材料研究与测试方法热分析共104页文档
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《材料研究与测试方法》第3章热分析
测定物质在加热或冷却过程中发生的 各种物 理 、化学变化的 方法 ， 可分为两类: 1. 测定物理量随温度变化 a. 测定能量变化的方法（差热分析 、示差扫描量热分析） b. 测定质量变化的方法（热重分析 、微商热重分析） c. 测定尺寸变化的方法（热膨胀分析 、微商热膨胀分析等）
2. 测定试样加热中产生气体
③试样的装填及粒度 试样用量大 , 易使相邻两峰重叠 , 降低了分辨力 。一般 尽可能减少用量 , 最多大至毫克 。样品的颗粒度在100 目~ 200 目左右 , 颗粒小可以改善导热条件 , 但太细可能会破坏 样品的结晶度 。对易分解产生气体的样品 , 颗粒应大一些 。 参比物的颗粒 、装填情况及紧密程度应与试样一致 , 以减少 基线的漂移。 试样量越大 , 差热峰越宽 , 越圆滑 。其原因是因为加热 过程中 , 从试样表面到中心存在温度梯度 , 试样越多 , 梯度 越大 , 峰也就越宽。
为了弥补DTA定量性不良的缺陷 , 示差扫描量热仪
（DSC） 在1960年前后应运而生。
DSC和DTA仪器装置相似 , 所不同的是在试样和参比 物容器下装有两组补偿加热丝 , 当试样在加热过程中由于 热效应与参比物之间出现温差ΔT时 , 通过差热放大电路和 反之 , 当试样放热时则使参比物一边的电流 增大 , 直到两 边热量平衡 , 温差ΔT消失为止 。换句话说 , 试样在热反应
差热电偶的选择
中 、低温（ 1270~770K） 差热分析可采用镍铬-镍铝热电偶, 高温（>1270K时） 可采用Pt-Pt90Rh10热电偶。
三 、差热曲线的判读及影响因素 1. 差热曲线的判读 差热曲线的判读就是对差热分析的结 果作出 合理的 解释。 正确判读差热分析曲线 , 首先要明确试样加热（或冷却） 过程 中产生的热效应与差热曲线形态的对应 关系； 其次是差热曲线 形态与试样本征热特性的对应关系； 第三要排除外界因素对差 热曲线形态的影响。
第8章材料热分析课件
8.2 热重分析TG 热重分析TG
► ►
►
►
►
原理 在程序升温的环境下，测 量试样的重量对温度（或 时间）的依赖关系，分为 变位法和零位法 变位法：根据天平梁倾斜 度与质量变化成比例的关 系，用差动变压器等检测 倾斜度，并记录 零位法：采用差动变压器 法、光学法测定天平梁的 倾斜度，然后调整安装在 天平系统和磁场中线圈的 电流，使线圈转动以恢复 天平梁的倾斜，其电流与 质量成比例 横坐标为温度T（时间t 横坐标为温度T（时间t）， 纵坐标为样品保留重量的 分数
热稳定性比较示意图
► 组成的剖析 ► TG用于分析聚合物中各种添加剂和杂质有独 TG用于分析聚合物中各种添加剂和杂质有独
到之处，即快速、简便。 到之处，即快速、简便。
添加剂的分析 应用ＴＧ法分析聚合物 应用ＴＧ法分析聚合物 ＴＧ 中的各种添加剂（ 中的各种添加剂（包括有 机的和无机的添加剂） 机的和无机的添加剂）比 一般的方法简单方便并有 其独特之处。下图表示Ｔ 其独特之处。下图表示Ｔ Ｇ法能快速测定增塑剂的 含量， 条曲线分别为： 含量，３条曲线分别为： 不含增塑剂的聚丁酸乙烯 酯；含有增塑剂的聚丁酸 乙烯酯；用正已烷萃取了 乙烯酯； 增塑剂的聚丁酸乙烯酯。 增塑剂的聚丁酸乙烯酯。 曲线２ 曲线２的前半部分是由于 增塑剂的挥发造成的失重， 增塑剂的挥发造成的失重， 由此可算出增塑剂的含量， 由此可算出增塑剂的含量， 若升温速率很小或在等温 条件下试验， 条件下试验，则可得到更 精确的结果。 精确的结果。
TG曲线
► 热稳定性的评价 ► 聚合物热分解过程的许多规律可以通过热重分析
进行研究：其中包括聚合物的热稳定性的测定， 进行研究：其中包括聚合物的热稳定性的测定， 共聚物、共混物体系的定量分析、含量和添加剂 共聚物、共混物体系的定量分析、 水含量的测定等等,热重法因其快速简便, 水含量的测定等等,热重法因其快速简便,已经成 为研究聚合物热变化过程的重要手段
材料研究与测试方法-PPT精品文档
康普顿效应实验装置
康普顿效应----波长变长
波长改变的数值与散射角有关
式中2θ为散射线与入射线的夹角
石墨的康普顿效应
X射线的吸收
物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电 子跃迁而引起的。当X射线的波长足够短时， 光子能量可把原子中处于某一能级上的电 子打出来，而它本射被吸收。在这个过程 中，X射线的部分能量转变成光电子、荧光 Ｘ射线及俄歇电子的能量。因此，Ｘ射线 的强度被衰减。
（ 1 ）证明了 X 射线是电 磁波， （ 2 ）也第一次从实验上 证实了晶体内部质点 的规则而对称的排 列。
X射线管
X射线的特点
波动性: 以一定的频率 ν 和波长 λ 在空间传播 ; 具有干 涉、衍射、偏振等现 象 微粒性: 具有一定的质量m、 能量E和动量p.
X射线的波粒两重性
ν、λ与E、p之间也有如下的关系: E=hν=hc/λ P=h/λ 式中，h-Planck常数,等于6.625×10-27尔格.秒; c-X射线的速度,等于2.998×1010 cm/s. X射线是波长为: 0.001～10 nm 做晶体结构分析用的X射线的波长为: 0.05～0.25 nm
பைடு நூலகம்
Moseley定律
1/λ=a(Z-α)2 式中a和 α都为常数 Moseley 定 律 指 出 各 元 素的波长非常有规律 地随着它们在周期表 中的排列顺序而递减.
Moseley定律是元素分析 --X射线波谱分析(电子 探针定性 ) 及 X 射线荧 光分析的主要依据。
Moseley定律
第一章 X射线衍射分析
Kα线和 Kβ线
Kα线： L─→K Kβ线： M─→K 特征X射线的相对强度 主要是由(电子在各能级 之间的)跃迁几率决定的。 L层与K层较近，所以L 层上的电子回跳几率大 ： IKα＞IKβ
材料研究方法热分析2019
——样品坩埚：陶瓷材料、石英质、刚玉质和钼、 铂、钨等。
（3）热电偶
——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
化； ——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； ——比电阻小、导热系数大； ——电阻温度系数和热容系数较小； ——足够的机械强度，差热分析的基本原理
2、差热分析的基本理 论 Δ 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。
（二）、差热曲线的形成
5.2差热分析 5.2.2差热分析曲线
1、DTA曲线的特征 DTA曲线是将试样和参比物 置于同一环境中以一定速率 加热或冷却，将两者的温度 差对时间或温度作记录而得 到的。DTA曲线的实验数据 是这样表示的，纵坐标代表 温度差T，吸热过程是一 个向下的峰，放热过程是一 个向上的峰；横坐标代表时 间或温度。
差热分析曲线
温差 温度
2、DTA曲线的温度测定及标定：外推法（反应 起点、转变点、终点）
Al2O3
thermal analysis
原理
样品
热电偶 金属
参比物 电热丝
thermal analysis
仪器
1. 差热分析原理 热电偶与差热电偶
差热分析原理图
5.2差热分析
5.1.1差热分析的基本原理
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 示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度T和T0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 的现象称为热电效应。
介
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。
（3）热电偶
——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
化； ——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； ——比电阻小、导热系数大； ——电阻温度系数和热容系数较小； ——足够的机械强度，差热分析的基本原理
2、差热分析的基本理 论 Δ 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。
（二）、差热曲线的形成
5.2差热分析 5.2.2差热分析曲线
1、DTA曲线的特征 DTA曲线是将试样和参比物 置于同一环境中以一定速率 加热或冷却，将两者的温度 差对时间或温度作记录而得 到的。DTA曲线的实验数据 是这样表示的，纵坐标代表 温度差T，吸热过程是一 个向下的峰，放热过程是一 个向上的峰；横坐标代表时 间或温度。
差热分析曲线
温差 温度
2、DTA曲线的温度测定及标定：外推法（反应 起点、转变点、终点）
Al2O3
thermal analysis
原理
样品
热电偶 金属
参比物 电热丝
thermal analysis
仪器
1. 差热分析原理 热电偶与差热电偶
差热分析原理图
5.2差热分析
5.1.1差热分析的基本原理
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 示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度T和T0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 的现象称为热电效应。
介
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。
材料科学研究方法-热分析
4）流动气氛的影响
一般在流动态气氛中峰温向低温移动。
29
第一节 差热分析
3. 试样量的影响
常量型差热分析仪，试样量一般在200mg以 上。
微型热分析仪一般在5~20mg左右，最新仪 器有用1~6mg的。试样用量越多，内部传热 时间越长，形成的温度梯度越大，DTA峰形 成扩张，分辨率下降，温度滞后严重。
1969 热化学学报（thermachemical Acta）,每年四卷，1974 量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal
Analysis）日文，季刊，1974
5
表1 几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数
6
第一节 差热分析法
一、基本原理与差热分析仪 差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品
T=（） 其中是时间，则
F=f（T）或f（）
2
概述
物质的热效应 一 晶体中水的存在形式 1毛吸细附管水内：，H失2O水；温不度参1加00晶-1格3；0o存。在于表面或 2与结其晶他水单：元H形2成O参化加学晶键格；；失存水在物于相结变构化中；，温度不
100-300o。 3 结构水：OH-形式参加晶格；存在于结构中，
3 升温速率没有出现在公式中，故其变化应该不影响峰面 积的大小，而实际随升温速率增大，峰面积要大些。升温 速率越大峰越陡，减小时峰平而宽。从测量误差角度考虑， 升温速率不宜太慢，同时也视样品性质而定。
25
第一节 差热分析
比例系数的标定
影响比例系数的因素很多，理论上不容易计算，要用 标准物质标定而得。
热分析组织：国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA
一般在流动态气氛中峰温向低温移动。
29
第一节 差热分析
3. 试样量的影响
常量型差热分析仪，试样量一般在200mg以 上。
微型热分析仪一般在5~20mg左右，最新仪 器有用1~6mg的。试样用量越多，内部传热 时间越长，形成的温度梯度越大，DTA峰形 成扩张，分辨率下降，温度滞后严重。
1969 热化学学报（thermachemical Acta）,每年四卷，1974 量热学与热分析杂志（Calorimetry and Thermal
Analysis）日文，季刊，1974
5
表1 几种主要的热分析法及其测定的物理化学参数
6
第一节 差热分析法
一、基本原理与差热分析仪 差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品
T=（） 其中是时间，则
F=f（T）或f（）
2
概述
物质的热效应 一 晶体中水的存在形式 1毛吸细附管水内：，H失2O水；温不度参1加00晶-1格3；0o存。在于表面或 2与结其晶他水单：元H形2成O参化加学晶键格；；失存水在物于相结变构化中；，温度不
100-300o。 3 结构水：OH-形式参加晶格；存在于结构中，
3 升温速率没有出现在公式中，故其变化应该不影响峰面 积的大小，而实际随升温速率增大，峰面积要大些。升温 速率越大峰越陡，减小时峰平而宽。从测量误差角度考虑， 升温速率不宜太慢，同时也视样品性质而定。
25
第一节 差热分析
比例系数的标定
影响比例系数的因素很多，理论上不容易计算，要用 标准物质标定而得。
热分析组织：国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA
材料的现代研究方法-热分析
(1) DSC的基本原理
定义：差示扫描量热分析(DSC)是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的功率 差(能量差)随温度或时间变化的一种技术。
DSC与DTA比较: 在DTA中试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温所控制的温度，试样本身在 发生热效应时的升温速度是非线性的。 DSC克服了DTA的这个缺点，试样的吸、放热量能及时得到应有的补偿，热损失少，检测 信号大。故而DSC在检测灵敏度和检测精确度上都要优于DTA。 DSC的另一个突出的特点是 DSC曲线离开基线的位移代表试样吸热或放热的速度，DSC曲 线所包围的面积是ΔH的直接度量。
缓，热反应速度慢。
Chapter6 热分析-差热分析(DTA)
(3) 差热分析的影响因素
要真正获得一个好的DTA实验结果并非易事！ 根据ICTA标准化委员会的意见，在进行热分析时必须对实验
条件加以严格控制，并要仔细研究实验条件对所测数据的影响，在发表
热分析数据时必须同时明确测定时所采用的实验条件！ 大量研究和实践表明：影响差热分析的主要因素有两个方面： 仪器因素和操作因素。
材料的现代研究方法
傅茂森 2016
Chapter6 热分析
第六章 热分析
Chapter6 热分析-热分析技术概述 6.1热分析技术概述
(1) 热分析技术的起源
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； 1887年，Le Chatelier首先将热分析用于分析粘土； 1899年，英国的Roberts Austen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(DTA)技术。 1903年，Tammann首次提出“热分析”术语。 1915年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平”即热重法(TG)，后来法国人也 研制了热天平技术。 1945年，首批商品化热分析天平生产。 1964年，美国的Watson和O’Neill在 DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法(DSC)，美国PE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。 1965年，英国的Mackinzie (Redfern等人发起，召开了第一次国际热分析大会，并于1968年成立了国 际热分析协会(ICTA)。 1979年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析委员会。
定义：差示扫描量热分析(DSC)是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的功率 差(能量差)随温度或时间变化的一种技术。
DSC与DTA比较: 在DTA中试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温所控制的温度，试样本身在 发生热效应时的升温速度是非线性的。 DSC克服了DTA的这个缺点，试样的吸、放热量能及时得到应有的补偿，热损失少，检测 信号大。故而DSC在检测灵敏度和检测精确度上都要优于DTA。 DSC的另一个突出的特点是 DSC曲线离开基线的位移代表试样吸热或放热的速度，DSC曲 线所包围的面积是ΔH的直接度量。
缓，热反应速度慢。
Chapter6 热分析-差热分析(DTA)
(3) 差热分析的影响因素
要真正获得一个好的DTA实验结果并非易事！ 根据ICTA标准化委员会的意见，在进行热分析时必须对实验
条件加以严格控制，并要仔细研究实验条件对所测数据的影响，在发表
热分析数据时必须同时明确测定时所采用的实验条件！ 大量研究和实践表明：影响差热分析的主要因素有两个方面： 仪器因素和操作因素。
材料的现代研究方法
傅茂森 2016
Chapter6 热分析
第六章 热分析
Chapter6 热分析-热分析技术概述 6.1热分析技术概述
(1) 热分析技术的起源
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； 1887年，Le Chatelier首先将热分析用于分析粘土； 1899年，英国的Roberts Austen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(DTA)技术。 1903年，Tammann首次提出“热分析”术语。 1915年，日本的本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平”即热重法(TG)，后来法国人也 研制了热天平技术。 1945年，首批商品化热分析天平生产。 1964年，美国的Watson和O’Neill在 DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法(DSC)，美国PE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。 1965年，英国的Mackinzie (Redfern等人发起，召开了第一次国际热分析大会，并于1968年成立了国 际热分析协会(ICTA)。 1979年，中国成立中国化学会化学热力学和热分析委员会。
《材料科学研究与测试方法》课程教学课件—10热分析技术
直到二十世纪四十年代末，才相继出现了商品化的差热分析仪和热天平。
1964年，Waston等人提出了“差示扫描量热”的概念，并被Perkin-Elmer 公 司采用，造出了DSC-1型差示扫描量热分析仪，进而发展成为差示扫描量 热技术。
目前热分析已发展成为系统性的分析方法，广泛应用于材料等领域中。
发展趋势可归纳为：功能综合化、样品用量微量化、操作自动化及研究领域的 不断扩展和分析技术的不断创新。
热等，也广泛应用于非晶材料的研究。
10．4．1 块体金属玻璃
图10-11 玻璃转变温度的确定示意图 玻璃转化发生在一个温度区域，而不是一个确定的温度，且Tg会随着实验时间的 长短和升温速率的快慢在一定的范围内变化，故Tg的确定目前尚无统一的方法， 通常有四种确定方法：1）取偏移基线的始点温度TA；2）取外延始点温度TD；3） 取拐点温度TC；4）取上下两基线延长线的中点所对应的温度TP，即由转变前后 的比容差（采用外推作图法）变化到一半时所对应的温度。应用较多的是取外延 始点温度为玻璃转化温度。 DSC曲线偏移基线的开始点（图中的A点）和终止点（图中的B点）分别称为玻 璃转变的开始温度和终止温度。
图10-13 淬火态Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在不同加热速度下的DSC
图10-13是淬火态的Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在2.5，5，10， 20，40和80℃/min等不同加热速度下的DSC曲线，随着加热速度的增加，Tg、 Tx均向高温区移动，其过冷液相区也逐渐变宽并向高温区移动，其晶化行为和 玻璃转变行为均与加热速度有关，这一现象说明玻璃转变和晶化均具有显著的 动力学效应。
对热效应的相应更快、更灵敏，峰的分辨率也更高。
1964年，Waston等人提出了“差示扫描量热”的概念，并被Perkin-Elmer 公 司采用，造出了DSC-1型差示扫描量热分析仪，进而发展成为差示扫描量 热技术。
目前热分析已发展成为系统性的分析方法，广泛应用于材料等领域中。
发展趋势可归纳为：功能综合化、样品用量微量化、操作自动化及研究领域的 不断扩展和分析技术的不断创新。
热等，也广泛应用于非晶材料的研究。
10．4．1 块体金属玻璃
图10-11 玻璃转变温度的确定示意图 玻璃转化发生在一个温度区域，而不是一个确定的温度，且Tg会随着实验时间的 长短和升温速率的快慢在一定的范围内变化，故Tg的确定目前尚无统一的方法， 通常有四种确定方法：1）取偏移基线的始点温度TA；2）取外延始点温度TD；3） 取拐点温度TC；4）取上下两基线延长线的中点所对应的温度TP，即由转变前后 的比容差（采用外推作图法）变化到一半时所对应的温度。应用较多的是取外延 始点温度为玻璃转化温度。 DSC曲线偏移基线的开始点（图中的A点）和终止点（图中的B点）分别称为玻 璃转变的开始温度和终止温度。
图10-13 淬火态Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在不同加热速度下的DSC
图10-13是淬火态的Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在2.5，5，10， 20，40和80℃/min等不同加热速度下的DSC曲线，随着加热速度的增加，Tg、 Tx均向高温区移动，其过冷液相区也逐渐变宽并向高温区移动，其晶化行为和 玻璃转变行为均与加热速度有关，这一现象说明玻璃转变和晶化均具有显著的 动力学效应。
对热效应的相应更快、更灵敏，峰的分辨率也更高。
现代材料分析方法热分析技术PPT.
2、学习了交通法规和各种交通信号、标志后，检查自己，并写一条警示句。
教学重点放： 热、吸热过程。
图7 典型的DTA曲线
实际记录的曲线往往 与理想状态有差异。
1）过程结束后曲线一般回 不到原来的基线－－－试样 在受热发生的比热、热导率 变化。
2）实际反应起始和终止温
度不同，存在一温度范围，
这就使得差热曲线的各个转
7.2 热分析的特点及应用领域
一、应用的广泛性
从热分析文摘（TAA）近年的索引可知，热分析 广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地 质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻 工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及 医学的迅速发展有密切的关系。 二、在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。
8
由于热电偶的不对称性、试样、参比物的热容、导热系数 不同，在等速升温下划出的基线并非△T＝ 0的线，而是接近 △T＝ 0的线，另外升温速度的不同，也会造成基线不同程度 的漂移。
图 9TAS-100型热分析仪上做的TG-DTA曲线
1、DTA峰面积的计算 （不能直接求热量）
设试样和参比物的热容Cs、Cr不随温度而改变，且假定它 们与金属块的热传递和温差成比例，比例常数K与温度无关。
7.1 热分析定义及其发展
一、热分析定义
热分析是在规定的气氛中测量样品的性质随时 间或温度的变化，并且样品的温度是程序控制的一 类技术（1977年国际热分析协会）。
测量样品：试样本身或其反应产物，包括中间 产物。
定义反映三个方面的内容：1、程序控温，一般 采用线性程序，也可能是温度的对数或倒数；2、选 一种观测的物理量；3、测量物理量随温度的变化。
• 参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不 发生任何热效应的物质，如-Al2O3、MgO等。
教学重点放： 热、吸热过程。
图7 典型的DTA曲线
实际记录的曲线往往 与理想状态有差异。
1）过程结束后曲线一般回 不到原来的基线－－－试样 在受热发生的比热、热导率 变化。
2）实际反应起始和终止温
度不同，存在一温度范围，
这就使得差热曲线的各个转
7.2 热分析的特点及应用领域
一、应用的广泛性
从热分析文摘（TAA）近年的索引可知，热分析 广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地 质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻 工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及 医学的迅速发展有密切的关系。 二、在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。
8
由于热电偶的不对称性、试样、参比物的热容、导热系数 不同，在等速升温下划出的基线并非△T＝ 0的线，而是接近 △T＝ 0的线，另外升温速度的不同，也会造成基线不同程度 的漂移。
图 9TAS-100型热分析仪上做的TG-DTA曲线
1、DTA峰面积的计算 （不能直接求热量）
设试样和参比物的热容Cs、Cr不随温度而改变，且假定它 们与金属块的热传递和温差成比例，比例常数K与温度无关。
7.1 热分析定义及其发展
一、热分析定义
热分析是在规定的气氛中测量样品的性质随时 间或温度的变化，并且样品的温度是程序控制的一 类技术（1977年国际热分析协会）。
测量样品：试样本身或其反应产物，包括中间 产物。
定义反映三个方面的内容：1、程序控温，一般 采用线性程序，也可能是温度的对数或倒数；2、选 一种观测的物理量；3、测量物理量随温度的变化。
• 参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不 发生任何热效应的物质，如-Al2O3、MgO等。
材料研究与测试方法--热分析
（3）差热系统
由均热板、试样坩埚、热电偶组成。
均热板：根据分析的使用温度，考虑热传导性和耐高 温性能，采用不同材料。
使用T<1300℃ 金属镍；T>1300℃刚玉 坩埚：承载试样的容器，石英、刚玉、镍、铂、钨等。 热电偶：兼具测温及传输温差电动势的功能，其精确
度直接影响差热分析的结果。 低温测量 铜－糠铜 使用T<400℃ 中温测量 镍铬－镍铝 T=1100℃ 高温测量 铂－铂铑 T=1300℃ T=1600℃
1.3 差热曲线的判读
目的：对DTA的结果作出合理的解释。 正确判读曲线应做到： ① 明确试样加热（冷却）过程中产生的热
效应与曲线形态的对应关系； ② 明确曲线形态与试样本征热特性的对应
关系； ③ 排除外界因素对曲线形态的影响。
（1）DTA曲线的特征
样品温度Ts 参比物温度TT 温度差ΔT＝Ts－TT
基本原理
2.2 差示扫描量热仪
差示扫描量热仪
2.3 DSC曲线
dH/dt－热流率，样品吸、放热的速率， mJ/s ；
1891年，英国人使用示差热电偶和参比物，记录 样品与参照物间存在的温度差，发明了DTA技术的 原始模型.。
1915年，日本人研制出热天平，开创了TG技术。 1940-1960年，热分析向自动化、定量化、微型化
发展。 1964年，美国人发明了DSC, Perkin-Elmer公司率
先研制了DSC-1型示差扫描量热仪。
热分析
Thermal Analysis
概述
热分析可以解释为以热进行分析的一种 方法。
根据物质的温度变化所引起的性能变化 来确定状态变化的方法统称为热分析。
热分析是指在程序控制温度的条件下， 测量物质的物理性质随温度变化的函数 关系的技术。
材料测试与研究方法 第七章 差热分析法PPT课件
Cs[Tc Ta ] K
[T
a
Ta ]dt
(6 10)
由于差热曲线从反应终 点c返回到基线的积分
表达式可表示为 :
Cs[Tc Ta ] K c [T Ta ]dt
(6 11)
c
H
K
[T
a
Ta ]dt K
c
[T
Ta ]dt
K a [T Ta ]dt KS
(6 12)
S：差热曲线和基线之间的面积
量 不 同 （ Cs≠CR ） 它 们 对 Tw 的 温 度 滞 后 并不同（热容大的滞后时间长），这样
试样和参比物之间产生温差△T。当它们 的热容量差被热传导自动补偿以后，试
样和参比物才按照程序升温速度φ升温。
此时△T成为定值△Ta，从而形成了差热 曲线的基线。
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o-a之间是DTA基线形成过程
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16
(二) 在反应终点C，
dH 0 dt
CSd dTtKTTa
lnTcTaCKS t
TcexpC K StTa (69)
✓ 反应终点C以后，ΔT将按指数函数衰减直至
ΔTa（基线）
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18
(三) 将（6-7）式积分整理后得到
c
H
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11
此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ T C RK C S 1ex p c K st
(61 )
当t足够大时，可得基线的位置:
TaC RK C S
(62)
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