矿物材料现代测试技术6热分析技术.ppt

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1、参考题目（参考题目（1）1.现代测试技术在选矿中的应用。现代测试技术在选矿中的应用。2.红外光谱在选矿中的应用。红外光谱在选矿中的应用。3.现代测试技术在铁矿中的应用。现代测试技术在铁矿中的应用。4.现代测试技术在粘土矿物研究中的应用。现代测试技术在粘土矿物研究中的应用。5.现代测试技术在硅灰石加工中的应用。现代测试技术在硅灰石加工中的应用。6.现代测试技术在云母加工中的应用。现代测试技术在云母加工中的应用。7.现代测试技术在矿物填料中的应用。现代测试技术在矿物填料中的应用。1参考题目（参考题目（2）8.XRD在矿物材料中的应用。9.电子显微技术在矿物材料中的应用。10.扫描电镜在矿物材料中的

2、应用。11.TEM在矿物材料中的应用。12.扫描隧道显微技术在矿物加工的应用。13.AFM在矿物加工中的应用。14.热分析在矿物加工中的应用。2第五部分：第五部分：热分析技术热分析技术Thermal Analysis3 所有的分析测试技术，都基本是在所有的分析测试技术，都基本是在一定条件下跟踪物质能量或质量等物理性一定条件下跟踪物质能量或质量等物理性质的变化过程，从而推断结构与物性之间质的变化过程，从而推断结构与物性之间的关系。的关系。热分析也不例外，热分析也不例外，它是它是在程序控制在程序控制温度下，跟踪物质的物理性质与温度关系温度下，跟踪物质的物理性质与温度关系的技术，是研究物质受热或冷却

3、过程中所的技术，是研究物质受热或冷却过程中所发生的各种物理与化学变化的有力工具发生的各种物理与化学变化的有力工具。因此，它是一类多学科的通用技术，在科因此，它是一类多学科的通用技术，在科研、生产以及产品开发等各个领域获得了研、生产以及产品开发等各个领域获得了广泛的应用。广泛的应用。热分析技术热分析技术4热分析技术必须满足下述三条标准1 必须测量物质的某种物理性质。如：质量、热学、力学、电学、光学、磁学和声学等。因此，热分析技术所涉及的范围极其广泛。2 测量的物理量必须直接或间接表示为温度关系。3 测量的物理量必须在程控温度下测定。热分析技术5热分析技术热分析技术6最常用的三种热分析法热分析法

4、1 热重分析法热重分析法 TG (Themogravimetry)（微商热重分析法DTG（Derivative Thermogravimetry)2 差热分析差热分析 DTA (Differential Thermal Analysis)3 示差扫描量热分析法示差扫描量热分析法 DSC (Differential Scanning Calorimetry)热分析技术热分析技术71 热重法热重法(TG)v热重法(Thermo-gravimetry,简称TG)是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。由TG实验获得的曲线，称热重曲线(或TG曲线)。以重量为综坐标(由上到下质量减少)，

5、以温度(或时间)为横坐标(从左到右增加)。由TG可以派生出微商热重法(Derivative Thermo-gravimetry,简称DTG)，它是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。热分析技术热分析技术81.1 1.1 基本原理基本原理热分析技术9热天平原理示意图1 测温热电偶；2 试样坩埚支架；3 炉子；4 温控热电偶；5 吊带；6 光源；7 光栏；8 接收元件；9 磁铁与线圈。热分析技术热分析技术10热重热重(TG)与与微商热重微商热重(DTG)曲线曲线理想的理想的TG曲线为一些直角台阶曲线为一些直角台阶;但但实际上表现为一个个过渡和斜坡。实际上表现为一个个过渡和斜坡。a热重热重TG曲线曲

6、线热分析技术热分析技术11左图为理想的热重曲线，右为KAl3(OH)6(SO4)2 的实际热重曲线。热分析技术热分析技术12一些名词术语：AB段称热重基线，B点对应的Ti称热分解的起始温度；C点所对应的Tf是热分解反应终止温度。TfTi称之为反应区间。D点（外推基线与TG曲线最大斜率切线的交点），对应的Te称为外推起始温度。热分析技术热分析技术13b微商热重曲线微商热重曲线(DTG曲线曲线)TG曲线对时间(或温度)的一次微分所得曲线即DTG曲线。它的纵坐标为dWdt(或dWdT)，从上到下表示减少。横坐标为温度T或时间t，自左至右表示增加。DTG曲线上出现的各种峰对应着TG曲线上的各个重量变化

7、阶段。峰的面积与样品对应的重量变化成正比。热分析技术热分析技术14热分析技术热分析技术15DTG曲线具有以下一些特点：（1）能精确反映出起始反应温度、最大反应速率温度和反应终止温度(相对来说，TG曲线对此就迟钝的多）；（2）能精确区分出相继发生的热重变化。在TG曲线上，对应于整个变化过程中各阶段的变化相互衔接而不易区分开，而同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值，可以以峰的最大值为界把一个热失重反应分成两部分。故DTG能很好地区分出重叠反应，区分各反应阶段。热分析技术热分析技术1617（3）DTG曲线的峰面积精确地对应着变化了的样品重量，因而较TG能更精确地进行定量分析。（4）能方便

8、地为反应动力学计算提供反应速率(dWdt)数据。（5）DTG与DTA具有可比性，但前者与质量变化有关且重现性好，后者与质量变化无关且不易重现。如果DTG和DTA进行比较，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。热分析技术热分析技术18c影响影响TG曲线的因素曲线的因素l(1)气氛：如在C02气氛中、空气中或N2气氛中，物质的反应温度会有较大变化。l(2)试样量：最好的办法是根据天平的灵敏度，尽可能使用少量试样。l(3)试样粒度：粒度小的比粒度大的试样热分解温度低。热分析技术热分析技术192 差热分析差热分析(DTA)差热分析(Differential Thermal

9、Analysis，简称DTA)是在程序控制温度下测量物质与参比物之间温度差与温度关系的一种技术。在DTA实验中，样品温度的变化是由于相变或反应热效应引起的，比如相转变、熔化、结晶、沸腾、升华、蒸发、氧化还原反应、断裂与分解反应、脱氢反应、晶格破坏以及其它化学反应等等。热分析技术热分析技术20 功能：功能：玻璃化转变玻璃化转变 结晶结晶 熔融熔融 相变温度相变温度 相变潜热相变潜热 氧化和分解等过程氧化和分解等过程。热分析技术热分析技术21差热分析的基本原理差热分析的基本原理热分析技术热分析技术22 试样S和参比物R分别装在两个坩埚内。在坩埚下各有一个片状热电偶，这两个热电偶相互反接。对试样和参

10、比物同时进行程序升温，当加热到某一温度，试样发生了放热或吸热反应时，试样温度Ts就会高于或低于参比物温度TR，从而产生了温度差，该温度差T就会由上述两个反接的热电偶以差热电势的形式输出给差热放大器，经放大后从记录仪输出，得到差热曲线，即DTA曲线。热分析技术热分析技术23参比物应是惰性材料，即在测定的温度范围内，不产生任何热效应（放热、吸热）的材料。如：A12O3、石英、硅油等。热分析技术热分析技术24基基 线线 若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，T0，差示热电偶无信号输出，记录仪上记录温差的笔仅划一条直线，称为基线.T/oC0+-T热分析技术热分析技术25DTA曲线

11、的纵坐标表示温差(T)，吸热向下，放热向上。横坐标为温度T(或时间t)。基线 T近于零(图中的AB、DE段)；峰BCD；峰宽 BD；峰高 CF；峰面积BCDB；外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与基线延长线的交点(G)。26差热分析曲线272.2 DTA的影响因素的影响因素(1)试样粒度：其影响相似于TG。尤其对有气相参与的反应。(2)参比物：参比物的用量、比重、粒度、比热及热传导性等都应与试样尽可能一致，否则可能出现基线偏移、甚至造成缓慢变化的假峰。(3)试样用量：试样量多，会影响热效应温度的准确测量，造成两相邻的热效应峰的重叠。(4)升温速率不同，得到的峰的形状会有些差异，升温速率不稳

12、，则会造成基线偏移、弯曲、甚至造成假峰。热分析技术热分析技术283 应用举例应用举例例例1，CAC204H20分解曲线分解曲线草酸钙一水化合物(CaC204，H20)的TGDTA曲线。测试条件为：试样重量，参比物-A1203，TG量程l0mg，DTA量程100V，气氛为空气。热分析技术热分析技术29从常温至800范围内发生了三次热失重反应1：220 附近，约失重12;2：500 时，累计失重约20；3：740 时，累计失重约30对应的DTA曲线上，也出现了三次热反应热分析技术热分析技术30结合该物质的分子量进行分析，最后得出它们所对应的化学反应过程为：-H2O -CO -CO2 CaC2O4H

13、2O-CaC2O4-CaCO3-CaO热分析技术热分析技术31例例2从热分析曲线推测从热分析曲线推测NH4V03的分解过程的分解过程 在所示温度范围内发生了两次热分解反应，并且都为吸热反应。两次热分解反应对应的热失重量分别为14和22，并由此推测两次热分解反应的产物中都有气相的逸出从而使重量减轻。热分析技术热分析技术32NH4V03的分子量为117：第一次热失重的失去重量为14，对应的分子量约为，相当于NH3的分子量，即失去氨气后剩余HV03；第二次热失重反应后累计失去的重量为22，减去第一次热反应所失去的量还有8，即等于分子量，相当于H20的一半。这样，完整的热分解反应方程式为：-NH3 -1/2 H2ONH4VO3-HVO3-V2O5热分析技术热分析技术33例例3 凝胶化材料热学性能分析凝胶化材料热学性能分析热分析技术热分析技术34TG-DSCTG-DSC特征特征 35TG DSCTG DSC特征（特征（a a 累托石累托石 b b锆基柱撑累托石）锆基柱撑累托石）36作作 业业简述热重分析技术及差热分简述热重分析技术及差热分析技术的原理及在材料学中析技术的原理及在材料学中的应用。的应用。热分析技术热分析技术37