热分析习题.pdf
热分析习题 一、填空（10 分，共 10 题，每题 1 分）分别在空格里填入答案。1、差热分析是在程序控温条件下，测量样品坩埚与 坩埚间的 温度差与温度的关系的方法。（参比）2、同步热分析技术可以通过一次测试分别同时提供 -TG 或 -TG 两组信号。（DTA-TG,DSD-TG）3、差示扫描量热分析是在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法，其纵坐标单位为 。（mw 或 mw/mg）4、硅酸盐类样品在进行热分析时，不能选用 材质的样品坩埚。（刚玉）5、差示扫描量热分析根据所用测量方法的不同，可以分类为热流型 DSC 与 型 DSC。（功率补偿）6、与差热分析（DTA）的不同，差示扫描量热分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以用于 分析。（定量）7、差热分析（DTA）需要 校正，但不需要灵敏度校正。（温度）8、TG 热失重曲线的标注常常需要参照 DTG 曲线，DTG 曲线上一个谷代表一个 失重阶段，而拐点温度显示的是 最快的温度。（失重）9、物质的膨胀系数可以分为线膨胀系数与 膨胀系数。（体）10、热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的 好坏的一个重要指标。（热稳定性）二、名词解释 1.热重分析 答案：在程序控温条件下，测量物质的质量与温度的关系的方法。2.差热分析 答案：在程序控温条件下，测量物质与参比物的温度差与温度的关系的方法。3.差示扫描量热分析 答案：在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法。4.热膨胀分析 答案：在程序控温条件下，测定试样尺寸变化与温度或时间的关系的方法。三、简答题 1.DSC 与 DTA 测定原理的不同 答案：DSC 是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTA 是测量 T-T 的关系，而 DSC 是保持T=0，测定 H-T 的关系。两者最大的差别是 DTA 只能定性或半定量，而 DSC 的结果可用于定量分析。DTA 在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升温时试样由于放热而一度加速升温)。而 DSC 由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与参比物的温度始终相等，避免了参比物与试样之间的热传递，故仪器的反应灵敏，分辨率高，重现性好。2.DTA 存在的两个缺点 答案：1）试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数 K 值变化，难以进行定量；2）试样产生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大差异，三者之间会发生热交换，降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。使得差热技术难以进行定量分析，只能进行定性或半定量的分析工作。3、功率补偿型 DSC 仪器的主要特点 答案：1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。整个仪器由两套控制电路进行监控。一套控制温度，使试样和参比物以预定的速率升温，另一套用来补偿二者之间的温度差。2.无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差T 等于 0。这是 DSC 和 DTA 技术最本质的区别。4.DTG 曲线体现的物理意义及其相对于 TG 曲线的优点 答案：DTG 曲线表示的是物质在加热过程中质量随时间的变化率（失重速率）与温度（或时间）的关系。其其相对于 TG 曲线的优点有：1.能准确反映出起始反应温度 Ti，最大反应速率温度 Te 和 Tf。更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG 比 TG 分辨率更高。DTG 曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重量，较 TG 能更精确地进行定量分析。能方便地为反应动力学计算提供反应速率（dw/dt）数据。DTG 与 DTA 具有可比性，通过比较，能判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰。TG 对此无能为力。四、分析计算题 1.图1分别为YG6及YG6X 硬质合金样品在空气气氛下，升温速率为5K/min时由Netzsch DIL409pc 热膨胀仪测出的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线，试比较其 28-699间的工程膨胀系数，并通过其一阶微分曲线对其原因做出解释。图 1 YG6 及 YG6X 硬质合金样品在空气气氛下，升温速率为 5K/min 时的热膨胀曲线及其一阶微分曲线 答案：在 28-699的温度范围内，YG6 样品的工程膨胀系数为 5.487x10-6(1/K)，而 YG6X样品的工程膨胀系数为 6.519x10-6(1/K)，显然具有细晶晶粒的 YG6X 样品的线膨胀系数要高于粗晶粒的 YG6 样品的。从它们的一阶微分曲线可以看出，YG6X 样品在 770发生突变。这是由于合金中 Co 相粘结剂在 600-700间易于汽化，而相对于 YG6 样品，YG6X 中的WC 晶粒尺寸更小，从而在 WC 晶粒的 Co 相粘结剂也更多，当 Co 相粘结剂在 600-700间汽化后，YG6X 中 WC 晶粒间留下的总空隙较多，而当加热温度加热到 770引起 YG6X 样品产生较大的收缩变形，从而其线膨胀系数高于 YG6 样品。2.图 2 分别为 Co 基合金样品在空气气氛下，升温速率为 5K/min 时由 Netzsch DIL409pc 热膨胀仪测量的先从 30 升温到 1000，而后又冷却到 300后的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线，试比较升温及降温中其介于 295-969间的工程膨胀系数，并通过分析其一阶微分曲线后对其可能的变化过程进行推断。100200300400500600700800900温度/0510152025dL/Lo*10-30.00.51.01.52.0dL/dt*10-3/(1/min)1 2008-06-4-5k-1000（硬质合金，株洲，YG6X）.dl3 dLdL/dt2 2008-06-3-5k-1000（硬质合金，株洲，YG6）.dl3 dLdL/dt温度./28.0,699.0:T./(1/K)6.5190E-06温度./28.0,699.0:T./(1/K)5.4869E-06770.0 1212 图 2 Co 基合金样品在空气气氛下，升温速率为 5K/min 时先升温到 1000 后又冷却到 300时的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线 答案：在 295-969的温度范围内，Co 基合金样品升温时的工程膨胀系数为 16.6268x10-6(1/K)，而降温时的为 18.212x10-6(1/K)。通过对比其其一阶微分曲线后可以发现样品在升温过程中，在 677时长度发生突变而降温过程则没有，因此可以推断出合金样品在600-700时产生了新相，由从而引起长度变化速率的改变。2.图 3 分别为玻璃原料及粘结剂在氧气气氛下，升温速率为 10K/min 时的 DSC-TG 同步热分析曲线，试分析其整个反应过程（包括每个阶段的反应类型，反应的起始及结束温度范围，失重量，反应峰值温度等等）。3.图 3 玻璃原料及粘结剂在氧气气氛下，升温速率为 10K/min 时的 DSC-TG 曲线（a）；TG-DTG 曲线（b）答案：从图 3a、b 可以看出，整个反应过程分别为玻璃原料的脱水、粘结剂的烧蚀、以及100200300400500600700800900温度/02468101214dL/Lo*10-3-50050100150200dL/dt*10-6/(1/min)2.1 2010.04.20-10k-980（Co-base,stc）.dl3 dLdL/dt2.3 2010.04.20-10k-980（Co-base,stc）.dl3 dLdL/dt温度./295.0,969.0:T./(1/K)16.6268E-06温度./297.0,969.0:T./(1/K)18.2122E-062.12.32.12.3677 进一步氧化等三个阶段；其中脱水阶段位于30-200，100.9时失重最快，失重量为3.008%，需要吸热 38.7J/g；粘结剂的烧蚀位于 200-520，256.3及 353时失重最快，失重量分别为 2.14%、3.344%，分别为粘结剂分解为 CO、CO2、SO、SO2 等气体释放导致的失重，反应中放热 322.97J/g；进一步氧化过程位于 52-700，564.3时失重最快，失重量为 0.317%，需要吸热 3.3J/g。4.高岭石是在天然粘土中的一种含铝的硅酸盐。用 STA 409 PC 可以研究它们的分解行为和相转变。图 4 分别为高岭石在氧气气氛下，升温速率为 10K/min 时的 DSC-TG 同步热分析曲线，试分析其整个反应过程（包括每个阶段的反应类型，反应的起始及结束温度范围，失重量，反应峰值温度等等）。图 4 高岭石在氧气气氛下，升温速率为 10K/min 时的 DSC-TG 曲线 答案：从图 4 可以看出，整个反应过程分别为高岭石的脱水、杂质的烧蚀、脱羟基以及相变等四个阶段；其中脱水阶段位于 30-320，失重量为 7.19%，需要吸热 157.4J/g，127.3为吸热峰值温度；杂质的烧蚀阶段位于 320-580，失重量为 0.52%，产生放热 51.02J/g，484.2为放热峰值温度；脱羟基阶段位于 580-850，失重量为 3.67%，需要吸热 229.55J/g，756.8为吸热峰值温度；相变阶段位于 850-1200，DTA 曲线位于 923.1时有一个较大的吸热峰，而 TG 曲线显示无失重过程，因此为相变过程，需要吸热 51.02J/g。热分析复习重点 1.DTA DSC TG DIL 的定义；2.DTA、DSC 的优缺点，及其物理意义（纵坐标）；3.DSC 的分类及优缺点；4.坩埚类型，分别适用那种材料的测试；5.DTA、DSC 仪器校正中的差别；6.膨胀系数的分类，是衡量物质-的标准；7.DTA DSC 测量原理中的差别；8.Dtg 曲线的意义及优点；9.分析题 注意复习硬质合金及 Co 基合金的膨胀变化曲线；注意复习玻璃原料及粘结剂在氧气气氛下的热分析过程，对其过程进行分析；注意粘土例如高岭石加热过程中的变化过程。Love is not a maybe thing.You know when you love someone.
