线,即步冷曲线(冷却曲线))
优点:简便,不象淬冷法那样费时费力。
缺点:由于本质上是一种动态法,不象淬冷法那样更符合相平衡的热力学要求,所测得相变温度仅是一个近似值只能测定相变温度,不能确定相变前后的物相,要确定物相仍需其它方法配合。
(2)差热分析法(DTA) :如果相变热效应小,冷却曲线上的折点不明显,需采用灵敏度较高的差热曲线法。差热分析是在程序控制温度下,将被测物质与参比物在相同的条件下加热或冷却,如果中没有相变产生的热效应,则被测试样与参比物应具有相同的温度。反之,试样与参比物之间就会产生温度差。这个温差可以被差热分析仪中的热电偶检测到,并把电信号转变为温度信号自动记录得到差热曲线。根据差热曲线上峰或谷的位置,可以判断试样中相变发生的温度。
惰性基准物常采用焙烧过的α-Al2O3,无相变化
优点:灵敏度较高。
缺点:不能确定相变前后的物相,要确定物相仍需其它方法配合。
2、静态法(淬冷法) :是让所研究系统在一定的温度和压力下达到确定的平衡,然后将试样足够快地淬冷到室温,以保持其在高温下的平衡状态,最后,对试样进行研究。
最大优点:准确度高。因为长时间保温较接***衡状态,淬冷后在室温下又可对试样中平衡共存的相数、各相的组成、形态和数量癴接进行测定。
特别是对于相变速度慢和由于粘度大而引起相变滞后现象的硅酸盐系统,其凂确䀧超过动态法。
适用对象:适用于相变速度慢的系统ﴌ冂果相变速度快则在浬冷时发生相变,不适用。
二、原理:
自然界许多矿物(墂硅酸盐、碳酸盐及一些氧化物)在加热或冷却的过稊中常有一系列物理化学变化(如多晶转变、化合、分解、脱水、熔融、结晶歉)这时常伴随有热效应产生;若能把这种热效应准确地测出来是可以帮助我鉴定矿物的;因为每一矿物都具有一定的差热分析特征曲线。
差热分析是在程序控制温度下,将被测物质与参比物在相同的条件下加热或冷却,测量试样与参比物之间温度差与温度关系的一种分析技术。将温差热电偶两个焊接点分别置于被测试样S与参比物R中(如图示)并对试样与参比物同时均匀加烍,嘨程序温控的条件下,由于试样产生物理变化及化学变化伴随产生热效应,而参比物无此变化。若试样和参比物温度分别为TS和TR,以两者之间的温度▓T(作横坐标)对温度T或时间t(作纵坐标)佌图,即得到DTA曲线。
1、加热炉;2、试样;3、参比物;4、测温热电偶;5、温差热电偶
6、测温元件;7、温控元件
实验中为提高仪器的抗腐蚀能力或试样需要在一定的气氛下观察其反应情况,可在加热炉内抽真空或通以保护气氛及反应气氛。
本实验采用的是自动差热分析仪,(简单差热分析方法从略);自动记录式,是通过电子放大器,把微弱的温差电动势放大,最后通过马达转变为机械能,带动记录笔,记录差热曲线。
三、CRY――Z 差热分析仪简介:
仪器由温度程序控制单元,可控硅加热单元,差热放大器单元,记录仪单元,电炉单元,电炉电源六个单元组合而成。
(一)温度程序控制单元
温度程序控制系统包括温度程序控制(TPC)以及可控硅加热(SCR)两个单元,由程序信号发生器,微伏放大器,PID调节器,可控硅触发器可控硅执行元件五个部分组成,系统的方框图如图1所示。
图1 温度程序控制系统方框图
程序信号发生器按照给定的程序方式(升温,恒温,降温或循环)给出毫伏信号。如果温控热电偶的热电势与程序信号发生器给出的毫伏值有偏差时,说明炉温偏离给定值,此偏差值经微伏放大器放大后送入PID调节器,再经可控硅执行元件调整电炉的加热电流从而使偏差消除。达到使炉温按一定的速率上升,下降或恒定的目的,以保证升温式线的直线性。
(二)差热放大器单元:
差热分析(DTA)的原理是测定在同一条件下试样和参比物质之间温差。分析时将式样与参比物质(α-Al2O3)分别放在两只坩埚里(图2),坩埚底下装有热电偶,并接成差接形式。然后使电炉按一定的速度升温,在升温过程中试样如果没有热反应,则与参比物之间的温度差
△T=0。但是试样内部在某一温度范围内有相变或气化等热效应时,试样的温度将停止(或加快)上升,从而产生温度反差△T。把△T的热电势放大后记录下来可以得到如图3的峰形曲线。据出峰的温度