材料研究方法热分析.ppt

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1、热分析技术热分析技术第五章第五章热分析热分析一、热分析技术及分类一、热分析技术及分类 热分析是在热分析是在程序控制温度下，测量物程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术质的物理性质随温度变化的一类技术。程序控制温度：程序控制温度：指用固定的速率加热指用固定的速率加热或冷却或冷却。物理性质：物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等。热分析热分析thermal analysis什么是什么是 热分析？分析？热分析的分析的主要方法主要方法热分析的分析的仪器器热分析曲线图和数据集热分析热重法差热分

2、析程序温度下，测物质和参比物的温度差与温度关系的技术什么是什么是热分析？分析？thermal analysis程序温度下，测物质的物理性质与温度关系的一类技术只要将总定义中的物理性质代换成诸如质量、温差等物理量，就很容易得到各种热分析方法的定义程序温度下，测量物质的质量与温度关系的技术简简介介热分析法是所有在高温过程中测量物质热性能技术热分析法是所有在高温过程中测量物质热性能技术热分析法是所有在高温过程中测量物质热性能技术热分析法是所有在高温过程中测量物质热性能技术的总称。的总称。的总称。的总称。它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温它是在程序

3、控制温度下，测量物质的物理性质与温它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系。度的关系。度的关系。度的关系。这里这里这里这里“程序控制温度程序控制温度程序控制温度程序控制温度”是指线性升温、线性降温、是指线性升温、线性降温、是指线性升温、线性降温、是指线性升温、线性降温、恒温等；恒温等；恒温等；恒温等；“物质物质物质物质”可指试样本身，也可指试样的反应产物；可指试样本身，也可指试样的反应产物；可指试样本身，也可指试样的反应产物；可指试样本身，也可指试样的反应产物；“物理性质物理性质物理性质物理性质”可指物质的质量、温度、热量、尺寸、可指物质的质量、温度、热量、尺寸、可指物质的质量、温

4、度、热量、尺寸、可指物质的质量、温度、热量、尺寸、机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学机械特征、声学特征、光学特征、电学特征及磁学特征的任何一种特征的任何一种特征的任何一种特征的任何一种。热分析的起源及发展热分析的起源及发展17801780年，英国的年，英国的年，英国的年，英国的HigginsHiggins使用天平研究石灰粘结剂和生石灰使用天平研究石灰粘结剂和生石灰使用天平研究石灰粘结剂和生石灰使用天平研究石灰粘结剂和生石灰受热重量变化。受热重量变化。受热重量变化。受热重量变化。18991899年，

5、英国的年，英国的年，英国的年，英国的Roberts-AustenRoberts-Austen第一次使用了差示热电偶第一次使用了差示热电偶第一次使用了差示热电偶第一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式发明了差热分析和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式发明了差热分析和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式发明了差热分析和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式发明了差热分析（DTADTA）技术。）技术。）技术。）技术。19031903年，年，年，年，TammannTammann首次提出首次提出首次提出首次提出“热分析热分析热分析热分析”术语。术语。术语。术语。19151915年，日

6、本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平热天平热天平热天平”即热重法（即热重法（即热重法（即热重法（TGTG），后来法国人也研制了热天平技术。），后来法国人也研制了热天平技术。），后来法国人也研制了热天平技术。），后来法国人也研制了热天平技术。热分析的起源及发展19451945年，首批商品化热分析天平生产。年，首批商品化热分析天平生产。年，首批商品化热分析天平生产。年，首批商品化热分析天平生产。19641964年，美国的年，美国的年，美国的年，美国的

7、WatsonWatson和和和和ONeillONeill在在在在DTADTA技术的基础上发技术的基础上发技术的基础上发技术的基础上发明了差示扫描量热法（明了差示扫描量热法（明了差示扫描量热法（明了差示扫描量热法（DSCDSC），美国），美国），美国），美国P PE E公司最先生产了公司最先生产了公司最先生产了公司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。19651965年，英国的年，英国的年，英国的年，英国的Mackinzie(RedfernM

8、ackinzie(Redfern等人发起，召开了第等人发起，召开了第等人发起，召开了第等人发起，召开了第一次国际热分析大会，并于一次国际热分析大会，并于一次国际热分析大会，并于一次国际热分析大会，并于19681968年成立了国际热分析协会年成立了国际热分析协会年成立了国际热分析协会年成立了国际热分析协会（ICTAICTA）。）。）。）。19791979年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析专业年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析专业年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析专业年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析专业委员会。委员会。委员会。委员会。热分析技术的分类热分析技术的分类差热分

9、析差热分析示差扫描量热分析示差扫描量热分析热重分析热重分析逸出气体分析逸出气体分析热膨胀仪热膨胀仪热力法热力法热光法热光法电磁热分析电磁热分析放射热分析等放射热分析等热分析技术分类热分析技术分类物理性质物理性质物理性质物理性质分析技术名称分析技术名称分析技术名称分析技术名称物理性质物理性质物理性质物理性质分析技术名称分析技术名称分析技术名称分析技术名称质量质量质量质量热重法热重法热重法热重法尺寸尺寸尺寸尺寸热膨胀法热膨胀法热膨胀法热膨胀法等压质量变化测等压质量变化测等压质量变化测等压质量变化测定定定定力学特性力学特性力学特性力学特性热机械分析热机械分析热机械分析热机械分析逸出气体分析逸出气体分

10、析逸出气体分析逸出气体分析动态热机械分动态热机械分动态热机械分动态热机械分析析析析放射热分析放射热分析放射热分析放射热分析声学特性声学特性声学特性声学特性热发声法热发声法热发声法热发声法热微粒分析热微粒分析热微粒分析热微粒分析热声学法热声学法热声学法热声学法温度温度温度温度加热曲线测定加热曲线测定加热曲线测定加热曲线测定光学特性光学特性光学特性光学特性热光学法热光学法热光学法热光学法差热分析差热分析差热分析差热分析电学特性电学特性电学特性电学特性热电学法热电学法热电学法热电学法焓焓焓焓差示扫描量热法差示扫描量热法差示扫描量热法差示扫描量热法磁学特性磁学特性磁学特性磁学特性热磁学法热磁学法热磁学

11、法热磁学法 热分析四大支柱热分析四大支柱差热分析、热重分析、差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析差示扫描量热分析、热机械分析用于用于用于用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸研究物质的晶型转变、融化、升华、吸研究物质的晶型转变、融化、升华、吸研究物质的晶型转变、融化、升华、吸附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化学现象学现象学现象学现象。快速提供被快速提供被快速提供被快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产研究物质的热稳定性、热分解产研究物质的热稳定性、热

12、分解产研究物质的热稳定性、热分解产物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表征及结构性能等聚物的表征及结构性能等聚物的表征及结构性能等聚物的表征及结构性能等。原理原理仪器器应用用差热法DTADifferential thermal analysis二、差热分析二、差热分析 差热分析（差热分析（Di

13、fferentialThermalAnalysis），简称），简称DTA是在程序是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温控制温度下测定物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术度差和温度关系的一种技术。参比物：参比物：在测定条件下不产生任何热效应在测定条件下不产生任何热效应 的惰性物质的惰性物质差热分析仪差热分析仪差热分析仪差热分析仪差热分析的基本原理差热分析的基本原理差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术

14、度差和温度关系的一种技术度差和温度关系的一种技术度差和温度关系的一种技术(DTA)(DTA)(DTA)(DTA)。1 1、差热分析仪及其测量曲线的形成：、差热分析仪及其测量曲线的形成：差热分析仪由加热炉、样品支持器、差热分析仪由加热炉、样品支持器、温差热电偶、程序温度控制单元和温差热电偶、程序温度控制单元和记录仪组成。记录仪组成。试样和参比物处在加试样和参比物处在加热炉中相等温度条件下，温差热电热炉中相等温度条件下，温差热电偶的两个热端，其一端与试样容器偶的两个热端，其一端与试样容器相连，另一端与参比物容器相连，相连，另一端与参比物容器相连，温差热电偶的冷端与记录仪表相连温差热电偶的冷端与记录

15、仪表相连。图图11差热分析仪结构示意图差热分析仪结构示意图1-1-参比物；参比物；2-2-样品；样品；3-3-加热块；加热块；4-4-加热器；加热器；5-5-加热块热电偶；加热块热电偶；6-6-冰冷联结；冰冷联结；7-7-温度程控；温度程控；8-8-参比热电偶；参比热电偶；9-9-样品热电偶；样品热电偶；10-10-放大器；放大器；11-x-y11-x-y记录记录仪仪2.差热分析仪差热分析仪由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及由加热炉、试样容器、热电偶、温度控制系统及放大、记录系统等部分组成。放大、记录系

16、统等部分组成。放大、记录系统等部分组成。放大、记录系统等部分组成。原理原理thermal analysis恒定加热速率时，测样品温度的变化速率通常T稳速上升，熔化或吸/放热反应T平台参比物：在所测范围内不发生任何热效应记录样品与参比物之间的温差Al2O3仪器器thermal analysis样品参比物电热丝热电偶金属1.差热分析原理差热分析原理 热电偶与差热电偶热电偶与差热电偶差热分析原理图差热分析原理图热电效应与热电偶热电效应与热电偶两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成下图所两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成下图所示的闭合回路，当两个接触点示的闭合回路，当两个接触点(称

17、为结点称为结点)温度温度T T和和T T0 0不相同时，不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。的现象称为热电效应。两个结点中与被测介质接触的一端称为测量端或工作端、热两个结点中与被测介质接触的一端称为测量端或工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。端，另一个称为参考端或自由端、冷端。差热分析5差热分析的基本原理热电偶与差热电偶将两个反极性的热电偶串联起来，就构成了可用于测定两个热源之间温度差的温差热电偶。差热分析差热分析的基本原理（1）加热炉）加热炉炉内有均匀温度区，使试样均匀受热；炉内有均匀

18、温度区，使试样均匀受热；炉内有均匀温度区，使试样均匀受热；炉内有均匀温度区，使试样均匀受热；程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控程序控温，以一定速率均匀升（降）温，控制精度高；制精度高；制精度高；制精度高；电炉热容量小，便于调节升、降温速度；电炉热容量小，便于调节升、降温速度；电炉热容量小，便于调节升、降温速度；电炉热容量小，便于调节升、降温速度；炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流炉子的线圈无感应现象，避免对热电偶电流干扰；干扰；干扰；干

19、扰；炉子体积小、重量轻，便于操作和维修。炉子体积小、重量轻，便于操作和维修。炉子体积小、重量轻，便于操作和维修。炉子体积小、重量轻，便于操作和维修。使用温度上限使用温度上限使用温度上限使用温度上限11001100以上，最高可达以上，最高可达以上，最高可达以上，最高可达18001800。（2）试样容器）试样容器容纳粉末状样品。容纳粉末状样品。容纳粉末状样品。容纳粉末状样品。在耐高温条件下选择传导性好的材料。在耐高温条件下选择传导性好的材料。在耐高温条件下选择传导性好的材料。在耐高温条件下选择传导性好的材料。耐火材料：镍（耐火材料：镍（耐火材料：镍（耐火材料：镍（1300K1300K1300K）等

20、。）等。）等。）等。样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、铂、钨等。铂、钨等。铂、钨等。铂、钨等。（3）热电偶）热电偶差热分析的关键元件。差热分析的关键元件。差热分析的关键元件。差热分析的关键元件。产生较高温差电动势，随温度成线性关系的变产生较高温差电动势，随温度成线性关系的变产生较高温差电动势，随温度成线性关系的变产生较高温差电动势，随温度成线性关系的变化；化；化；化；能测定较的温度，测温范围宽，长期使用无物能测定较的温度，测温范围宽，长期使用无物能测定较的温度，测温范围

21、宽，长期使用无物能测定较的温度，测温范围宽，长期使用无物理、化学变化，高温下耐氧化、耐腐蚀；理、化学变化，高温下耐氧化、耐腐蚀；理、化学变化，高温下耐氧化、耐腐蚀；理、化学变化，高温下耐氧化、耐腐蚀；比电阻小、导热系数大；比电阻小、导热系数大；比电阻小、导热系数大；比电阻小、导热系数大；电阻温度系数和热容系数较小；电阻温度系数和热容系数较小；电阻温度系数和热容系数较小；电阻温度系数和热容系数较小；足够的机械强度，价格适宜。足够的机械强度，价格适宜。足够的机械强度，价格适宜。足够的机械强度，价格适宜。铜铜铜铜-康铜（长期康铜（长期康铜（长期康铜（长期350350/短期短期短期短期500500）、

22、）、）、）、铁铁铁铁-康铜（康铜（康铜（康铜（600/800600/800）、镍铬）、镍铬）、镍铬）、镍铬-镍铝（镍铝（镍铝（镍铝（1000/13001000/1300）、）、）、）、铂铂铂铂-铂铑铂铑铂铑铂铑(1300/1600(1300/1600)、铱、铱、铱、铱-铱铑（铱铑（铱铑（铱铑（1800/20001800/2000）。）。）。）。2、差热分析曲线、差热分析曲线 国际热分析协会国际热分析协会国际热分析协会国际热分析协会ICTAICTA（InternationalConfederationforThermalAnalysisInternationalConfederationforT

23、hermalAnalysis）差热分析差热分析差热分析差热分析DTADTA是将试样和参比物置于同一环境中是将试样和参比物置于同一环境中是将试样和参比物置于同一环境中是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加热或冷却，将两者间的温度差对时以一定速率加热或冷却，将两者间的温度差对时以一定速率加热或冷却，将两者间的温度差对时以一定速率加热或冷却，将两者间的温度差对时间或温度作记录的方法。间或温度作记录的方法。间或温度作记录的方法。间或温度作记录的方法。DTADTA曲线：曲线：曲线：曲线：纵坐标代表温度差纵坐标代表温度差T，吸热过吸热过程显示一根向下的峰程显示一根向下的峰，放热过程显示一根放热过程显示

24、一根向上的峰向上的峰。横坐标代表时间或温度，从左。横坐标代表时间或温度，从左到右表示增加到右表示增加。对比试样的加热曲线与差热对比试样的加热曲线与差热对比试样的加热曲线与差热对比试样的加热曲线与差热曲线可见：曲线可见：曲线可见：曲线可见：当试样在加热过程中有热效应变当试样在加热过程中有热效应变当试样在加热过程中有热效应变当试样在加热过程中有热效应变化时，则相应差热曲线上就形成化时，则相应差热曲线上就形成化时，则相应差热曲线上就形成化时，则相应差热曲线上就形成了一个峰谷。了一个峰谷。了一个峰谷。了一个峰谷。不同的物质由于它们的结构、不同的物质由于它们的结构、不同的物质由于它们的结构、不同的物质由

25、于它们的结构、成分、相态都不一样，在加热过成分、相态都不一样，在加热过成分、相态都不一样，在加热过成分、相态都不一样，在加热过程中发生物理、化学变化的温度程中发生物理、化学变化的温度程中发生物理、化学变化的温度程中发生物理、化学变化的温度高低和热焓变化的大小均不相同，高低和热焓变化的大小均不相同，高低和热焓变化的大小均不相同，高低和热焓变化的大小均不相同，因而在差热曲线上峰谷的数目、因而在差热曲线上峰谷的数目、因而在差热曲线上峰谷的数目、因而在差热曲线上峰谷的数目、温度、形状和大小均不相同，温度、形状和大小均不相同，温度、形状和大小均不相同，温度、形状和大小均不相同，这这这这就是应用差热分析进

26、行物相定性、就是应用差热分析进行物相定性、就是应用差热分析进行物相定性、就是应用差热分析进行物相定性、定量分析的依据。定量分析的依据。定量分析的依据。定量分析的依据。差热分析差热分析差热分析的基本原理差热分析的基本原理差热分析的基本原理差热分析的基本原理2、差热分析的基本理论H=KS差热曲线的峰谷面积S和反应热效应H成正比，反应热效应越大，峰谷面积越大。具有相同热效应的反应，传热系数K越小，峰谷面积越大，灵敏度越高。差热分析差热分析的基本原理（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成（二）、差热曲线的形成1 1、DTADTA曲线的特征曲线的特征曲线的特征曲线的特征DTA

27、DTADTADTA曲线是将试样和参比物曲线是将试样和参比物曲线是将试样和参比物曲线是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率置于同一环境中以一定速率置于同一环境中以一定速率置于同一环境中以一定速率加热或冷却，将两者的温度加热或冷却，将两者的温度加热或冷却，将两者的温度加热或冷却，将两者的温度差对时间或温度作记录而得差对时间或温度作记录而得差对时间或温度作记录而得差对时间或温度作记录而得到的。到的。到的。到的。DTADTADTADTA曲线的实验数据曲线的实验数据曲线的实验数据曲线的实验数据是这样表示的，纵坐标代表是这样表示的，纵坐标代表是这样表示的，纵坐标代表是这样表示的，纵坐标代表温度差温度差温

28、度差温度差 T T T T，吸热过程是一，吸热过程是一，吸热过程是一，吸热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向上的峰；横坐标代表时个向上的峰；横坐标代表时个向上的峰；横坐标代表时个向上的峰；横坐标代表时间或温度。间或温度。间或温度。间或温度。差热分析差热分析差热分析曲线差热分析曲线差热分析曲线差热分析曲线 差热分析曲线差热分析曲线温差温度2 2、DTADTA曲线的温度测定及标定：外推法（反应起曲线的温度测定及标定：外推法（反应起点、转变点、终点）点、转变点、终点）外延始点：指峰的起始边陡峭部分的切线与外延基线的交点。国际热

29、分析协会（ICTA）采用外延起始温度来表示反应的起始温度。外延起始温度外延起始温度表示反应的起始温度表示反应的起始温度 差热反应起始温度的确定差热反应起始温度的确定外延始点温度外延始点温度典型的典型的DTA曲曲线thermal analysis DTA曲线曲线基线、峰、峰宽、峰高、峰面积。基线、峰、峰宽、峰高、峰面积。基线：基线：基线：基线：DTADTA曲线上曲线上曲线上曲线上TT近似等于近似等于近似等于近似等于0 0的区段。的区段。的区段。的区段。峰：峰：峰：峰：DTADTA曲线离开基线曲线离开基线曲线离开基线曲线离开基线又回到基线的部分，包括又回到基线的部分，包括又回到基线的部分，包括又回

30、到基线的部分，包括放热峰和吸热峰。放热峰和吸热峰。放热峰和吸热峰。放热峰和吸热峰。峰宽：峰宽：峰宽：峰宽：DTADTA曲线偏离基曲线偏离基曲线偏离基曲线偏离基线又返回基线两点间的距线又返回基线两点间的距线又返回基线两点间的距线又返回基线两点间的距离或温度间距。离或温度间距。离或温度间距。离或温度间距。峰高：表示试样和参比峰高：表示试样和参比峰高：表示试样和参比峰高：表示试样和参比物之间的最大温度差。物之间的最大温度差。物之间的最大温度差。物之间的最大温度差。峰面积：指峰和内插基峰面积：指峰和内插基峰面积：指峰和内插基峰面积：指峰和内插基线之间所包围的面积。线之间所包围的面积。线之间所包围的面积

31、。线之间所包围的面积。差热分析差热分析差热分析曲线差热分析曲线3、影响、影响DTA曲线的仪器因素曲线的仪器因素炉子尺寸炉子尺寸炉子尺寸炉子尺寸 均温区与温度梯度的控制均温区与温度梯度的控制均温区与温度梯度的控制均温区与温度梯度的控制 坩埚大小和形状坩埚大小和形状坩埚大小和形状坩埚大小和形状 热传导性控制热传导性控制热传导性控制热传导性控制 差热电偶性能差热电偶性能差热电偶性能差热电偶性能 材质、尺寸、形状、灵敏度选择材质、尺寸、形状、灵敏度选择材质、尺寸、形状、灵敏度选择材质、尺寸、形状、灵敏度选择 热电偶与试样相对位置热电偶与试样相对位置热电偶与试样相对位置热电偶与试样相对位置 热电偶热端应

32、置于试样中心热电偶热端应置于试样中心热电偶热端应置于试样中心热电偶热端应置于试样中心 记录系统精度记录系统精度记录系统精度记录系统精度4、影响、影响DTA曲线的试样因素曲线的试样因素（1 1）热容量和热导率的变化）热容量和热导率的变化）热容量和热导率的变化）热容量和热导率的变化 应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物反应前基线低于反应反应前基线低于反应后基线，表明反应后后基线，表明反应后试样热容减小。试样热容减小。反应前基线高于反应反应前基线高于反应后基线，表明反应

33、后后基线，表明反应后试样热容增大。试样热容增大。（2 2）试样的颗粒度）试样的颗粒度）试样的颗粒度）试样的颗粒度 试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。颗粒度要求：颗粒度要求：颗粒度要求：颗粒度要求：100100目目目目-300-300目目目目（）（）（）（）（3 3）试样的结晶度、纯度和离子取代）试样的结晶度、纯度和离子取代）试样的结晶度、纯度和

34、离子取代）试样的结晶度、纯度和离子取代 结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面积要小。积要小。积要小。积要小。纯度、离子取代同样会影响纯度、离子取代同样会影响纯度、离子取代同样会影响纯度、离子取代同样会影响DTADTA曲线。曲线。曲线。曲线。（4 4）试样的用量）试样的用量）试样的用量）试样的用量 试样用量多，热效应大，峰顶温度滞后，容试样用量多，热效应大，峰顶温度滞后，容易掩盖邻近小峰谷。易掩盖邻近小峰谷。以少为原则。以少为原则。以少为原则。以少为原则。硅酸盐试样用量：克硅酸盐试

35、样用量：克硅酸盐试样用量：克硅酸盐试样用量：克试样用量试样用量的多少与颗的多少与颗粒大小对粒大小对DTA曲线有曲线有着类似的影响，试样着类似的影响，试样用量多，放热效应大，用量多，放热效应大，峰顶温度滞后，容易峰顶温度滞后，容易掩盖邻近小峰谷，特掩盖邻近小峰谷，特别是对在反应过程中别是对在反应过程中有气体放出的热分解有气体放出的热分解反应。反应。因此：试样的用量因此：试样的用量以少为原则。以少为原则。硅酸盐试样用量：克硅酸盐试样用量：克(3)(3)试样的结晶度、纯度与试样的结晶度、纯度与试样的结晶度、纯度与试样的结晶度、纯度与离子取代离子取代离子取代离子取代结晶度:有人研究了试样的结晶度对DT

36、A曲线的影响。发现结晶度不同的高岭土的脱水吸热峰面积随样品结晶度的减小而减小，随结晶度的增加，峰形更尖锐。通常也不难看出，结晶良好的矿物，其结构水的脱水温度相应要高些。纯度：天然矿物都含有各种各样的杂质，含有杂质的矿物和纯矿物比较，其DTA曲线的形态和温度都可能不同。（4）温度控制系统）温度控制系统以一定的程序来调节升温或降温的装置，以一定的程序来调节升温或降温的装置，以一定的程序来调节升温或降温的装置，以一定的程序来调节升温或降温的装置，11100K/min100K/min，常用的为，常用的为，常用的为，常用的为1 120K/min20K/min。（5）记录系统）记录系统（5 5）试样的装填

37、）试样的装填）试样的装填）试样的装填 装填要求：薄而均匀装填要求：薄而均匀装填要求：薄而均匀装填要求：薄而均匀 试样和参比物的装填情况一致试样和参比物的装填情况一致试样和参比物的装填情况一致试样和参比物的装填情况一致 （6 6）热中性体（参比物）热中性体（参比物）热中性体（参比物）热中性体（参比物）整个测温范围无热反应整个测温范围无热反应整个测温范围无热反应整个测温范围无热反应 比热与导热性与试样相近比热与导热性与试样相近比热与导热性与试样相近比热与导热性与试样相近 粒度与试样相近（粒度与试样相近（粒度与试样相近（粒度与试样相近（100100300300目筛）目筛）目筛）目筛）常用的参比物：常

38、用的参比物：常用的参比物：常用的参比物：AlAl2 2OO33（经（经（经（经1270K1270K煅烧的高纯氧化铝粉，煅烧的高纯氧化铝粉，煅烧的高纯氧化铝粉，煅烧的高纯氧化铝粉，AlAl2 2OO3 3晶型）晶型）晶型）晶型）离子取代：离子取代：物质中物质中某些离子被其它离某些离子被其它离子取代时，可使子取代时，可使DTA曲线的峰谷形曲线的峰谷形态和温度发生变化。态和温度发生变化。5、影响影响影响影响DTADTA曲线的操作因素曲线的操作因素曲线的操作因素曲线的操作因素（1 1）加热速度）加热速度）加热速度）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形状加热速度快，峰尖而窄，形状加热速度快，峰尖而窄，形状

39、加热速度快，峰尖而窄，形状拉长，甚至相邻峰重叠。拉长，甚至相邻峰重叠。拉长，甚至相邻峰重叠。拉长，甚至相邻峰重叠。加热速度慢，峰宽而矮，形加热速度慢，峰宽而矮，形加热速度慢，峰宽而矮，形加热速度慢，峰宽而矮，形状扁平，热效应起始温度超状扁平，热效应起始温度超状扁平，热效应起始温度超状扁平，热效应起始温度超前。前。前。前。常用升温速度：常用升温速度：常用升温速度：常用升温速度：1-10K/min1-10K/min，硅酸盐材料硅酸盐材料硅酸盐材料硅酸盐材料7 715K/min15K/min。升温速度对硫酸钙相邻峰谷的影响升温速度对硫酸钙相邻峰谷的影响合适过快升温速度的快慢对差热曲线升温速度的快慢对

40、差热曲线的基线、峰形和温度都有明的基线、峰形和温度都有明显的影响。显的影响。a、升温越快，导致热焓变、升温越快，导致热焓变化越快，更多的反应将发生化越快，更多的反应将发生在相同的时间间隔内，峰的在相同的时间间隔内，峰的高度，峰顶或温差将会变大，高度，峰顶或温差将会变大，因而出现尖锐而狭窄的峰因而出现尖锐而狭窄的峰。（2 2）压力和气氛）压力和气氛）压力和气氛）压力和气氛 对体积变化大试样，外界压力增大，热反应对体积变化大试样，外界压力增大，热反应对体积变化大试样，外界压力增大，热反应对体积变化大试样，外界压力增大，热反应温度向高温方向移动。温度向高温方向移动。温度向高温方向移动。温度向高温方向

41、移动。气氛会影响差热曲线形态。气氛会影响差热曲线形态。气氛会影响差热曲线形态。气氛会影响差热曲线形态。（3 3）热电偶热端位置）热电偶热端位置）热电偶热端位置）热电偶热端位置 插入深度一致，装填薄而均匀。插入深度一致，装填薄而均匀。插入深度一致，装填薄而均匀。插入深度一致，装填薄而均匀。（4 4）走纸速度（升温速度与记录速度的配合）走纸速度（升温速度与记录速度的配合）走纸速度（升温速度与记录速度的配合）走纸速度（升温速度与记录速度的配合）走纸速度与升温速度相配合。走纸速度与升温速度相配合。走纸速度与升温速度相配合。走纸速度与升温速度相配合。升温速度升温速度升温速度升温速度10K/min10K/

42、min/走纸速度走纸速度走纸速度走纸速度30cm/h30cm/h。b、升温速度不、升温速度不同明显影响峰顶同明显影响峰顶温度向高温偏移。温度向高温偏移。c、升温速度不、升温速度不同，影响相邻峰同，影响相邻峰的分辨率。较低的分辨率。较低的升温速度使相的升温速度使相邻峰易于分开，邻峰易于分开，而升温速度太快而升温速度太快容易使相邻峰谷容易使相邻峰谷合并。合并。(5)炉内气氛:炉内气氛对碳酸盐、硫化物、硫酸盐等类矿物加热过程中的行为有很大影响，某些矿物试样在不同的气氛控制下会得到完全不同的DTA曲线。试验表明，炉内气氛的气体与矿物试样热分解产物一致，那么分解反应所产生的起始、终止和峰顶温度增高。试样

43、的装填疏密，试样的装填疏密，即试样的堆积方即试样的堆积方式，决定着试样体积的大小。式，决定着试样体积的大小。在试样用量、颗粒度相同的情况下在试样用量、颗粒度相同的情况下装填疏密不同也影响着产物的扩散速度和装填疏密不同也影响着产物的扩散速度和试样的传热快慢，因而影响试样的传热快慢，因而影响DTADTA曲线的形曲线的形态。态。因此装填要求：薄而均匀因此装填要求：薄而均匀 试样和参比物的装填情况一致试样和参比物的装填情况一致通常气氛控制有两种形式：通常气氛控制有两种形式：一种是一种是静态静态气氛气氛，一般为封闭系统，随着反应的进，一般为封闭系统，随着反应的进行，样品上空逐渐被分解出来的气体所行，样品

44、上空逐渐被分解出来的气体所包围，将导致反应速度减慢，反应温度包围，将导致反应速度减慢，反应温度向高温方向偏移。向高温方向偏移。另一种是动态气氛，另一种是动态气氛，气氛流经试样和参比物，分解产物所产气氛流经试样和参比物，分解产物所产生的气体不断被动态气氛带走，只要控生的气体不断被动态气氛带走，只要控制好气体的流量就能获得重现性好的实制好气体的流量就能获得重现性好的实验结果验结果。除上面讨论的诸因素影响差热曲除上面讨论的诸因素影响差热曲线外，量程、纸速的改变也可改线外，量程、纸速的改变也可改变差热曲线的形态。变差热曲线的形态。利用利用DTA来研究物质的变化，首先要对来研究物质的变化，首先要对DTA

45、曲线上每一个峰谷进行解释，即根曲线上每一个峰谷进行解释，即根据物质在加热过程中所产生峰谷的吸热、据物质在加热过程中所产生峰谷的吸热、放热性质，出峰温度和峰谷形态来分析放热性质，出峰温度和峰谷形态来分析峰谷产生的原因。峰谷产生的原因。复杂的矿物通常具有复杂的矿物通常具有比较复杂的比较复杂的DTA曲线，曲线，有时也许不能对所有有时也许不能对所有峰谷作出合理的解释。峰谷作出合理的解释。但每一种化合物的但每一种化合物的DTA曲线却象曲线却象“指纹指纹”一样表征该化合物一样表征该化合物的特性。的特性。在进行较复杂的试在进行较复杂的试样的样的DTA分析时只分析时只要结合试样来源，要结合试样来源，考虑影响考

46、虑影响DTA曲线曲线形态的因素，对比形态的因素，对比每一种物质的每一种物质的DTA“指纹指纹”，峰，峰谷的原因就不难解谷的原因就不难解释。释。6、DTA曲线的解析曲线的解析（1）含水矿物的脱水）含水矿物的脱水普通吸附水脱水温度：普通吸附水脱水温度：100110。层间结合水或胶体水：层间结合水或胶体水：400内，大多内，大多数数200或或300内。内。架状结构水：架状结构水：400左右。左右。结晶水：结晶水：500内，分阶段脱水。内，分阶段脱水。结构水：结构水：450以上。以上。（1）矿物的脱水）矿物的脱水几乎所有矿物都有脱水现象，脱水时产生吸热几乎所有矿物都有脱水现象，脱水时产生吸热效应，在效

47、应，在DTA曲线上表现为吸热峰，在曲线上表现为吸热峰，在1000以内都可能出现。脱水温度及峰谷形态随水的以内都可能出现。脱水温度及峰谷形态随水的类型、水的多少和物质的结构而异。类型、水的多少和物质的结构而异。普通吸附水的脱水温度为普通吸附水的脱水温度为100-110。存在于层。存在于层状硅酸盐结构层中的层间水或胶体矿物中的胶状硅酸盐结构层中的层间水或胶体矿物中的胶体水在体水在400oC以内脱出，但多数在以内脱出，但多数在200-300oC以内脱出，只有架状结构中的水才在以内脱出，只有架状结构中的水才在400oC左左右大量脱出。右大量脱出。存在于矿物晶格中的结晶水温度可以很低，但存在于矿物晶格中

48、的结晶水温度可以很低，但在在500oC以内都存在，其特点是分阶段脱水，以内都存在，其特点是分阶段脱水，DTA曲线上有明显的阶段脱水峰。曲线上有明显的阶段脱水峰。结构水一般在结构水一般在450以上才能脱出。以上才能脱出。水泥水合反应水泥水合反应水泥水合反应水泥水合反应DTADTA曲线曲线曲线曲线（2）矿物分解放出气体吸热（3）氧化反应放热（4）非晶态物质转变为晶态物质放热（5）晶型转变由低温变体向高温变体转变吸热，非平衡态晶体的转变放热。峰谷产生的原因胶凝材料水化过程的研究胶凝材料水化过程的研究高温材料的研究高温材料的研究类质同象矿物的研究类质同象矿物的研究 玻璃的差热分析谱玻璃的差热分析谱玻璃

49、的差热分析谱玻璃的差热分析谱7、差热分析的应用、差热分析的应用（1）胶凝材料水化过程）胶凝材料水化过程研究研究 高铝水泥水化曲高铝水泥水化曲线线99：脱去游离脱去游离水和水和C-S-H凝胶脱凝胶脱水的吸热峰水的吸热峰262：等轴晶系：等轴晶系的脱水吸热峰的脱水吸热峰（2 2）研究玻璃转变温度和析晶温度）研究玻璃转变温度和析晶温度）研究玻璃转变温度和析晶温度）研究玻璃转变温度和析晶温度碲酸盐玻璃差热分析谱碲酸盐玻璃差热分析谱玻璃化温度析晶温度还原气氛正常气氛玻璃形成能力判据玻璃形成能力判据 T=T=T Tx x-T-Tg g，T T越大，玻璃越稳定。越大，玻璃越稳定。越大，玻璃越稳定。越大，玻璃

50、越稳定。热稳定参数热稳定参数热稳定参数热稳定参数 H H=(=(T Tx x-T-Tg g)/T)/Tg g，HH越大，玻璃越稳定越大，玻璃越稳定越大，玻璃越稳定越大，玻璃越稳定 热稳定参数热稳定参数热稳定参数热稳定参数 S S(T Tp p-T-Tx x)(T(Tx x-T-Tg g)/T)/Tg g，S S越大，玻璃越大，玻璃越大，玻璃越大，玻璃越稳定。越稳定。越稳定。越稳定。动力学析晶参数动力学析晶参数动力学析晶参数动力学析晶参数 K(TK(Tp p)=vexp(-E/)=vexp(-E/RTRTp p)，K(TK(Tp p)越越越越小，玻璃越稳定。小，玻璃越稳定。小，玻璃越稳定。小，玻