差热分析在玻璃学研究中的应用
玻璃化转变温度的确定方法
玻璃化转变温度的确定方法玻璃化转变温度是材料科学和物理学领域中的一个重要概念，它标志着玻璃态物质在高温下失去部分自由度，变得更为刚性的过程。
准确地测定材料的玻璃化转变温度对于理解材料的性质、开发新的材料和应用具有重要意义。
以下是确定玻璃化转变温度的几种常见方法：1.差热分析（DSC）差热分析是一种通过测量加热或冷却过程中样品热量的变化来研究物质热性质的方法。
在玻璃化转变过程中，材料会吸收或释放热量，导致温度暂时升高或降低，形成明显的热量曲线。
通过分析这条曲线，可以确定玻璃化转变温度。
2.动态力学分析（DMA）动态力学分析是一种测量材料在振动过程中力学性能随温度变化的方法。
在玻璃化转变过程中，材料的弹性模量、损耗模量等力学性能会发生突变，这些突变点就是玻璃化转变温度的标志。
3.热机械分析（TMA）热机械分析是一种通过测量样品在加热过程中的尺寸变化来研究其热性质的方法。
在玻璃化转变过程中，材料的体积会发生变化，从而引起长度或厚度的变化。
通过测量这些变化，可以确定玻璃化转变温度。
4.广角X射线衍射（WAXD）广角X射线衍射是一种利用X射线照射样品，通过测量散射后的X射线波长和强度来研究材料内部结构的方法。
在玻璃化转变过程中，材料的内部结构会发生变化，导致X射线衍射峰的位置和形状发生变化。
通过分析这些变化，可以确定玻璃化转变温度。
5.核磁共振（NMR）核磁共振是一种利用核自旋磁矩研究物质结构和性质的方法。
在玻璃化转变过程中，材料的原子间距和相互作用会发生变化，导致核磁共振信号的变化。
通过分析这些变化，可以确定玻璃化转变温度。
6.红外光谱（IR）红外光谱是一种利用红外光照射样品，通过测量透射或反射后的红外光的波长和强度来研究材料分子结构和化学键的方法。
在玻璃化转变过程中，材料的分子结构和化学键会发生变化，导致红外光谱峰的位置和形状发生变化。
通过分析这些变化，可以确定玻璃化转变温度。
7.拉曼光谱（Raman）拉曼光谱是一种利用拉曼散射现象研究材料分子结构和化学键的方法。
dsc原理的应用测定玻璃化转变温度
DSC原理的应用测定玻璃化转变温度1. 简介差示扫描量热仪（DSC）是一种常用的热分析仪器，用于测定材料的热性质。
其中之一的应用就是测定玻璃化转变温度。
这种技术可以帮助研究人员了解材料的相变行为，并且在材料科学和工程领域具有重要的应用价值。
2. DSC原理DSC仪器基于测量样品与参比物的热容差异来分析样品中发生的热效应。
它通过控制样品和参比物的温度，测量它们之间的温度差异。
当样品发生相变时，会吸收或释放热量，导致温度差异的变化。
这些变化可通过DSC仪器的热电偶检测器进行测量。
3. 玻璃化转变温度玻璃化转变温度是指无定形材料由固体状态向液体状态转变的温度。
在玻璃化转变过程中，无定形材料会表现出类似于固体和液体的特性，并且存在特定的温度范围。
这个温度范围通常是由冷却或加热样品时观察到的转变。
4. DSC测定玻璃化转变温度的步骤DSC测定玻璃化转变温度的步骤如下：4.1 样品制备首先，需要制备适合DSC分析的样品。
通常，这涉及到将样品加工成小块或粉末形式，以确保样品的均匀性和重现性。
4.2 样品装载将制备好的样品加载到DSC仪器中。
通常，样品会与参比物放置在两个独立的小容器中。
4.3 温度程序设置DSC仪器的温度程序。
温度程序通常包括从室温开始加热样品，并固定升温速率。
4.4 记录数据启动DSC仪器并记录样品在不同温度下吸收或释放的热量。
这些数据可以通过计算机软件进行实时监测和记录。
4.5 分析数据根据所获得的数据，通过DSC仪器提供的软件分析样品的热性质。
从数据中可以确定玻璃化转变温度。
5. DSC测定玻璃化转变温度的优势DSC测定玻璃化转变温度具有以下优势：•快速测量：DSC仪器能够快速测量温度变化，提高实验效率。
•高精度：DSC仪器具有高精度的温度和热量测量能力，可以准确确定玻璃化转变温度。
•多样性样品：DSC测定玻璃化转变温度适用于各种样品类型，包括有机材料、无机材料和复合材料等。
•无需特殊样品处理：DSC仪器不需要特殊样品处理，使得样品制备过程简单方便。
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是利用样品与参比样品在相同温度下的热量差异来研究样
品的热性质。
在差热分析实验中，通常将样品和参比样品分别放置在两个独立的样品盒中，然后同时加热它们。
当样品和参比样品吸收或释放热量时，会导致它们的温度发生变化，而这种温度变化可以通过热敏电阻或热电偶等传感器来检测。
通过测量样品和参比样品在相同温度下的热量差异，就可以得到样品的热性质信息。
在差热分析实验中，通常会控制样品和参比样品在相同的升温速率下升温，以
保证它们受热的条件相同。
在升温过程中，如果样品吸收热量，则其温度会上升的比参比样品快，反之则慢。
通过测量样品和参比样品的温度差异，就可以得到样品的吸热或放热曲线。
根据吸热或放热曲线的特征，可以得到样品的热性质参数，如熔点、熔化热、玻璃化转变温度等。
差热分析广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
在材料科学中，差热分
析可以用来研究材料的热稳定性、相变行为、玻璃化转变等；在化学领域，差热分析可以用来研究化学反应的热效应、化学物质的热分解等；在生物学领域，差热分析可以用来研究生物大分子的热性质、生物反应的热效应等。
总之，差热分析是一种重要的热分析方法，它通过测量样品与参比样品在相同
温度下的热量差异，来研究样品的热性质。
差热分析的基本原理是简单而有效的，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域，为科研工作者提供了重要的实验手段。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解差热分析的基本原理，进一步应用于科研实践中。
应用调制差示扫描量热计(Modulated-DSC)分离非晶态合金的玻璃化转变
第35卷1999 第1期年1月金属学报ACTA M ETALL U R GICA SIN ICA Vol.35No.1January1999应用调制差示扫描量热计(Modulated-DSC)分离非晶态合金的玻璃化转变3吕昭平 李 毅(Department of Materials Science,National University of Singapore,Singapore119260)黄思峻 冯元平(Department of Physics,National University of Singapore,Singapore119260)卢 柯(中国科学院金属研究所快速凝固非平衡合金国家重点实验室,沈阳110015)摘 要 应用调制差示扫描量热计对非晶态合金La55Al25Ni10Cu10,Mg65Z n35,Nd60Fe30Al10以及Z r30Y30Al15Ni25的玻璃化转变过程进行了研究.在Mg65Z n35和Nd60Fe30Al10合金中观察到了玻璃化转变;在Mg65Z n35,Nd60Fe30Al10以及Z r30Y30Al15Ni25中甚至观察到两个玻璃化转变过程.由于能够清楚地观察到玻璃化转变过程,因此可以得到更加精确的约化玻璃化转变温度(玻璃化转变温度/熔点).关键词 调制差示扫描量热计,非晶态合金,玻璃化转变中图法分类号 TG115.25,TG139 文献标识码 A 文章编号 0412-1961(1999)01-0073-77STU DY OF G LASS TRANSITION AN D CR YSTALLIZATION IN FOUR METALLIC G LASSES USING TEMPERATURE MOD U LAT2 ED DSCLüZhaoping(Z.P.L),L I Yi(Y.Li)Department of Materials S cience,National University of S ingapore,S ingapore119260N G Ser Choon(S. C.Ng),FEN G Yuanping(Y.P.F eng)Department of Physics,National University of S ingapore,S ingapore119260L U K eState K ey Lab oratory for RSA,Institute of Metal Research,The Chinese Academy of S ciences,Shenyang110015Correspondent:Dr L I Yi,senior lecturer,T el:(65)8743348,Fax:(65)7763604,E-mail:masliy@.sgManuscript received1998-03-18,in revised form1998-06-04ABSTRACT G lass transition behaviour of some metallic glasses can not be studied and observed by con2 ventional DSC due the fact that they are closely followed by crystallization.However,the newly developed temperature modulated DSC can separate these two transformations.Four metallic glasses,La55Al25Ni10 Cu10,Mg65Zn35,Nd60Fe30Al10and Zr30Y30Al15Ni25,have been studied by a temperature modulated differ2 ential scanning calorimetry(MDSC).It is clearly demonstrated that the glass transition can be separated from crystallization by the MDSC.Two glass transitions have been observed for Mg65Zn35,Nd60Fe30Al10 and Zr30Y30Al15Ni25.Due to clearer observation of glass transition,the calculation of reduced glass temper2 ature T rg can now be obtained with greater confidence.KE Y WOR DS Modulated DSC,metallic glass,glass transition 差示扫描量热计(DSC)已经广泛地应用于材料测量相变过程中的热量和温度变化.差热分析过程一般是在恒定3收到初稿日期:1998-03-18,收到修改稿日期:1998-06-04作者简介:吕昭平,男,1970年生,博士研究生加热或等温中进行.总热流量的变化可以用下式表述[1]d H/d t=-C pβ+f(T,t)(1)式中,H代表总热流量(W/g),C p是试样热容(J/(g・K)),β是加热速率(K/s),T是绝对温度(K),t是时间(s).式(1)右边第一项为热力学项(或称为可逆热流);第二项是温度与时间的函数,由动力学控制,为不可逆热流.在常规差热分析仪中所测的热流量包括以上“可逆”和“不可逆”两部分.1993年,一种新的差热分析仪———温度调制差示扫描量热计(T em perature -M odulated DSC )问世[1,2].该仪器的优点之一是能够将可逆热流和不可逆热流从总热流中区分开[3-5].在调制示扫描量热计的升温过程中,实际的样品温度是在一个恒定升温速度上迭加一个小的正弦温度变化.故样品温度的实际变化为T =T 0+bt +A sin [(2Pt )/P](2)式中,T 0是起始温度(K ),A 是调制振幅(℃),P 是调制周期(s ).从式(2)可以看出,瞬时加热速率(d T /d t ),将围绕着平均加热速度做余弦函数波动.图1为调制温度T 随时间t 的变化关系.该仪器在测量热流瞬时振幅的同时也测量平均热流量(即总热流量),然后再通过适当的F ourier 分析,得到可逆热流量和不可逆热流量.目前该仪器已广泛应用于高分子材料的热分析中,如测量其热容、晶化及熔化等等[3-7].对于大多数玻璃化转变温度同晶化温度非常接近的非晶态合金,常规的差热分析仪很难将它们分开.玻璃化转变过程是一个可逆过程,连续加热时合金吸收的热量主要是补偿自身热容增加的需求,而晶化过程则是一个不可逆放热过程.故调制差示扫描量热计能够通过分离可逆热流和不可逆热流,而将相变过程中的可逆和不可逆过程分开.这种研究在高分子聚合物以及硫属化物玻璃中已多有报道[6,7],但尚未见以调制差示扫描量热计研究非晶态合金.本文应用该仪器研究了La 55Al 25Ni 10Cu 10,Mg 65Zn 35,Nd 60Fe 30Al 10以及Z r 30Y 30Al 15Ni 25四种非晶态合金的玻璃化转变过程.1 实验过程 使用99.9%的纯镧、钇和锆,99.99%的纯镍和图1 调制差热分析过程中调制温度随时间的变化关系Fig.1 The m odulated tem perature change as a function of time inMDSC铁,以及99.999%的纯铝,在真空电弧熔炼炉中熔炼出La 55Al 25Ni 10Cu 10,Nd 60Fe 30Al 10以及Z r 30Y 30Al 15Ni 25三种母材合金.使用99.99%纯锌和镁,通过感应加热制备出Mg 65Zn 35合金.然后再使用单辊甩带机在氩气氛中制备出带状非晶态合金试样.所有的差热分析均在美国T A 仪器公司制造的调制差示扫描量热计DSC 290上进行.为了得到精确和可重复性的结果,平均加热速率、调制振幅以及调制周期这三个重要的参数必须慎重选择.在一个被研究的相变过程中至少应该有四次调制循环.本实验中调制幅度为1K,平均加热速率为1或5K /m in ,调制周期为60s ,样品质量一般为8—15mg.所有的实验至少重复三次以消除实验误差.图2给出了在平均加热速率1K /m in下调制热流图2 调制加热速率及调制热流量与温度的关系Fig.2 Modulated heating rate (a )and modulated heat flow(b )as a function of temperature at underline heating rate of 1K/min47 金 属 学 报35卷 量曲线和调制加热速率曲线,从图可以看出选择的实验参数适当.2 实验结果与分析图3为四种非晶态合金的常规差热分析结果.从图可以看出,在加热速率为1K /m in 时La 55Al 25Ni 10Cu 10具有明显的玻璃化转变过程,其玻璃化转变起始温度为438K .同时它也有明显的晶化过程,晶化开始温度是507K .但是在Mg 65Zn 35,Nd 60Fe 30Al 10以及Z r 30Y 30Al 15Ni 25这三种非晶态合金的曲线上除了晶化转变外未观察到玻璃化转变过程.表1总结了用常规差式扫描量热计得到的这四种非晶态合金的玻璃化转变起始温度T g ,晶化开始温度T x 和晶化峰值温度T p .图4a 是典型的调制差热分析的结果,显示出非晶合金La 55Al 25Ni 10Cu 10在平均速率为1K /m in 下的总热流量HF ,可逆热流量RHF 和不可逆热流量NHF 三条曲线.在总热流曲线上,有一个明显的晶化放热峰,晶化开始温度为507K .这条曲线与常规差热分析得到的热流曲线基本相同(参考图3).在不可逆热流曲线上,亦有一个晶化放热图3 四种非晶态合金的常规差热分析的结果Fig.3 Results of conventional DSC for La 55Al 25Ni 10Cu 10,Mg 65Zn 35,Nd 60Fe 30Al 10and Zr 30Y 30Al 15Ni 25metallic glasses表1 用DSC 得到的四种金属玻璃的特征温度T able 1 Characteristic temperatures (K )obtained from a conven 2tional DSC for metallic glasses La 55Al 25Ni 10Cu 10(I ),Mg 65Zn 35(II ),Nd 60Fe 30Al 10(III )and Zr 30Y 30Al 15Ni 25(IV )Alloy T gT x1T x2T x3T p1T p2T p3I 438507512II -379470III -421608722439630736IV-646801663805峰,晶化开始温度也是507K .除此还有一个吸热峰,这是非晶态合金本身热弛豫造成的.值得注意的是,无论是在总热流曲线、不可逆热流曲线、还是在常规差热分析曲线中,晶化起始温度都保持不变.在可逆热流曲线上有一个明显的向下转变台阶,起始温度为450K .因为玻璃化转变是一个二级转变,无吸热或放热反应,只有热容的变化.且调制差热分析的可逆热流只跟加热速率和热容有关.故这个转变台阶反映合金的热容变化,亦即玻璃化转变过程.但这个玻璃化转变起始温度450K 要比常规差热分析的结果高出12K .晶化过程结束后,可逆热流曲线又向上发生一个台阶转变,回到原来的基准线,这说明试样的热容又改变到晶态所对应的值上.图4b 为非晶合金Mg 65Zn 35在加热速率为5K /m in 时的调制差热分析结果.从图可以看出,总热流和不可逆热流曲线同图3中的常规差热分析结果相同,两个晶化起始温度分别为379(T x1)和470K (T x2),这些值也与常规差热分析得到的结果相等.在可逆热流曲线上,非常清楚地有一个吸热转变台阶,而且它与图4a 中的可逆热流曲线上的相似,很明显这个转变台阶代表着一个玻璃化转变过程,起始温度约为359K .当温度稍高时,又有一个较宽较浅的吸热转变台阶,这说明可能还有另外一个玻璃化转变过程,起始温度大约是450K .不过这两个玻璃化转变起始温度均比所对应的晶化开始温度379K 和470K 约低20K 左右.图4c 为非晶合金Nd 60Fe 30Al 10在5K /m in 的加热速率下的调制差热分析结果.在总热流和不可逆热流曲线上,一共有三个晶化放热峰.其中两个在低温的峰很弱,起始温度依次为420(T x1)和596K (T x2).主要的强的晶化起始温度约为722K (T x3).在可逆热流曲线上有一个明显的吸热转变台阶,起始温度为591K,这个玻璃化起始温度也比对应的晶化温度596K 约低5K .在408K 附近,可能还有一个非常弱的台阶转变,也许是另一个玻璃化转变过程,这个微弱的转变对应着温度为420K 的那个弱的晶化峰.值得注意的是,在温度T x3(722K )附近没有转变台阶,这说明并没有玻璃化转变对应着主要的最强的晶化反应.图4d 为非晶合金Z r 30Y 30Al 15Ni 25在5K /m in 的加热速率下的调制差热分析结果.在总热流曲线上总共有三个放热峰,其中两个已标出的起始温度分别为644和792K .在可逆热流曲线上有两个明显的吸热转变台阶,其开始温度依次是629和723K .这表明该合金有两个玻璃化转变过程,不过它们的起始温度也比对应的晶化开始温度低.需着重指出的是,在T x2(792K )附近,亦无任何台阶转变对应着主要的晶化峰,这说明在该温度下无玻璃化转变发生.表2总结了调制差热分析得到的这四种非晶态合金的玻璃化转变起始温度T g 以及晶化开始温度T x .在高分子聚合物中,材料的玻璃化转变过程、结构弛豫57 1期吕昭平等:应用调制差示扫描量热计(M odulated -DSC )分离非晶态合金的玻璃化转变 图4 四种非晶态合金的调制差热分析结果Fig.4 MDSC results for La55Al25Ni10Cu10(a),Mg65Zn35 (b),Nd60Fe30Al10 (c)and Zr30Y30Al15Ni25 (d)amorphous glass2 es showing total(HF),reversing(RHF)and non-reversing(NHF)heat flows表2 用调制DSC得到的四种金属玻璃的特征温度T able2 Characteristic temperatures(K)obtained from an MDSC for metallic glasses La55Al25Ni10Cu10(I),Mg65Zn35(II),Nd60Fe30Al10 (III)and Zr30Y30Al15Ni25(IV)Alloy RHF HF NHF T m T rg1T rg2 T g1T g2T x1T x2T x3T p1T p2T p3T x1T x2T x3T p1T p2T p3I450-5075125075126620.68II3594503794703913784703916200.580.73 III4085914205967224416147344205967224426147349280.440.68 IV629723644792663803645791662803---以及晶化反应通常同时发生.G ill曾经报道过使用调制差示扫描量热计将这几个相变分开.如对含有聚碳酸酯(PC)和非晶态PET的双层薄膜,总热流曲线显示在403—423K 之间有一个难以解释的相变,通过调制差热分析的可逆热流曲线和不可逆热流曲线,表明这个转变是聚碳酸酯(PC)玻璃化转变过程和非晶态PET晶化过程的混合和重叠[8].本工作亦证明差示扫描量热计同样适用于非晶态合金,它可将玻璃化转变过程从其它相变中分离出来,这是常规差热分析法无法办到的.对非晶合金La55Al25Ni10Cu10,常规差热分析仪虽可分开玻璃化转变过程和晶化过程,但调制差热分析的玻璃化起始温度值总是比常规差热分析的高.从本工作所得的结果可清楚地看出,这种差异是由于在总热流曲线上合金本身的结构弛豫和玻璃化转变过程重叠造成的.而对Mg65Zn35和Nd60Fe30Al10非晶态合金,使用常规67 金 属 学 报35卷 差热分析根本无法观察到玻璃化转变过程(见图3).通过调制差热分析我们知道,在这两种非晶态合金中总是先发生玻璃化转变,随即便是晶化反应,故在总热流曲线上前者常被后者所掩盖.C ahn和H aasen[9]指出,对大多数非晶态合金而言,晶化反应通常是在玻璃化转变之后立即发生,本文结果与此一致.本工作还表明,这些非晶态合金中也许不止一个玻璃化转变过程.In oue等[10]用常规差热分析也观察到Z r30Y30Al15Ni25非晶态合金有两个玻璃化转变过程.从图4c,d还可以看出,一些非晶态合金的玻璃化转变并不一定对应最主要的晶化反应发生,而是提前在低温时就发生了.玻璃化起始温度与熔点的比值被称为约化玻璃化转变温度T rg,它已被广泛用来评估材料的非晶态形成能力. T rg值越大,非晶态形成能力就越强.对那些没有明显的玻璃化转变的合金,通常假设玻璃化转变与晶化反应同时发生,故以晶化开始温度T g与熔点T m的比值来计算T rg值.调制差热分析法能够分开这两个过程,T rg的准确值即可获得,如表2所示.其中Nd60Fe30Al10非晶态合金的T rg值为0.68,与In oue等[11]等所报道的0.89有不小差别,但较符合该合金的实际非晶形成能力.这也说明调制差示扫描量热计对研究非晶态合金的玻璃化转变及其它相变是非常有用的.应用调制差示扫描量热计来研究非晶态合金的热容、晶化和结构弛豫等工作尚在进行中.3 结论应用调制差示扫描量热计成功地分离开四种非晶态合金的玻璃化转变过程以及晶化过程.在Mg65Zn35,Nd60Fe30 Al10以及Z r30Y30Al15Ni25非晶态合金中发现存在不止一个玻璃化转变过程.对La55Al25Ni10Cu10非晶态合金,使用调制差示扫描量热计可以进一步将玻璃化转变从合金本身的热弛豫中分离出来,从而能更加清楚地观测玻璃化转变过程,亦可以更加准确地计算出约化玻璃化的转变温度.参考文献[1]Reading M.Trends P olym Sci,1993;8:248[2]Reading M,E lliott D,H ill V L.J Therm Anal,40:949[3]O′Reilly K A Q,C antor B.Pro c R So c London,1996;452A:2141[4]Ishikiriyama K,Wunderlich B.Macromolecule s,1997;30:4126[5]Ishikiriyama K,B oller A,Wunderlich B.J Therm Anal,1997;50(4):547[6]B oller A,S chich C,Wunderlich B.Thermo chim Acta,1995;266:97[7]W agner T,K asap S O.Philo s Mag,1997;74B:667[8]G ill P S,S auerbrunn S R,Readin g M.J Therm Anal,1993;40:931[9]C ahn R W,H aasen P.Physical Metallurgyrm.3th ed,Amsterdam:N orth-H olland Physics,1983:1826[10]In oue A,Chen S,Masum oto T.Mater Sci Eng,1994;179/180A:346[11]In oue A,Zhang T,T akeuchi A,Zhang W.Mater Trans JIM,1997;37:63677 1期吕昭平等:应用调制差示扫描量热计(M odulated-DSC)分离非晶态合金的玻璃化转变 。
差热分析在玻璃相变中的应用
信号 、将两 支热 电偶 的 电势差作 为另一路 信 号接记 录仪 获得参 比物 和样 品 的温差 信号 。玻璃 在 以某 一 恒定 速率加 热过 程 中的热 效应 被转 换成 温差 信号 反
映在 差热 曲线 上 ，从 而 获得玻璃 的一些 特征 温度 。 差 热分析 技术 由法 国人 Ｌ ｈ ｔｌ ｒ１ ８ ｅ ａｅｉ ８ ７年 始 Ｃ ｅ 创 ，现在 采用 的 差 示 温 差 电偶 的 方 法 则 始 于 英 国
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全 国性 建 材 科 技 期 刊 — — 《 璃 》 ２ ０ 年 玻 ０６
第 ４期
总 第 １７期 ８
观 结 构 、亚 显 微 结 构 和 显 微 结 构 。微 观 结 构 研 究 对
３ １ １ 晶体生 长理论 ．． Ｔ ｍｍａ ａ ｎ研 究 过 晶体 的 生 长 速 率 ，发 现 倘 使 晶核存 在 ，则 在 液 相 线 下 晶体 生 长 速 度 存 在 极 大 值 。在 微 晶玻璃 中 ，欲使 玻璃 进行 晶化 ，就 必须具
的进 展 。
差 热分 析［ 是一 种 量 热 分 析 方 法 ， 与玻璃 的 ２ 热变 化 、热效 应 等 紧密相 关 ，其测 量结 果受 玻璃 状
态 、实 验条 件等 因素 的影 响 ，不 同条件 下得 到 的结
果 可能 会有较 大 的误 差 。差热 分 析是研 究物 质受 热 或 冷却 时所 发生 的各 种物 理 和化学 变化 ，进 而推 断 其 结构 与物 性之 间关 系 的有力 工 具 。差热 分析方 法 已被广 泛地 应用 于 具有 热输变 化 的所有 物 理化学 变 化 过 程 ，诸 如 ：物 质 的失 水 、分 解 、相 变 、氧 化 、 还 原 、升华 、熔融 、晶格 的破坏 或重 建等 过程 。差 热分 析 （ ＤＴＡ）是 一种 常用 的研 究 晶态／ Ｐ ｔ 晶态 转 变 的量热 分析 方法 ，广 泛应 用于 玻璃 相变 研究 ［ 。 ４ ］ ２ 玻 璃 的相 变 玻璃 的相 变包 括玻 璃 的分相 、核化 和 晶化 ，属
热分析技术在材料性质研究中的应用
热分析技术在材料性质研究中的应用热分析技术是一种用于研究材料性质的非常重要的技术。
通过分析材料在不同温度下的热性质，可以更加深入地了解材料的物理性质、化学性质等方面的特征和变化规律。
下面我们来具体探讨一下热分析技术在材料性质研究中的应用。
首先我们来介绍一下热分析技术的原理。
热分析技术主要有两种不同的方法，一种是热重分析，一种是差热分析。
热重分析是一种通过研究材料的重量随温度的变化来研究材料性质的方法。
在热重分析中，材料在常温下称重，然后随着温度的不断升高，观察材料重量的变化情况。
根据材料重量的变化情况，可以推断出材料的热稳定性、热分解反应的特征等信息，从而更好地了解材料的物理性质、化学性质等方面的特性。
差热分析是一种通过研究材料在加热过程中释放或吸收的热量来研究材料性质的方法。
在差热分析中，通过将待研究的材料与参考材料分别装入两个独立的试样舱中，然后进行加热。
在加热过程中，通过测量两个舱内所释放或吸收的热量的差异，来研究材料在温度上的特性和热稳定性等方面的特征。
接下来我们来讨论一下热分析技术在材料性质研究中的应用。
热分析技术可以用于研究的材料种类非常广泛，包括有机、无机、金属、高分子等多种类型的材料。
下面我们举几个例子来介绍热分析技术在材料性质研究中的应用。
首先，热重分析可以用于研究聚合物材料的热稳定性。
在聚合物材料制备过程中，往往需要进行高温加工或处理，而热稳定性是聚合物材料在高温下是否稳定的一个重要参数。
通过热重分析，可以检测聚合物材料加热过程中重量的变化，从而得出材料的热稳定性参数。
其次，在金属材料的研究中，差热分析常被用于研究合金材料的相变和反应特征。
钢铁等金属材料的性质往往与其中的合金元素含量和相变相关。
通过差热分析，可以探测出材料在不同温度下的相变特征，揭示材料相变过程中的热力学行为和反应特征。
此外，在有机分子材料的研究中，热分析技术也能够提供重要的信息。
例如，在制备药品时，热重分析能够用来对药品的磷酸、水合特性进行研究；差热分析则能够在药品研究中揭示出药品的热稳定性、水合特征、热分解特性等。
玻璃差示扫描量热法(dsc)标准
玻璃差示扫描量热法(dsc)标准玻璃差示扫描量热法（DSC）是一种用于测量材料热性能的常用技术。
它通过对物质在升温或降温过程中吸收或释放的热量进行实时监测，从而获得材料的热性能参数，为材料科学和工程领域提供重要的实验数据。
本文将介绍DSC技术的原理、应用和标准规范，以及其在材料研究和工程领域的重要性。
一、DSC技术原理DSC技术基于热力学原理，利用热量的吸收或释放来测量材料的热性能。
在DSC实验中，样品和参比物（通常为纯金属）置于两个独立的热容器中。
升温过程中，样品和参比物吸收热量，同时DSC仪器会对样品和参比物的温度差进行实时监测。
通过比较样品和参比物释放或吸收的热量，可以获得材料的热性能参数，如熔融温度、结晶温度、玻璃化转变温度等。
二、DSC技术应用DSC技术广泛应用于材料研究、制药、化工等领域。
在材料研究中，DSC可以用于测量材料的热稳定性、热熔性、热容量等参数，为新材料的研发和评价提供数据支持。
在制药工业中，DSC可以用于药物晶型的鉴定和监测，保证药物的品质和稳定性。
在化工领域，DSC可以用于研究化学反应的热力学参数，为工艺设计和优化提供参考。
三、DSC标准规范目前国际上对DSC技术的标准规范有ISO、ASTM等多个国际标准组织发布的标准。
这些标准主要包括实验方法、仪器校准、数据处理和结果分析等内容，确保DSC实验的准确性和可比性。
在实际应用中，研究人员必须严格遵守这些标准规范，才能获得可靠的实验数据。
四、DSC技术的重要性DSC技术在材料研究和工程领域具有重要的实验价值。
通过DSC实验可以获得材料的热性能参数，为材料设计、制备和加工提供理论基础和实验依据。
同时，DSC还可以用于材料的质量控制和品质评价，保证材料的使用安全性和稳定性。
因此，DSC技术在材料科学和工程领域的应用前景广阔。
总之，DSC技术是一种基础实验技术，具有重要的理论和实验价值。
通过对DSC技术的深入研究和应用，将有助于推动材料科学和工程领域的发展，为新材料的研发和应用提供有力的支撑。
聚合物的玻璃化转变温度
聚合物的玻璃化转变温度姓名：罗新杰学号：20101648 班级：高分子材料与工程一班摘要：在高分子科学中，聚合物的玻璃化转变是一个非常重要的现象，玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
本文主要简单地介绍玻璃化转变温度的相关知识和理论。
前言：玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个重要的物理性质，也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题。
玻璃转变的理论一直在不断的发展和更新。
从20世纪50年代出现的自由体积理论到现在还在不断完善的模态祸合理论及其他众多理论，都只能解决玻璃转变中的某些问题。
一个完整的玻璃转变理论仍需要人们作艰苦的努力。
对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度－形变曲线或热机械曲线。
非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。
在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态，当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。
高分子材料玻璃化转变的表征可提供丰富的信息，例如固化程度、热历史、材料的最高服役温度，共聚、共混物组分的相容性和相分离，组分的定性和定量等等，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
所以我们得研究和掌握不同高分子玻璃化转变温度的测试方法，并比较不同测试方法的优缺点。
通过对玻璃化转变温度的不断研究，人们逐渐了解了影响玻璃化转变温度的不同因素，从而能更加灵活的处理和运用聚合物的玻璃化转变温度。
差示扫描量热法(DSC)在材料分析中的应用及案例介绍
差示扫描量热法（DSC）在材料分析中的应用及案例介绍一、差示扫描量热法（DSC）介绍二、主要影响因素三、DSC的应用鉴于DSC能定量的量热、灵敏度高，其应用领域很宽，涉及热效应的物理变化或化学变化过程均可采用DSC来进行测定。
DSC出峰的位置、形状、数目与物质的性质有关，故可用来定性的表征和鉴定物质，而峰的面积与反应热焓有关，故可用来定量计算参与反应的物质的量或者测定热化学参数。
图1DSC典型综合图谱1、聚合物玻璃化转变的研究无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时，被冻结的分子微布朗运动开始，因而热容变大，用DSC可测定出其热容随温度的变化而改变。
DSC曲线测定Tg的方法下图3为一款市售纯丙乳液的DSC测试玻璃化转变温度Tg图（已进行了热历史的消除）。
图3纯丙乳液的DSC测试Tg图测试结果：经DSC测试，此纯丙树脂的tg点为2.74℃2、混合物和共聚物的判定、成分检测假定物质A和物质B，若为共混体系，则物质A、物质B均各自保持本身的熔融特性，DSC曲线特征峰（吸热或放热）为物质A、B两种物质位置上的简单加和，共混物中各组分的混合比例可分别根据它们的特征峰面积计算。
图4PA6和PA66共混物的DSC测试曲线图假定物质A和物质B，若为共聚体系，则物质A、B共聚形成新的物质C，物质A、B原本自身的熔融特性丧失，共聚物只呈现C的一个特征峰。
简单地说，对于同一指标，共混物有多个特征峰，共聚物只有一个特征峰。
图5EVA共聚物的DSC测试曲线图3、相容性的研究两种物质以一定比例共聚，若仅出现一个Tg，则表明两种物质相容；若出现两个Tg，则表明两种物质不相容，出现相分离。
以苯乙烯-对氟苯乙烯共聚物P（S-PFS）与聚苯醚PPO的共混聚合物为例，当PFS的摩尔含量为8-56%时，体系相容；高于56%时，发生相分离。
图6P（S-PFS）和PPO共聚混合物的DSC曲线图4、结晶度的测定由于结晶度与熔融热焓值成正比，可利用DSC测定高聚物的百分结晶度，先根据高聚物的DSC熔融峰面积计算熔融热焓ΔHf，再按下式求出百分结晶度。
现代分析测试技术_07热分析技术综合练习
第七章热分析技术（红色的为选做，有下划线的为重点名词或术语或概念）1．名词、术语、概念：热分析，差热分析，差示扫描量热法，热重法（或热重分析），参比物（或基准物，中性体），程序控制温度，外推始点。
2．影响DTA（或DSC）曲线的主要因素有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。
3．影响TG曲线的主要因素有（）、（）、（）、（）、（）、（）等。
4．金属铁粉在空气气氛中进行热重分析（TGA）和差热分析（DTA），其TGA曲线上会有增重台阶，DTA曲线上会出现放热峰。
这种说法（）。
A．正确；B．错误5．碳酸钙分解在DTA曲线上表现为放热峰。
这种说法（）。
A．正确；B．错误6．如果采用CO2气氛，DTA曲线上碳酸钙分解吸热峰的位置会向高温方向移动。
这种说法（）。
A．正确；B．错误7．物质脱水在DTA曲线上表现为吸热谷。
这种说法（）。
A．正确；B．错误8．升温速率对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误9．样品粒度对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误10．样品用量对DTA曲线（或DSC曲线）没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误11．炉内气氛对DTA曲线（或DSC曲线）可能有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误12．无论测试条件如何，同一样品的差热分析曲线都应是相同的。
这种说法（）。
A．正确；B．错误13．升温速率对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误14．样品粒度对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误15．样品用量对TG曲线没有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误16．炉内气氛对TG曲线可能有影响。
这种说法（）。
A．正确；B．错误17．无论测试条件如何，同一样品的TG曲线都应是相同的。
这种说法（）。
A．正确；B．错误18．同一样品在不同仪器上的热分析结果应该完全相同。
这种说法（）。
A．正确；B．错误19．差热分析（DTA）测量的物理量是（）。
差热分析在玻璃学研究中的应用
差热分析在玻璃学研究中的应用差热分析可以用于玻璃科学研究的很多方面 ,包括微晶玻璃晶化工艺、玻璃析晶动力学、玻璃分相等。
在玻璃工业节能方面 ,差热分析也有重要的应用。
此外 ,根据差热分析测试结果 ,可以获得玻璃的特征温度 ,根据这些特征温度计算出各种指标 ,可从不同的角度和不同的指标判定玻璃的稳定性。
1. 1 差热分析在微晶玻璃晶化工艺中的应用差热分析是研究微晶玻璃晶化工艺行之有效的方法。
由差热分析结果可判断出玻璃的析晶活化能 ,同时还可准确快速的确定最佳热处理温度。
通过差热分析曲线的形状还可大致了解玻璃的结晶能力和热处理过程的软化变形情况。
1. 1. 1利用差热分析法求取玻璃的析晶活化能在差热分析实验中 ,玻璃的析晶放热峰温度 T p 受差热分析升温速率的影响。
当升温较慢时 ,玻璃向晶体转变孕育时间充分 ,析晶放热峰温度较低 ,瞬间转变速率小 ,析晶转变峰较平缓;反之 ,当升温速率较快时 ,玻璃析晶速率大 ,析晶放热峰尖锐。
根据这一特性 ,利用差热分析方法较为方便地研究玻璃析晶动力学及计算出有关的动力学参数。
目前 ,普遍采用的方法是Owaza 法。
该方法的理论计算为:Ln α = - E/ ( RT p ) + C1 (1)式中: α———差热分析的升温速率 , ℃ P min ;E———析晶活化能;T p——— DTA曲线上的析晶放热峰温度 , ℃;R———普通气体恒量;C1———常数。
由(1)式可知:Ln α对 1/T p作图应为直线 ,斜率为- E/R ,由此可知析晶活化能 E。
1. 1. 2利用差热分析确定微晶玻璃最佳处理工艺热处理工艺对微晶玻璃晶化后材料的性能具有重要影响。
根据差热分析曲线上的放热峰位置 ,可先固定生长温度 ,在不同的成核温度保温 ,研究成核速度随温度的变化规律并确定最佳成核温度。
还可以通过改变成核的生长温度 ,找出生长速度随温度变化规律 ,确定最佳成核的生长温度。
此外 ,在晶化温度停留的时间也可由差热分析曲线得出。
差示扫描量热法玻璃化转变温度
差示扫描量热法玻璃化转变温度差示扫描量热法（DSC）是一种广泛应用于材料科学领域的分析技术，它能够提供材料热学性质的重要信息，其中之一就是玻璃化转变温度。
玻璃化转变温度是指无定形物质在加热过程中从固态转变为液态的过程中的温度点。
这个温度点是无定形材料的物理性质上的一个特殊转折点，它能够反映无定形材料的稳定性和热稳定性，因此在研究有机材料、高分子材料、玻璃材料等许多材料时，玻璃化转变温度是一个非常关键的参数。
而DSC技术通过测量材料在加热或降温过程中的吸热或放热，从而可以获取玻璃化转变温度和其他相关热学参数。
具体来说，DSC技术利用一个样品和一个对比样品分别放在两个独立的加热器中，用同等的加热方式使样品和对比样品分别进行加热或降温，通过比较两者的热力学参数来确定基本的热学性质。
在研究材料的玻璃化转变温度时，DSC技术通常会测量材料的玻璃化温度、熔点、晶化温度、热稳定性等参数。
这些参数可以反映材料在不同温度下的状态变化和热学特性，对于材料的制备和性能优化都具有重要的指导意义。
总而言之，DSC技术通过测量材料的热学参数来研究材料的玻璃化转变温度等性质，对于材料制备和性能优化具有重要的指导意义。
因
此，DSC技术在材料科学领域的应用前景非常广泛，也是材料研究中不可或缺的技术手段之一。
玻璃 差示扫描量热法(dsc) 标准
玻璃差示扫描量热法(dsc) 标准Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a widely used thermal analysis technique to measure the heat flow in a material as a function of temperature. This technique is particularly useful for studying the thermal properties of glass and can provide valuable information about its thermal behavior.差示扫描量热法(DSC)是一种广泛使用的热分析技术，可测量材料的热量流随温度的变化。
这种技术特别适用于研究玻璃的热性能，并且可以提供有关其热行为的宝贵信息。
One of the key advantages of using DSC for the characterization of glass is its ability to determine the glass transition temperature, which is an important parameter for understanding the behavior of glass at different temperature ranges. By analyzing the heat flow as a function of temperature, DSC can provide insights into the thermal stability, specific heat capacity, and relaxation behavior of glass.使用DSC进行玻璃表征的一个关键优势是其能够确定玻璃转变温度，这是了解玻璃在不同温度范围下行为的重要参数。
玻璃材料中的热力学分析
玻璃材料中的热力学分析在工业生产中，玻璃材料广泛应用于建筑、汽车、电子等领域。
而在玻璃材料的制造过程中，热力学分析是非常重要的环节。
本文将从热力学的角度，分析玻璃材料制造过程中的关键问题。
一、热力学基础知识热力学是描述热交换和能量转化的物理学分支。
它研究的是系统的属性和状态，以及能量的转移和转化。
在热力学中，最基本的概念是热力学系统。
热力学系统是指一定量的物质，通过与外部环境相互作用，来完成热能转换的过程。
在热力学中，一个系统所处的状态可以通过四个基本属性来刻画：温度、压力、体积和物质组成。
根据热力学第一定律，系统的能量是守恒的。
而根据热力学第二定律，任何系统的热力学过程都会随着熵的增加而趋向于不可逆状态。
二、热力学在玻璃制造中的应用在玻璃制造过程中，热力学分析被广泛应用于各个环节。
下面将结合玻璃制造的具体步骤，讲述热力学在其中的应用。
1. 玻璃原料制备玻璃制造的第一步是将原料混合均匀，并熔化为玻璃。
在这个过程中，热力学分析的主要任务是确定原料中不同化合物的熔点和熔化特性。
这些参数将会影响到熔化的时间和条件，因此对制造工艺和效率都具有重要意义。
2. 熔化和成型当玻璃原料熔化后，需要通过成型工艺来形成所需要的产品。
在这个过程中，热力学分析的主要任务是控制熔化温度和时间，以及产品成型的温度和压力，以确保产品能够得到良好的质量和形态。
3. 退火和冷却在玻璃成品制造过程中，通常都需要进行退火和冷却处理。
退火是通过高温处理，使玻璃的分子间更加有序，提高其强度和韧性。
冷却是用来固定玻璃的结构和减小残留应力的过程。
在这两个过程中，热力学分析的主要任务是确定退火和冷却的温度、时间和速度。
这些参数的控制将会直接影响到玻璃的性能和品质。
三、结论热力学是玻璃制造中非常重要的一个环节。
通过热力学分析，我们可以更好地了解玻璃材料的性质和制造工艺。
这将有助于制造效率的提高，产品性能的改善，以及成本的降低。
因此，在玻璃制造的过程中，热力学分析应该成为一个必不可少的手段。
差热分析在玻璃学研究中的应用
温度的变化规律并确定最佳成核温度 。还可以通过改
变成核的生长温度 ,找出生长速度随温度变化规律 ,确
定最佳成核的生长温度 。此外 ,在晶化温度停留的时
间也可由差热分析曲线得出 。通过实验不断延长玻璃
晶化时间并作差热分析 ,相应于结晶相的放热结晶峰 ,
晶化程度较差时 ,差热分析曲线上放热峰峰值会有所
减弱 ,峰强度会有所降低 ;反之 ,当玻璃达到较高的微
· 1 4 · 陶 瓷 2008. No. 6
差热分析在玻璃学研究中的应用Ξ
殷海荣 章春香 刘立营
(陕西科技大学材料科学与工程学院 西安 710021)
摘 要 差热分析是一种常用的研究晶态Π非晶态转变的量热分析方法 ,广泛应用于玻璃学研究 。综述了差热分析的基 本原理及其在玻璃研究中的应用 。主要论述了利用差热分析研究微晶玻璃晶化工艺 、析晶动力学以及差热分析在玻璃分 相和玻璃工业节能方面的应用 。讨论了影响差热分析的主要因素 ,并展望了差热分析的发展前景 。 关键词 热分析 差热分析 玻璃 玻璃分相 影响因素 Applications of Differential Thermal Analysis in Glass Yin Hairong ,Zhang Chunxiang ,Liu Liying(Shaanxi University of Science and Technology , School of Materials Science and Engineering , Xi’an ,710021 ) Abstract :Differential thermal analysis is an important analysis method for transformation of between crystalline and non - crystalline state. It has been widely applied in the study of glass. The basic theories of DTA and its applications in glass are summaried. The applications of DTA to the research of the crystallization process of glass - ceramics ,crystallization kinetics , phase - separate and energy saving of glass industry are stated. Meanwhile ,factors influencing the accuracy measurement of DTA are discussed and the development prospect of DTA is viewed. Key words :Thermal analysis ;DTA ; Glass ;Phase - separate ; Influence factors
对硅酸盐差热解析运用思索
对硅酸盐差热解析运用思索硅酸盐工业是无机化学工业的一个重要组成部分,主要制造以硅酸盐为主体的水泥、陶瓷、玻璃、砖瓦等各种制品和材料.随着社会的不断发展,经济建设力度的不断加大,我国对水泥、玻璃以及新型建筑材料的需求也越来越大,但是硅酸盐工业是一种高能耗产业,目前我国提倡要走可持续发展的建设道路,因此,如何对这些高能耗产业进行指导和控制迫在眉睫.差热分析(DTA)是在温度程序控制下,测量物质的温度与参比物的温度之间温度差和温度的关系的一种技术.由于在生产硅酸盐制品时,发生的一系列物理和化学变化会伴随吸热和放热现象,因此差热分析对于研究硅酸盐产品制备、化学机理及节能技术方面具有十分重要的意义,已经成为了硅酸盐材料研究中必不可少的测试技术.因此本文着重探讨差热分析在硅酸盐工业(水泥、玻璃)中的具体应用.1差热分析在水泥工业中的应用差热分析在水泥工业中主要应用于水泥熟料形成过程及水化、硬化过程[2-8].差热分析在水泥熟料煅烧过程中的应用图1是典型的水泥熟料煅烧过程的DTA曲线.由图1中所示120℃形成的吸热峰是由于原料中的吸附水蒸发吸热所致,610℃形成的吸热峰为原料中的结构水发生脱水反应吸热所致,930℃附近形成的吸热峰则是由于CaCO3分解吸热造成,1250℃附近的放热峰和1440℃附近的吸热峰则是水泥原料物质之间形成水泥熟料的反应.由图1所示的各段反应的吸放热情况可知,其反应与生产水泥时煅烧生料的反应是大致相同的.因而,利用DTA曲线可以清楚的反映出原料在不同煅烧待的反应情况,并且可以知道原料反应的具体温度和反应进行的程度,为合理的制定出热处理制度提供了重要资料,利于指导水泥生产,降低能耗.差热分析在水泥水化、硬化机理方面的应用差热分析在分析水泥水化反应程度,研究水化机理方面也有重要应用.郜志海等利用差热分析研究了热活化煤矸石水泥复合体系的水化反应程度,如图2所示.图2活化煤矸石掺量为30%时复合体系水化各龄期的DTA分析有图2可知,随着水化的进行,在460℃左右出现的吸热峰变化显着,此温度范围说明了Ca(OH)2的分解反应.水化期龄为3d时,峰面积较大,说明吸热量较大,原因在于煤矸石中活性物质在水化早期参与水化反应较少,消耗Ca(OH)2较少所致.水化7d时,峰面积减少,说明活性成分逐渐参与水化,消耗了部分Ca(OH)2.与水化7d 时相比,水化28d时Ca(OH)2吸热量有所增长,这和体系Ca(OH)2含量测定结果不太一致分析原因这可能是由于该水化分析样在测试过程中混入其它含有结构水的杂质造成的.但从整体来看,随着龄期的延长Ca(OH)2剩余量呈降低趋势,水化反应程度是逐步加深的.李召峰等利用DTA研究了少熟料钢渣水泥水化硬化机理.如图3所示,在115℃出现的吸热峰主要是原料中的水化物脱水吸热造成,在465℃附近的吸热峰则是由Ca(OH)2的分解反应吸热所致.水化3d时,峰面积较小,说明Ca(OH)2含量较少,结晶程度低;水化7d时峰面积明显增大,说明Ca(OH)2含量增多,结晶程度提高,说明此阶段钢渣水化速度明显低于熟料的水化速度,钢渣对Ca2+吸收不明显;水化期龄增至28d时,Ca(OH)2吸热峰变化不大,说明在此阶段,矿渣的水化速度明显加快,熟料水化产生的Ca2+几乎全部被钢渣吸收形成C-S-H凝胶及钙矾石.由此可看出该体系水化过程是有钢渣及水泥熟料共同作用形成.除此之外,差热分析在研究水泥水化速度及进程,水化产物转化温度及热效应等也有重要应用.2差热分析在玻璃工业中的应用在玻璃工业中,差热分析主要应用于热处理工艺的制定[9-13]、玻璃分相和析晶动力学等方面研究[14-23].差热分析在热处理工艺中的应用由于微晶玻璃是一定热处理工艺制度下受控析晶的材料,热处理制度直接关系到析晶过程,而玻璃的析晶过程对材料的组织结构起着至关重要的作用,对其性能影响很大,因此制定合理的热处理工艺是微晶玻璃生产过程中的关键所在.根据DTA曲线,可先确定出基础玻璃的核化温度和晶化温度,核化温度一般比玻璃的转化温度Tg高20℃左右,晶化温度则取放热峰温度,所以微晶玻璃传统的热处理方法一般为两步法即先将玻璃加热至核化温度,并保温一段时间,在玻璃中出现大量晶核后,再升温至晶化温度,同样保温一段时间使玻璃转变为具有微米甚至纳米晶粒尺寸的微晶玻璃.如核化温度与晶化温度相差较小时,也可在采取一步热处理,即略过核化阶段,在晶化峰附近直接晶化,保温,使核化和晶化同时进行.李保卫等选用包钢稀选尾矿和粉煤灰为主要原料,根据DTA曲线制定了四种不同热处理工艺,制备了主晶相为辉石和钙长石的微晶玻璃.结果显示不同的热处理工艺得到的微晶玻璃主晶相基本相同,但性能差异较大,经测试利用熔制—退火冷却—核化—晶化工艺,核化温度为720℃,晶化温度为820℃,进行处理得到的微晶玻璃性能最好,晶粒为球状晶,分布均匀.张伟等将水淬炉渣粉碎至一定粒度后,向其中加入少量钾长石为助熔剂,利用DTA曲线制定热处理工艺,采用直接烧结法,在830℃保温1h进行晶化,1150℃进行烧结制得了主晶相为钙黄长石的微晶玻璃,性能良好.差热分析在玻璃分相中的应用在玻璃的形成过程中,分相是一种非常普遍的现象.所谓分相即在一定温度下,玻璃内一些原子或离子发生迁移,在熔体内某些组成形成偏聚,从而形成互不混溶的组成不同的两个玻璃相.研究玻璃分相可对玻璃的晶化机理做出一定解释,普遍认为,分相为均匀液相提供界面,为晶相的成核提供条件,是析晶的有利因素.同时玻璃分相的研究又为新品种微晶玻璃的获得提供了理论指导,利用玻璃分相后组成的变化来获得所需的晶体,从而改变所得微晶的性能.差热分析是研究玻璃分相的有效手段.由于分相,玻璃材质分布不再均匀,在玻璃中就形成了具有不同组成、不同体积分数的相,在差热曲线上就反映为2个或多个不同的转化温度Tg.汤李缨等[14]在对Na2O-CaO-SiO2乳浊玻璃分相特性进行了研究时发现,该系乳浊玻璃的乳浊以分相为主,在成型时富磷相即开始出现,且内部分相较充分,具有较好乳浊度;而边缘处分相不完全,存在联通相与小液滴相并存现象.进行热处理后,联通相转变为球形液滴相.周永强[15]利用差热分析研究了铌硅酸盐玻璃分相.分相形貌是分离的两相交错连接在一起,成为高度连接的三度空间结构,DTA曲线上出现两个明显的吸热峰,表明玻璃中产生了分相.经分析转变温度为708℃时,为富碱铌氧相;转变温度为768℃时,为富硅氧相,分相形貌是分离的两相交错连接在一起,成为高度连接的三度空间结构,属于旋节分解机理.当Nb2O5含量为17%~23%时,DTA曲线上也存在两个吸热峰,但后一个吸热峰不明显,说明玻璃仍存在分相但其分相的机理应为成核长大机理.差热分析在玻璃析晶动力学中的应用玻璃是基础原料经熔融、冷却及固化而形成的具有无规则结构的非晶态无机物.在成型过程中要涉及大量的热效应,其性能也与热处理工艺存在紧密.因此,研究玻璃的析晶行为,获取析晶动力学参数,进而研究玻璃性能的稳定性条件,差热分析是必不可少的重要手段.求取析晶活化能目前求取析晶活化能的方法主要两种:一种为owaza法,其方程为lnα=-ERTp+C,其中α为进行差热分析时的升温速率,E为析晶活化能,Tp为晶化峰温度,R为普适气体常数,C为常数.以lnα为纵坐标,1Tp为横坐标,求取直线斜率-ER,进而可求析晶活化能E.另一种方法为Kissinger方程,其形式为ln(αT2p)=-ERTp-ln(ER)+lnA,A为频率因子,其他参数意义同owaza法,以ln(αT2p)为纵坐标,1Tp为横坐标,求取直线斜率-ER,进而可求析晶活化能E.唐林江等[20]以CAS系主晶相为钙长石的玻璃为研究对象,利用差热分析着重研究了CaO/SiO2比对微晶玻璃析晶动力学行为的影响,分别应用owaza法和Kissinger法验证了活化能变化趋势,研究表明两种方法计算的活化能基本一致,并且都随CaO/SiO2比的升高而降低.陈文娟[21]采用泥沙、海砂、粉煤灰、珍珠岩等原料制成微晶玻璃并用owaza法测定了活化能,由活化能变化可知,玻璃组成不同,析晶难易程度不同;玻璃组成相同,添加晶核剂有利于晶化.判定玻璃的热稳定性通过差热曲线可以获取如玻璃转化温度Tg、析晶起始温度Tc、析晶峰温度Tp,熔化温度Tm等特征温度.根据特征温度可以计算衡量玻璃热稳定性的指标.最能反映玻璃热稳定性的指标是Hurby参数,它综合考虑了转化温度Tg、析晶起始温度Tc、熔化温度Tm,其表达为Hr=(Tc-Tg)/(Tm-Tc)当指标越大时,玻璃热稳定性越好,同时熔点与Tg越接近时,玻璃也越稳定.3差热分析在硅酸盐工业节能方面的应用水泥、玻璃工业均属于高能耗产业,提高资源、能源利用率,降低能耗,节约能源,统筹经济与社会、自然的和谐发展,走可持续发展道路,是现代硅酸盐工业发展必须遵循的原则.而差热分析技术对此有重要的指导作用.硅酸盐工业使用原料多、成分杂,在生产过程中由不同矿物组成形成产品时,能耗也不同,存在差异.利用差热分析技术可以判断原料的易烧性或易熔性,同时结合化学分析、显微结构分析等现代分析技术,可为优化选料提供参考依据,为降低能耗产生重要作用.4结语差热分析技术在水泥工业、玻璃工业开发和研制当中,具有十分重要的应用价值和指导作用.这项技术可以对人们在研究、开发和利用无机材料和化工材料时进行指导.在工业生产及日常生活等方面,有助于节约能源、合理的处理生活、工业中的废弃物,达到可持续发展的战略目标.尽管差热分析法还存在一定局限性,如重复性差、分辨率不高、热量定量测定较为复杂等,但它具有快捷简便的优点,随着社会发展和科学技术的进步,特别是随着计算机技术的飞速发展,差热分析仪在实验自动化、取样微量化、信号高灵敏化以及多种分析手段联用等方面必然会快速发展起来,其应用前景将更为广阔。
dta曲线玻璃化温度
DTA曲线（差热分析曲线）是用来研究物质在加热或冷却过程中发生的物理或化学变化的。
玻璃化转变温度（Tg）是物质从固态变为玻璃态时所发生的一种非晶态转变的温度。
在DTA曲线上，玻璃化转变温度表现为一个吸热峰或放热峰。
当物质在玻璃化转变温度附近时，其热容会发生改变，这导致DTA曲线出现一个不连续的转折点，这就是玻璃化转变温度点。
测定玻璃化转变温度时，可以使用多种方法。
目前最直接的方法是动态机械热分析（DMA），该方法通过测量样品在振动模式下对温度变化的响应来确定玻璃化转变温度。
另外，DSC（差示扫描量热法）也是一种常用的方法，通过测量样品在加热过程中热流的变化来确定玻璃化转变温度。
在测定玻璃化转变温度时，需要注意以下几点：
1. 确定实验条件：选择适当的加热速率、气氛和压力等实验条件，以确保实验结果的准确性和可靠性。
2. 确定基线：在DTA曲线上确定一条基线，以便于识别玻璃化转变温度点。
3. 确定吸热峰或放热峰：在DTA曲线上找到玻璃化转变温度对应的吸热峰或放热峰，并确定其位置和高度。
4. 计算玻璃化转变温度：根据吸热峰或放热峰的位置和高度，计算出玻璃化转变温度的具体数值。
总之，DTA曲线是研究物质在加热或冷却过程中发生的物理或化学变化的重要手段之一，而玻璃化转变温度则是其中一个重要的参数。
通过使用适当的实验方法和计算方法，可以准确地测定玻璃化转变温度，并进一步研究物质的性质和行为。
聚合物的玻璃化转变温度
聚合物的玻璃化转变温度姓名：罗新杰学号：班级：高分子材料与工程一班摘要：在高分子科学中，聚合物的玻璃化转变是一个非常重要的现象，玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
本文主要简单地介绍玻璃化转变温度的相关知识和理论。
前言：玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个重要的物理性质，也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题。
玻璃转变的理论一直在不断的发展和更新。
从20世纪50年代出现的到现在还在不断完善的模态祸合理论及其他众多理论，都只能解决玻璃转变中的某些问题。
一个完整的玻璃转变理论仍需要人们作艰苦的努力。
对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度－形变或热机械曲线。
非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。
在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态，当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是。
高分子材料玻璃化转变的表征可提供丰富的信息，例如固化程度、热历史、材料的最高服役温度，共聚、共混物组分的相容性和相分离，组分的定性和定量等等，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
所以我们得研究和掌握不同高分子玻璃化转变温度的测试方法，并比较不同测试方法的优缺点。
通过对玻璃化转变温度的不断研究，人们逐渐了解了影响玻璃化转变温度的不同因素，从而能更加灵活的处理和运用聚合物的玻璃化转变温度。
让玻璃化转变温度得到更加广泛的应用。
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过程的软化变形情况 。
2. 1. 1 利用差热分析法求取玻璃的析晶活化能
ห้องสมุดไป่ตู้
在差热分析实验中 ,玻璃的析晶放热峰温度 Tp 受
差热分析升温速率的影响 。当升温较慢时 ,玻璃向晶
体转变孕育时间充分 ,析晶放热峰温度较低 ,瞬间转变
速率小 ,析晶转变峰较平缓 ;反之 ,当升温速率较快时 ,
玻璃析晶速率大 ,析晶放热峰尖锐 。根据这一特性 ,利
R ———普通气体恒量 ;
C1 ———常数 。
由 (1) 式可知 :Lnα对 1ΠTp 作图应为直线 ,斜率为
- EΠR ,由此可知析晶活化能 E。
2. 1. 2 利用差热分析确定微晶玻璃最佳处理工艺
热处理工艺对微晶玻璃晶化后材料的性能具有重
要影响 。根据差热分析曲线上的放热峰位置 ,可先固
定生长温度 ,在不同的成核温度保温 ,研究成核速度随
2 个 Tg (如图 1 所示) 。同样在 PbF2 - LaF3 - ZrF4 系统
玻璃的差热分析曲线上也存在两个 Tg ,说明该系统的
玻璃发生了分相 ,其中对应于较低 Tg 的相为富 PbF2
相 ,对应于较高 Tg 的相为贫 PbF2 相 (如图 2 所示) 。
1 - 4 % CaF2 2 - 6 %CaF2 图 1 Na2O - CO - SiO2 掺入 CaF2 的 DTA 曲线 Fig. 1 The DTA curve of Na2O - CaO - SiO2 with CaF2
表示为 :
Hr = ( Tx - Tg ) Π( Tl - Tx )
(3)
(3) 式中的 Tl 可用熔点温度 Tm 来代替 。权重稳
定参数 Hc 和 Saad - Paulain 参数 S 表达式分别为 :
Hc = ( Tx - Tg ) ΠTg
(4)
S = ( Tp - Tx ) ( Tx - Tg ) ΠTg
度 ,根据这些特征温度计算出各种指标 ,可从不同的角
度和不同的指标判定玻璃的稳定性 。
2. 1 差热分析在微晶玻璃晶化工艺中的应用
差热分析是研究微晶玻璃晶化工艺行之有效的方
法 。由差热分析结果可判断出玻璃的析晶活化能 ,同
时还可准确快速的确定最佳热处理温度 。通过差热分
析曲线的形状还可大致了解玻璃的结晶能力和热处理
· 1 4 · 陶 瓷 2008. No. 6
差热分析在玻璃学研究中的应用Ξ
殷海荣 章春香 刘立营
(陕西科技大学材料科学与工程学院 西安 710021)
摘 要 差热分析是一种常用的研究晶态Π非晶态转变的量热分析方法 ,广泛应用于玻璃学研究 。综述了差热分析的基 本原理及其在玻璃研究中的应用 。主要论述了利用差热分析研究微晶玻璃晶化工艺 、析晶动力学以及差热分析在玻璃分 相和玻璃工业节能方面的应用 。讨论了影响差热分析的主要因素 ,并展望了差热分析的发展前景 。 关键词 热分析 差热分析 玻璃 玻璃分相 影响因素 Applications of Differential Thermal Analysis in Glass Yin Hairong ,Zhang Chunxiang ,Liu Liying(Shaanxi University of Science and Technology , School of Materials Science and Engineering , Xi’an ,710021 ) Abstract :Differential thermal analysis is an important analysis method for transformation of between crystalline and non - crystalline state. It has been widely applied in the study of glass. The basic theories of DTA and its applications in glass are summaried. The applications of DTA to the research of the crystallization process of glass - ceramics ,crystallization kinetics , phase - separate and energy saving of glass industry are stated. Meanwhile ,factors influencing the accuracy measurement of DTA are discussed and the development prospect of DTA is viewed. Key words :Thermal analysis ;DTA ; Glass ;Phase - separate ; Influence factors
得玻璃热稳定性的指标 。也可以根据不同升温速率下
的差热分析结果 ,对玻璃的析晶动力学进行研究 ,获得
玻璃的一些析晶动力学参数 ,对玻璃的热稳定性进行 综合评价和比较[4～5] 。研究发现 ,在不同的升温速率α
下 ,玻璃析晶温度 TP 不同 。由一系列α和 TP 数据 ,可
求得玻璃析晶过程中的各项动力学参数 ,如析晶活化
能量 、质点迁移频率 v、析晶过程的反应级数 n 等 。 衡量玻璃热稳定性的指标主要有ΔT、Hurby 参数
Hr 、权重稳定参数 Hc 和 Saad - Paulain 参数 S[4 ,6] 。ΔT
是最常用的衡量玻璃热稳定性的指标 ,可表示为 :
ΔT = Tx - Tg
(2)
ΔT 越大 ,形成玻璃的性能越好 ,即具有较好的热
前言
在无机材料的研究过程中 ,经常会遇到一些与热 量的吸收和释放 、质量的增减以及几何尺寸的伸缩等 有关的物理 、化学变化 ,如分解反应 、相转变 、熔融 、结 晶和热膨胀等 。为了探索合理的制备工艺和深入了解 材料的物理化学性质 ,有必要对这些过程进行较为精 细的研究 ,这些研究离不开热分析技术[1] 。热分析测 试主要包括热机械分析 (DMAΠTMA) 、热重分析 ( TG) 、 差热分析 (DTA) 等 。其中 ,差热分析是材料热分析方 法中最简便易行方法之一 ,并广泛应用于无机材料 、有 机材料 、生物高分子材料 、高聚物 、络合物和动力学等 方面的研究 。差热分析因其简明实用 ,目的性强 ,已经 成为材料研究中不可缺少的一种分析手段 。尤其在玻 璃学研究中 ,差热分析是一种非常有效的研究晶态Π非 晶态的量热分析方法 。笔者主要介绍差热分析技术在
窄 ,这说明结晶过程放热量不大 ,制品结晶能力不强 ,
而且对晶化温度要求高 ,往往得不到结晶良好的制品 。
2. 2 差热分析在玻璃析晶动力学中的应用
在研究非晶态材料的相变过程中 ,差热分析是一
种不可缺少的重要方法 。利用差热分析技术可以获得
玻璃在重加热过程中的一些特征温度 ,如玻璃转变温
度 Tg 、析晶温度 Tx 、析晶峰温度 Tp 、熔化温度 Tm 等 ,获
分相是玻璃形成过程中的普遍现象 ,分相造成玻
璃具有 2 个高体积分数的相 ,反映在差热分析曲线上
为 2 个 (或多个) 不同的 Tg 温度值 。因为玻璃分相形
成 2 个化学组成不同相 ,故其 Tg 也不同 。张明海等[7]
研究发现 Na2O - CaO - SiO2 系统玻璃加入适量 CaF2
(玻璃分为富氟相和贫氟相) ,在差热分析曲线上存在
稳定性 。Hurby 参数 Hr 考虑了玻璃熔点的因素 ,通常
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陈国华[8] 对配方为磷矿尾砂 58 %、海砂 16 %、粉 煤灰 10 %、珍珠岩 12 %、萤石 10 %、ZnO 3 %的制品进 行了差热分析研究发现 ,其差热曲线上明显出现了 2 个不同温度的 Tg ,这说明该玻璃在晶化之前已发生了
温度的变化规律并确定最佳成核温度 。还可以通过改
变成核的生长温度 ,找出生长速度随温度变化规律 ,确
定最佳成核的生长温度 。此外 ,在晶化温度停留的时
间也可由差热分析曲线得出 。通过实验不断延长玻璃
晶化时间并作差热分析 ,相应于结晶相的放热结晶峰 ,
晶化程度较差时 ,差热分析曲线上放热峰峰值会有所
减弱 ,峰强度会有所降低 ;反之 ,当玻璃达到较高的微
晶化后 ,则不发生上述现象 。
2. 1. 3 利用差热曲线形状推测制品的性能
基础玻璃的差热曲线主要有 4 种类型 ,通过差热
曲线的形状可以推测制品的烧成工艺参数[2] 。 ①有明
显的晶化放热峰 ,且放热峰值较大 ,但核化峰不明显 ,
核化峰和放热峰两者相距较远 。这种玻璃结晶程度
好 ,晶粒较细 ,且在热处理时不易发生软化变形 ,性能
(5)
以上指标考虑了玻璃各不同的转变温度 ,这些指
标越大 ,玻璃稳定性越好 。在这几个指标中 Hr 最能反
映玻璃的热稳定性 。因为 Hr 综合考虑了玻璃转变温
度 Tg 、析晶起始温度 Tx 和熔化温度 Tm 或液相温度 Tl 。
一般认为 ,熔点与 Tx 愈接近 ,玻璃愈稳定 。
2. 3 差热分析在玻璃分相中的应用
上 ,从而获得玻璃在重加热过程中的一些特征温度 ,根 据这些特征温度来指导玻璃的生产工艺 。
2 差热分析在玻璃研究中的应用
差热分析可以用于玻璃科学研究的很多方面 ,包
括微晶玻璃晶化工艺 、玻璃析晶动力学 、玻璃分相等 。
在玻璃工业节能方面 ,差热分析也有重要的应用 。此