第5章 热分析
第5章热分析-2 DSC
——采用差热分析的原理来进行量热分析。
——热流式、热通量式。
热流式差示扫描量热仪 ——利用康铜电热片兼作试样、参比物支架底盘和测 温热电偶。 ——仪器自动改变差示放大器的放大系数，补偿因温 度变化对试样热效应测量的影响。
热通量式差示扫描量热法 ——利用热电堆精确测量试样和参比物温度，灵 敏度和精确度高，用于精密热量测定。
5.2差示扫描量热法——
DSC（Differential Scanning Calorimetry）
理学院郭敏杰
DTA 技术具有快速简便等优点，但其缺点是重复性较差， 分辨率不够高，其热量的定量也较为复杂。 1964年，美国的Waston和O’Neill在分析化学杂志上首次 提出了差示扫描量热法（DSC）的概念，并自制了DSC 仪器。 不久，美国Perkin-Elmer 公司研制生产的DSC-I型商品 仪器问世。 随后，DSC技术得到迅速发展，到1976年，DSC方法的使 用比例已达13.3%，而在1984已超过20%（当时DTA 为 18.2%），到1986年已超过1/3。
结 晶 放 热 速 率 mW 结晶终了 tend 结晶开始 t0 基线
T /℃
6.研究高分子共混体系的相容性
测定双组分共混体系的玻璃化转变温度：
只出现一个Tg——相容的均相体系； 出现了两个Tg： （1）在原组分的Tg位置——不相容体系； （2）两个Tg相互靠近——部分相容体系； 注意两个问题： （1）分散相尺寸很小； （2）原组分的两个Tg很接近；
m——样品质量；H——单位质量样品的焓变；A——与H相应的曲 线峰面积；K——修正系数，称仪器常数。
吸热
熔融 吸热行为 玻璃化转变
热分析实验报告
热分析实验报告实验目的热分析实验是用于研究物质在升温或降温过程中的物理和化学性质变化的实验方法。
本实验的目的是通过热分析技术，研究样品在升温过程中的热行为，并分析其热性质。
实验原理热分析涉及到一系列技术方法，主要包括差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）、热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）和热差式量热计（Differential Scanning Calorimetry，DSC）。
在本实验中，我们将主要使用差热分析和热重分析来研究样品的热性质。
差热分析是利用样品与参比样品之间在温度升高或降低过程中吸放热量的差别，来研究样品的物理和化学性质变化。
当样品发生物理或化学变化时，其吸放热量的差别会引起差热曲线的偏移。
通过分析差热曲线的形态和峰的位置，我们可以了解样品的热反应性质。
热重分析则是通过记录样品在升温过程中质量的变化来研究样品的热分解和失水性质。
当样品发生热分解或失水时，其质量会发生变化。
通过分析热重曲线，我们可以确定样品的热分解温度和相应的质量损失。
实验步骤1.准备样品和参比样品。
样品应为已知组成和纯度的物质，参比样品应为不发生物理或化学变化的物质。
2.使用差热分析仪器，将样品和参比样品装入样品盒和参比盒中，并将其放置在差热分析仪中。
3.设置差热分析仪的升温程序和扫描速率。
升温程序应根据样品的性质来选择，扫描速率则应根据实验要求来确定。
4.开始差热分析实验，记录差热曲线。
实验过程中，温度将逐渐升高或降低，样品和参比样品的吸放热量差别将被记录下来。
5.使用热工分析仪器，将样品和参比样品装入热重分析仪器中，并将其放置在恒温器中。
6.设置热重分析仪器的升温程序和扫描速率。
升温程序应根据样品的性质来选择，扫描速率则应根据实验要求来确定。
7.开始热重分析实验，记录热重曲线。
实验过程中，样品和参比样品的质量变化将被记录下来。
实验结果与分析通过对差热曲线和热重曲线的分析，我们可以得到样品的热性质信息。
ANSYS热分析分析指南
ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)第一章 简介1.1 热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，我们一般关心的参数有：温度的分布热量的增加或损失热梯度热流密度热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等等。
通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。
1.2 ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。
ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。
ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。
ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。
1.2.1 对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。
首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。
如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。
1.2.2 辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：辐射杆单元（LINK31）使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。
1.2.3 特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。
ANSYS Workbench热力学分析实例演练(2020版
第7章非线性热分析
7.1非线性热分析概述 7.2平板非线性热分析 7.3本章小结
第8章热辐射分析
8.1基本概念 8.2空心半球与平板的热辐射分析 8.3本章小结
第9章相变分析
第10章优化分 析
第11章热应力 耦合分析
第12章热流耦 合分析
第9章相变分析
9.1相变分析简介 9.2飞轮铸造相变模拟分析 9.3本章小结
作者介绍
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第10章优化分析
10.1优化分析简介 10.2散热肋片优化分析 10.3本章小结
第11章热应力耦合分析
11.1热应力概述 11.2瞬态热应力分析 11.3热应力对结构模态的影响分析 11.4热疲劳分析 11.5本章小结
第12章热流耦合分析
12.1 CFX流场分析 12.2 Fluent流场分析 12.3 Icepak流场分析 12.4本章小结
ANSYS Workbench热力学分析 实例演练（2020版
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 Байду номын сангаас容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
工程
实例
第五章热分析-1 DTA讲解
5.1 差热分析（Differential Thermal Analysis, DTA ）
物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴 随着吸热和放热现象。如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔 融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等化学变 化均伴随一定的热效应变化。差热分析正是建立在物质的这 类性质基础之上的一种方法。
物理性质 质量
温度 焓
分析技术名称 热重法
等压质量变化测定 逸出气体分析 放射热分析 热微粒分析 加热曲线测定 差热分析
差示扫描量热法
物理性质 尺寸
力学特性
声学特性
光学特性 电学特性 磁学特性
分析技术名称 热膨胀法
热机械分析 动态热机械分析
热发声法 热声学法 热光学法 热电学法 热磁学法
热分析四大支柱
差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析
1）热重法：在程序控制温度下，测量物质质量随温度变 化的一种技术。 2）差热分析：在程序控制温度下，测量物质与参比物之 间的温度差随温度变化的一种技术。 3）热机械法：在程序控制温度下，测量物质在一定负荷 下的形变与温度关系的技术。 4）差示扫描量热法：在程序控温下，测量加入物质在与 参比物之间的能量差随温度变化的一种技术。
附、解吸、裂解、氧化还原、相图制作、物相分析、纯
度验证、玻璃化、固相反应、软化、结晶、比热、动力
学研究、反应机理、传热研究、相变、热膨胀系数测定
等。
2）热分析的主要优点
1. 可在宽广的温度范围内对样品进行研究；应用的广泛性 2. 可使用各种温度程序（不同的升降温速率）； 3. 对样品的物理状态无特殊要求；动态条件下快速研究物质热特
第5章 热分析法
理学院郭敏杰
材料科学基础 第五章 5.1-5.4相图
5.2.3 杠杆定律
设成份为 X的合金的总重量为1，液相的相对重量为 QL，其 成份为 X1，固相相对重量为Qα，其成份为X2，则 ：
5.2.4 相图的类型和结构 根据组元的多少，可分为单元系、二元系、三元 系 …. 相图。
二元系相图的类型有：
① 液态无限溶解，固态无限溶解 -匀晶相图； ②液态无限溶解，固态有限溶解 -共晶相图和包晶
共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
共晶合金的特殊性质： ①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作； ②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之 中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造 性能； ③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷， 例如偏聚和缩孔； ④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规 则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的 原位复合材料（in－situ composite ）。
5.2.2 相律
相律(phase rule)是表示在平衡条件下，系统的自 由度数、组元数和相数之间的关系，是系统的平 衡条件的数学表达式。 相律数学表达式：f = C – P + 2 式中 P—平衡相数 C—体系的组元数 f—体系自由度（degrees of freedom） 数 2－温度和压力 自由度数 f：是指不影响体系平衡状态的独立可 变参数（温度、压力、浓度等）的数目。 在恒压下，相律表达式： f = C – P + 1
相律的应用
① 利用它可以确定系统中可能存在的最多平衡相数 单元系，因f ≥0，故 P≤1-0+1=2，平衡相最大为二个。 注意：这并不是说，单元系中能够出现的相数不能超过二 个，而是说，某一固定 T下，单元系中不同的相只能有两 个同时存在，而其它相则在别的条件下存在。
第23讲第五章聚合物的分子运动和热转变
第23讲第五章聚合物的分⼦运动和热转变第23 讲第五章聚合物的分⼦运动和热转变5.1 聚合物分⼦运动的特点5.1.1 运动单元的多重性5.1.2 分⼦运动的时间依赖性5.1.3 分⼦运动的温度依赖性5.1.4 分⼦运动的时—温等效原理5.1 聚合物分⼦运动的特点5.1.1 运动单元的多重性由于⾼分⼦的长链结构，不仅相对分⼦质量⼤，⽽且还具有多分散性。
此外，它还可以带有不同的侧基，加上⽀化、交联、结晶、取向、共聚等，使得⾼分⼦的运动单元具有多重性，或者说⾼聚物的分⼦运动有多重模式。
多种运动⽅式：1。
⼩尺⼨运动单元（链段尺⼨以下）：如链段（伸展或卷曲）；链节、⽀链、侧基（次级松弛)；晶区（晶型转变、晶缺陷运动、局部松弛、折叠链）等。
2．⼤尺⼨运动单元（链段尺⼨以上）：指⼤分⼦链的质量中⼼相对位移（流动）1）运动形式的多样性：包括：键⾓、键长和取代基的运动—对应玻璃态；链段运动—对应橡胶态；整个⼤分⼦链的运动—对应粘流态不过，链段的运动是聚合物所特有的、对聚合物性能影响最⼤的基本运动形式，聚合物的许多特殊性能都与链段运动直接相关。
2）运动单元的多样性：如侧基、⽀链、链节、链段、整个分⼦链等.分⼦运动单元：⼩：链段的运动：主链中碳－碳单键的内旋转，使得⾼分⼦链有可能在整个分⼦不动，即分⼦链质量中⼼不变的情况下，⼀部分链段相对于另⼀部分链段⽽运动。
链节的运动：⽐链段还⼩的运动单元。
侧基的运动：侧基运动是多种多样的，如转动，内旋转，端基的运动等。
⼤：⾼分⼦的整体运动：⾼分⼦作为整体呈现质量中⼼的移动。
晶区内的运动：晶型转变，晶区缺陷的运动，晶区中的局部松弛模式等。
5.1.2 分⼦运动的时间依赖性运动过程的时间依赖性——松弛特性聚合物由于其分⼦运动的复杂性，决定了其分⼦运动相对低分⼦化合物的过程要缓慢得多，即运动的过程和结果对运动时间具⾼度依赖性。
1）松弛过程和松弛特性物质在外界作⽤条件下，从⼀种平衡状态通过分⼦运动过渡到与外界条件相适应的另⼀种平衡状态，总是需要⼀定的时间才能完成，这个过程就叫做松弛过程。
气相色谱分析
2021/8/1
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1.色谱法概述
色谱法是一种分离技术。在分析化学 领域中是一种新型的分离分析方法。 气相色谱是色谱中普遍使用的一种。
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1.1 色谱法的产生和发展
俄 国 植 物 学 家 Tsweet 发 明 的 方 法后来被称为“经典液相色谱 法”。 （1906年） 所使用的玻璃管称为色谱柱。 管内的碳酸钙填充物称为固定 相。 淋洗液称为流动相或淋洗剂。 混合物中的各组分被称为溶质。
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❖色谱法普遍用来分离无色物质，但色谱法 这个名称一直被沿用下来。
❖1941年Martin和Synge 发现了液-液（分配）
色谱法，阐述了气-固吸附色谱原理，提出 气-液色谱法设想； (1952 年诺贝尔化学奖)
❖色谱学成为分析化学的重要分支学科，则 是以气相色谱的产生、发展为标志。
内径细 0.1-0.5mm 柱长 50-300m/常用石英
毛细管柱
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2.5 检测系统
➢检测器、控温装置 ➢将经色谱柱分离后的各组分按其特性及
含量转化为相应的电讯号。
➢根据检测原理不同，浓度型、质量型
➢浓度型：热导池、电子捕获检测器 ➢质量型：氢火焰离子化、火焰光度检测
器
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2021/8/1
3
第 一 1 色谱法概述 章 2 气相色谱仪
气 3 气相色谱分析理论基础
相 色
4 分离条件的选择
谱 5 检测器
分 析
6 定性定量方法
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4
主要参考书目
❖ 仪器分析，朱明华，高等教育出版社 ❖ 现代仪器分析，杜廷发，国防科技大学
第5章热分析-3 TGA.
(3)假设n=1，由下式求出K1和K2： d k (1 ) n dt (4)由两点法，将(K1,T1)和(K2,T2)代入下式，计算 活化能和频率因子：
二、材料组成的分析
2. 共聚物和共混物的组成分析
乙烯－乙酸乙烯酯共聚物： 每摩尔乙酸乙烯单元释放1mol乙酸 EPDM/NR共混物：用TG法研究共混物时， 则曲线上出现各组分的失重，且等于各组分纯 物质的失重与百分含量之积的叠加结果。
乙烯-醋酸乙烯酯的TG曲线
热重法的其它应用
无机物及有机物的脱水和 吸湿； 无机物及有机物的聚合与 分解； 矿物的燃烧和冶炼； 金属及其氧化物的氧化与 还原； 物质组成与化合物组分的 测定； 煤、石油、木材的热释； 金属的腐蚀； 物料的干燥及残渣分析；
升华过程； 液体的蒸馏和汽化； 吸附和解吸； 催化活性研究； 固态反应； 爆炸材料研究； 反应动力学研究，反应机 理研究； 新化合物的发现。
(4)将K值代入下式，求取活化能和频率因子。
E ln k ln A RT
非等温动力学——图解微分法 (1)对样品以等速升温方式进行TG试验，得到其 △W~T曲线；
(2)在温度T1和T2下找出对应的失重率α1和α2，并用 作图法求得相应的斜率 d / dt 和d / dt
1 1 2 2
CuSO4 3H 2O CuSO4 H 2O 2H 2O
CuSO4 H 2O CuSO4 H 2O
五水硫酸铜的TG（a）和DTG（b）曲线
实验条件为试样质量为10.8mg，升温 速率为10℃/min，采用静态空气，在 铝坩埚中进行
第5章 2-热重分析
例8 纳米氧化钛表面 聚苯乙烯包覆
例9 氟塑料成分测定及含量分析
热重分析仪器：1945年，法国研制 第一台商品化仪器。 第一台商品化仪器。 年 我国热重分析仪：上世纪 年代，北京光学仪器厂。 上世纪60年代 北京光学仪器厂。 年代，
（2）基本原理
炉体 重量 样品 温度T 温度 T W
控温单元
程序控温
分析过程： 分析过程：
样品在程序控温环境下，由于发生热转变导致质量 发生变化， 发生变化，该质量变化信号通过天平称量系统转变为经 放大的电讯号，传递给记录仪部分。同时， 放大的电讯号，传递给记录仪部分。同时，样品炉内的 温度由热电偶传递给记录单元， 温度由热电偶传递给记录单元，最后获得样品的质量随 温度变化曲线， 温度变化曲线，称热重曲线图。 热天平基本原理：变位法和零位法。 热天平基本原理：变位法和零位法。 程序控温 热失重 质量变化 W=f(T)
同步热分析仪 STA 409 PC Luxx 温度范围： 温度范围：室温 ～ 1550℃ ℃
同步热分析仪 STA 449 C Jupiter 温度范围： 温度范围：-120℃ 到 1650℃ ℃ ℃
同步热分析仪 STA 409 PC Luxx 包括TG、 传感器。 包括 、TG-DTA与TG-DSC传感器。 与 传感器
Байду номын сангаас
（3）结果形式
横坐标：温度（环境），纵坐标：样品质量（重量） 横坐标：温度（环境），纵坐标：样品质量（重量） ），纵坐标 从位置判断） 结 果：热转变温度（从位置判断） 从纵坐标判断） 转变过程质量损失百分率（从纵坐标判断）
3 微熵热重法原理
（1）基本定义
在程序控制温度下，测试样品质量随温度（时间） 在程序控制温度下，测试样品质量随温度（时间） 变化率与温度关系的技术， 变化率与温度关系的技术，称为微熵热重法。Derivative Thermogravimetry， DTG。 ， 。 dW/dT = g (T) 或 dW/dt = g (t) 其中W为质量， 为温度 为时间 为温度， 为时间。 其中 为质量，T为温度，t为时间。 为质量
热分析报告范文
热分析报告范文1. 简介热分析是一种用于研究材料结构和性能的重要方法。
它通过对样品在不同温度下的物理和化学变化进行监测和分析，揭示了材料的热稳定性、相变温度、热解动力学等重要参数。
本热分析报告旨在通过对某材料样品的热分析实验结果进行分析和解读，为进一步研究该材料的热性能提供指导。
2. 实验目的本次实验的目的是通过热分析方法，研究某材料样品的热性能，包括热分解温度、热稳定性和热解动力学。
通过实验结果的分析，探究该材料的热行为和热性能变化规律，为进一步应用和开发该材料提供科学依据。
3. 实验方法3.1 样品制备选择某材料样品作为研究对象，按照实验要求进行样品制备，并保证样品的纯度和质量。
3.2 热分析仪器使用某型号热分析仪进行实验，该热分析仪具有高温电炉、热电偶、气氛控制系统等基本部件，能够对样品进行不同温度下的热分析。
3.3 实验步骤（1）将样品装入热分析样品槽中；（2）设置实验参数，如升温速率、实验温度范围等；（3）启动热分析仪器，开始实验；（4）观察并记录实验过程中样品的热变化曲线、质量变化等数据；（5）根据实验结果，进行数据处理和分析。
4. 实验结果与分析经过实验，我们得到了样品的热变化曲线和质量变化数据。
下面对实验结果进行分析和解读。
图1 展示了样品在不同温度下的热变化曲线。
从图中可以看出，在200°C左右，样品开始发生明显的质量损失，表明发生了热分解反应。
进一步升温到400°C，质量损失进一步加剧，样品变得不稳定。
随后，在600°C左右，质量几乎完全损失，样品已经完全热分解。
根据质量变化数据，我们可以计算出样品的热分解温度和热分解动力学参数。
根据实验数据的拟合结果，我们得到样品的热分解温度为450°C，表明该材料在高温条件下具有较好的热稳定性。
此外，热分解反应的动力学参数可以用于预测和控制材料的热分解速率，从而为材料加工和应用提供重要参考。
5. 结论通过对该材料样品的热分析实验，我们得到了样品的热分解温度和热分解动力学参数，揭示了该材料的热稳定性和热解行为。
材料结构分析(材物) Microsoft Word 文档
材料结构分析(材物)（The Analysis of Material Microstructure）教学大纲本课程与其它课程的联系：先修课程为材料物理导论、材料科学基础、材料物理性能等。
一、课程的性质《材料结构分析》课程是材料类专业学生的专业基础必修课。
二、课程的地位、作用和任务材料显微结构分析是材料科学中最为重要的研究方法之一。
准确、快捷的分析结果为材料的制备工艺、材料性能微结构表征研究及其材料显微结构设计提供可靠的实验和理论依据。
本课程任务在于让学生通过系统学习现代材料科学结构分析方法，初步掌握各种方法的应用原理和方法，使学生能够在材料科学研究中合理的选择适当的分析方法从事材料研究工作。
三、课程教学基本要求本课程是材料科学和材料工程专业的一门专业基础课。
主要介绍红外光谱分析、激光拉曼光谱分析、核磁共振波谱分析以及电子显微技术分析和热分析等结构分析方法，介绍其测试原理、设备及试验方法。
本课程要求学生掌握现代材料科学研究中有关结构分析的方法和应用，理解其测试分析原理，了解各种分析方法的利弊，能够按照实际需要自行设计合理的结构测试分析思路。
四、课程教学内容教学内容按章节目三个层次列出，重点、难点章节分别以★和▲标注。
前言第1章绪论1．1材料研究的意义和内容1．2材料结构和研究方法的分类第2章光学显微分析2．1概述2．2晶体光学基础2．3光学显微分析方法2．4特殊光学显微分析法2．5光学显微分析样品的制备2．6光学显微分析技术的突破——近场光学显微镜2．7光学显微分析在材料科学中的应用第3章 x射线衍射分析3．1X射线的物理基础★3．2X射线衍射原理▲★3．3x射线衍射束的强度3．4实验方法及样品制备★3．5X射线粉末衍射物相定性分析★3．6X射线物相定量分析3．7晶体结构分析3．8x射线衍射技术在其他方面的应用第4章电子显微分析4．1概述4．2透射电镜▲4．3扫描电镜★4．4电子探针仪★4．5电镜的近期发展4．6电子光学表面分析仪第5章热分析★5．1概述5．2热分析技术的分类5．3差热分析★5．4差示扫描量热分析法★5．5热重分析★5．6热膨胀和热机械分析5．7热分析技术的应用5．8热分析技术的发展趋势第6章光谱分析6．1吸收光谱分类及基本原理6．2紫外光谱★6．3红外吸收光谱分析★6．4激光拉曼散射光谱法★第7章核磁共振分析7．1概述7．2核磁共振的基本原理▲7．3质子的化学位移7．4自旋偶合7．5核磁共振的信号强度7．6图谱解释7．7构造和样品制备7．8NMR技术的进展7．9核磁共振谱在材料分析研究中的应用第8章质谱分析★8．1概述8．2质谱技术基本原理-★8．3离子的类型8．4质谱定性分析及图谱解析★8．5质谱定量分析8．6气相色谱一质谱联用技术8．7质谱分析在材料研究中的应用第9章材料测试方法的综合应用★9．1材料结构的测试★9．2材料显微术及其样品制备方法的选择★9．3材料形成过程研究9．4材料剖析五、课内实践教学要求为保证必要的实践性教学环节，单设18学时实验课程(不包含在本课程内)。
材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素
形成的金属化合物。
不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度而
变化。
电子浓度为3/2时： 呈体心立方结构（b相）；
电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）；
电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形
成的固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差
增大，固溶度减小。
1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体
2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子
第5章 切削热分析
实验显示：2%能量：形变能 98%能量：转为热量 影响： 工件加工质量：积屑瘤，摩擦系数 刀具寿命：磨损
一、切削热的来源与传散
来源: 1.在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形。 2.切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的磨擦功，也将转换为热能。
切屑 刀具
工件
切削热的产生和传出
4、工件材料对切削温度的影响
(1)工件材料的硬度和强度越高,切削时所消耗的功就越多产生的切削热也多。 (2)合金结构钢的强度普遍高于45钢,而导热系数有一般均低于45钢.所以切削合金 结构时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。 (3)不锈钢1cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低,而且在高温下仍能保持较 高的强度和硬度,所以切削这种类型的材料时,切削温度比切削其他材料要高得多。
切削温度测定原理与切削温度分布
自然热电偶法采用自然热电偶法的测温装置是利用刀具和工件分别 作为自然热电偶的两极，组成闭合电路测量切削温度。刀具引出端 用导线接入毫伏计的一极，工件引出端的导线通过起电刷作用的铜 顶尖接入毫伏计的另一极。。
切削温度与热电势毫伏值之间的对应关系 可通过切削温度标定得到。根据切削实验 中测出的热电势毫伏值，可在标定曲线上 查出对应的温度值。
3.在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。
切削过程中消耗的功率98~99%转换为热 能，因此近似认为单位时间内产生的切 削热q等于切削功率Pc
q Pc Fcvc
q
CF c
ap
f
v K 0.75 0.85
c
Fc
结论：影响力从大到小依次是ap,v,f
传散: 切削热由切屑.刀具.工件和周围介质传出的比率大致如下:
热分析技术及其应用
• 二、在动态条件下快速研究物质热特 性的有效手段。
• 三、方法和技术的多样性
• 应用最广泛的方法是热重（TG）和差
热分析（DTA），其次是差示扫描量热法 （DSC），这三者构成了热分析的三大支柱， 占到热分析总应用的75％以上。如图2所示。
•食品 •生物体･液晶 •油脂･肥皂 •洗涤剂
•医药品
• 1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微 型化方向发展。
• 1964年，美国人 Watson)和O’Neill在DTA技术的 基础上发明了示差扫描量热法(DSC), PerkinElmer公司率先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。
1965年英国Mackinzie和Redfern等人发起，在苏 格兰亚伯丁召开了第一次国际热分析大会，并 成立了国际热分析协会。
敏度和分辨率的矛盾、多种转变互相重叠、无法在恒温 和反应过程中测定热容、热导率。 • 2）TMDSC的特点：基本原理同普通DSC，但两者的升温 速度不同。在一般的线性加热和冷却基础上迭加一正弦 的加热速率，再利用FT的迭加法，可得到总热流、调幅 热量、可逆热流、不可逆热流及热容的更多信息。它以 基础升温的慢速率来改变分辨率，并以瞬时快速升温速 率提高灵敏度。 • TMDSC可区别可逆和不可逆热效应，从而显著提高了检 测微弱转变、多相转变、多的复杂转变以及定量测定结 晶度等方面的可信度。
• 上海天平仪器厂在1967年试制成功第一台 TR—632型自动记录热天平，1969年制成第 一台DTA—A型自动记录差示热天平(差热分 析和热天平同时联用)；
• 自1976年起先后与华东化工学院协作制成 国内第一台CDR—l型功率补偿式差示扫描量 热仪。
三、热分析仪器的新进展
• 1、温度调制式差示扫描量热法（TMDSC） • 1）DSC存在的问题：基线倾斜和弯曲问题、同时提高灵
第5章+热量衡算
i =1 i =1 i =1 S2 S1 I
量之和，W
离开体系各股物 流焓流量之和，W
进入体系各股物流焓流量之和，W
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡
流量 mol/s
S
~ H i = Ni H i
摩尔焓 J/mol
I
进入和离开体 系的物流股数
5.2 热量平衡 （3）选择基准 计算基准：单位时间 能量基准：确定物流焓的基准态 （4）收集数据 热性质数据 （5）列方程 物料衡算各有关方程式及限制关系式 热量衡算式和焓方程式
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡 （6）解方程 计算问题的自由度 解方程组 考察物料计算基准和答案要求是否相同 （7）校核 热量平衡表
~ ~0 ~0 H i = H i ,1 xi ,1 + H i , 2 xi , 2 + (a1 xi ,1 + a2 xi , 2 )T + (b1 xi ,1 + b2 xi , 2 )T 2 + (c1 xi ,1 + c2 xi , 2 )T 3
物流i的摩尔焓
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡
第5章 热量衡算
5.1 概述 5.2 热量平衡 5.3 能量系统的的合理利用
化 工 工 艺 学
5.1 概述 能量衡算的依据：能量守恒定律 热量衡算的主要任务： 计算加热剂或冷却剂的用量 计算由设备传递的热 分析研究热量利用是否经济合理 计算传热面积 热量衡算的应用： 对单元设备做热量衡算 对整个过程的热量衡算
i, j
H i , j = ∑ Qi
i =1
I
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Tg : 分子量为无穷大时的玻璃化温度 K : 每一种聚合物的特征常数
Mc
M
当分子量较低时，Tg随分子量增加而增加；当分子量达 到某 一临界值时，Tg→Tg(∞)，不再随分子量改变。
（3）交联固化对Tg的影响
当分子间存在化学交联时，链段活动能力下降，Tg升高。 交联点密度愈高，Tg增加愈甚。例如苯乙烯与二乙烯基苯 共聚物的Tg随后者的用量增加而增加。
（5）样品历史效应对Tg的影响
热历史
制备样品时，如果冷却速率较小，测试时加热速率大于制
备时的冷却速率，会出现吸热的“滞后峰ห้องสมุดไป่ตู้，反之则出现
放热峰，只有冷却速率与测定加热速率相当时，才有标准 的转变曲线。
应力历史
储存在样品中的应力历史，在
玻璃化转变区会以放热式膨胀
的形式释放。制样压力越大，
因此: 凡是导致链段的活动能力增加的因素均
使Tg下降, 而导致链段活动能力下降的因素均使
Tg上升。
因此，具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物具有 较高Tg；链间具有强吸引力的高分子具有较高的Tg。
(2)相对分子质量对Tg的影响
分子量对Tg的影响可用下式表示: Tg
K Tg = Tg Mn
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型）
3、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度
加热速度快，峰尖而窄，形
状拉长，甚至相邻峰重叠。
加热速度慢，峰宽而矮，形
状扁平，热效应起始温度超
前。
升温速度对硫酸钙相邻峰谷的影响
合适
过快
（2）压力和气氛
——对体积变化大试样，外界压力增大，热反应温
2、试样因素
（1）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
反应前基线低于反应
后基线，表明反应后
试样热容减小。 反应前基线高于反应 后基线，表明反应后
试样热容增大。
（2）试样的颗粒度
——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。
——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
二者不相容，两个Tg
internal mixer (50C) prepared sample
sample prepared from cyclohexane solution
–110
–100
–90
–80
–70
–60
–50
–40
Temperature (C)
低vinyl (8.5 %wt) 与高vinyl (40.5 %wt) SSBR 完全相容，只
释放的放热峰越大，
随着压力增加，Tg起始转变温
度降低，但结束温度没有
变化，从而转变区加宽。
形态历史
当样品的表面积与体积之比 很大时，样品的形态变得很
重要。
测定粉末样品时，要注意形
态效应。
Tg测定的推荐程序
- 样品用量10 mg - 以20C/min加热至发生热焓松弛以上的温度 - 以最快速率将温度降到预估Tg以下50C - 再以10-20C/min加热测定Tg
端插在待测温度区间内不
发生热效应的参比物中，
试样和参比物同时升温，
测定升温过程中两者的温
度差。
差热分析曲线
温差
温度
1. 差热分析仪
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。
1、加热炉 2、试样 3、参比物 4、测温元件 5、温差热电偶 6、测温元件 7、温控元件
差热分析仪
DTA面临的问题
定性分析，灵敏度不高
差示扫描量热分析法（DSC）
——通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及
时补偿，保持试样与参比物之间温度始终保持相同，
无温差、无热传递，使热损失小，检测信号大。灵
敏度和精度大有提高，可进行定量分析。
5.3.1 差示扫描量热分析原理
1、功率补偿型差示扫描量热法 零点平衡原理
dH/dt(mW)
基线
放热
结晶
Tg Tc Tm 放热行为 （固化，氧化，反应，交联） Td
DSC 曲线
5.3.3 DSC的应用 1、 玻璃化转变温度的测定
一般用曲线前沿切线
与基线的交点B或用
中点C来确定。
从DSC曲线上确定Tg的方法
(1)化学结构对Tg的影响
Tg是表征聚合物性能的一个重要指标，从分子 运动的角度看，它是链段开始“冻结”的温度，
第五章 热分析
第一节 热分析概述
一、热分析技术及分类 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性
质随温度变化的一类技术。 程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：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。
热分析历史
1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂 和生石灰受热重量变化。 1915年日本的本多光太郎提出“热天平” 概念。 二战以后
曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，
也称作热流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温 度（T）或时间（t）。一般在DSC热谱图中，吸热 (endothermic)效应用凸起的峰值来表征 (热焓增加)， 放热(exothermic)效应用反向的峰值表征(热焓减少)。
吸热
熔融 玻璃化转变
分解气化
- 对比测定前后样品重量，如发现有失重则重复以上过程
Tg对两相材料结构的研究
双组分体系若为分子状态相容，则只有一个Tg，且介 于原组分两个Tg之间，并随组分相对含量的改变而变 化， 关系如下：
Tg x1Tg1 x2Tg 2
x1、x2分别为两组分的摩尔分数
当两种互不相容的聚合物共混时，保持各自的Tg不变；
有一个Tg ，但可以从峰加宽与峰位移判断是共混物。
0.24 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00
sample prepared from a toluene solution
Heat Flow (W/g)
internal mixer (50C) prepared sample Thermally treated
DTA与DSC比较
DTA:定性分析、测温范围大 DSC:定量分析、测温范围800℃以下
DSC的温度、能量和量程校正
——利用标准物质的熔融转变温度进行温度校正
——利用高纯金属铟(In）标准熔融热容进行能量校正。
——利用铟进行量程校正。
5.3.2 DSC曲线
差示扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC
–90
–80
–70
Temperature (C)
–60
–50
–40
–30
P(S-PFS): 苯乙烯-对氟苯乙 烯的共聚物
热流量
PPO: 聚苯醚
外延始点温度：指峰的起始边陡峭部分的切线与外沿基 线的交点。
国际热分析协 会（ICTA） 采用外延起始 温度表示反应 的起始温度。
典型的DTA曲线
5.2.2 影响DTA曲线的因素
1、仪器方面的因素
——炉子尺寸 均温区与温度梯度的控制 ——坩埚材料和形状 热传导性控制 ——差热电偶性能 材质、尺寸、形状、灵敏度选择 ——热电偶与试样相对位置 热电偶热端应置于试样中心 ——记录系统精度
（2）矿物分解放出气体
——吸热峰（CO2、SO2等气体的放出） （3）氧化反应 ——放热峰 （4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变
——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
第三节 差示扫描量热分析法(DSC)
Differential Scanning Calarmeutry
分析曲线尤其困难。目前，解释曲线最现实的办法就
是把热分析与其它仪器串接或间歇联用，常用气相色
谱仪、质谱仪、红外光谱仪、X光衍射仪等对逸出气 体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线 的分析，从而推断出反应机理。
第二节 差热分析(DTA)
Differential Thermal Analysis
若部分相容，则仍会出现两个Tg，但转变区会加宽， Tg会有所靠近。
研究实例：轮胎橡胶Tg测定
轮胎橡胶Tg的重要性： Tg 值高 ( 约 -40C) ，抓着性高，但滚动阻力大，
耐磨差，耐低温性差
Tg 低 ( 约 -90C) ，滚动阻力小，耐磨高，耐低温
性高，但抓着性差
因此轮胎橡胶都是不同胶的共混物
等压质量变化测 定
物理性质 尺寸 力学特性
分析技术名称 热膨胀法 热机械分析 动态热机械分 析 热声学法 热光学法
逸出气体分析 差热分析 热量 声学特性 光学特性
差示扫描量热 法
电学特性 磁学特性
热电学法 热磁学法
热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸
常用的轮胎胶
ESBR SSBR BR NR－ IR－
丁苯橡胶
-100 ~ 100C
丁二烯橡胶 天然橡胶 异戊二烯橡胶
-100 ~ -20C
Tg effects of SSBR/BR (75/25) blends
0.30 0.25 0.20 Heat Flow (W/g) 0.15 0.10 0.05 0.00 –120
度向高温方向移动。
——气氛会影响差热曲线形态，一般采用动态气氛。
5.2.3 DTA曲线的解析
（1）含水矿物的脱水 ——普通吸附水脱水温度：100－110℃ 。