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文本内容:
实验3TG-DTA法测定材料熔点实验学时数学时3每组核定人数人5适用专业金属材料工程、焊接等本科专业
一、实验目的热分析()是在控制程序温度下,测量物质(或其反应生成物)的物理性质与温thermal analysis度(或时问)的关系的一类技术热分析法的技术基础在于通过加热或者冷却过程中,随着其物理状态或化学状态的变化,通常伴有相应的热力学性质(如热烯、比热、导热系数等)或其他性质(如质量、力学性质、电阻等)的变化,因而通过对某些性质(参数)的测定可以分析研究物质的物理变化或化学变化过程在主要的热分析法当中,具有代表性的主要有三种方法差热分析法()、差DTA示扫描量热法()和热重法()这几种方法的主要应用范围如表所示本次实验的目的如DSC TG1下掌握热分析仪的种类、原理以及使用方法;
1.掌握差热分析的参数的选择以及测试过程的注意事项;
2.测试后数据的分析
3.表典型的热分析法及其测定的物理化学参数1热分析法定义测量参数温度范围/C应用范围是在程序控制温度下测定物质熔化及结晶转变,二级转变、氧化差热分析法(DTA)和参比物之间的温度差和温度关温度20〜1600还原反应、裂解反应等的分析研究,系的一种技术主要用于定性分析在程序控制温度下•测盘升温、与DTA大致相同,适合测量多种弟示打描属热法降温、恒温过程中吸收或者放出能热量-170-725热力学和动力学参数(如比热、反应(DSC)量的方法热、转变热、反应速度等)熔点、沸点测定,热分解分析与脱在程序控制温度下测量获得物热量法(TG)质量20〜1000水量测定•生成挥发性物质的固相反质的质量与温度关系的一种技术应分析,固体和气体反应分析用于科学研究,产品研发,质量控制等各个领域,适用于无机材料Diamond TG/DTA(如陶瓷、合金、矿物、建材等)有机高分子材料(如塑料、橡胶、涂料、油脂等),食品,药物及催化反应和各种固液态试样,可以获得以下重要信息组份分析、热稳定性、添加剂含量、分解温度、分解动力学、脱酸、脱水、氧化还原反应、非均匀相催化反应、氧化诱导期、熔点、反应热、与红外、质谱联用,对逸出气体进行定性、定量分析
二、实验内容及基本原理⑴差热分析()的原理DTA差热分析是在程序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,差热分析装置称为差热分析仪,图为差热分析仪结构示意图2如图所示,将样品和参比物同时进行升温,当样品没有发生化学变化时,样品温度和参比2Ts物的温度相同,温差无热效应发生,温差电势等于当试样在某一温度下发生物理Tr AT=Ts-Tr=O,0或化学变化,则会放出或吸收一定的热量,此时温差热电势就会偏离基线,出现差热峰试验中AT将温差热电势讯号经过放大后送入记录仪中,得到横坐标为温度或时间、纵坐标为试样与参比T物的温差的差热分析曲线△表示没有热效应产生,此时记录的曲线为一直线,称为基线T=0DTA如果样品有热效应产生,则记录的差热峰反映样品的放热、吸热过程典型的曲线如图所示DTA3图差热分析仪结构示意图2参比物;样品;加热块;加热器;加热块电偶;冰冷连接;温度程控;参比热电偶;样品热电偶;123456789放大器;记录仪1011x-y图典型的△的曲线3T-T DTA从图上得到的差热峰的数目、高度、位置、对称性以及峰的面积可以反映样品的性质其DTA中差热峰的数量表示物质发生物理化学变化的次数,峰的大小和方向代表热效应的大小和正负,差热峰对应温度表示物质发生变化的转化温度由于相同的测定条件下许多物质的热谱图具有特征性,因此可通过与已知的热谱图的比较进行样品种类的鉴别曲线的峰形、出峰位置和峰面积受多种因DTA素影响,有的因素比较难控制,因此,采用进行定量分析比较困难,误差较大,定量难以准确DTA差热分析中需要注意以下主要因素
①气氛和压力的选择气氛和压力可以影响样品化学反应和物理变化的平衡温度、峰形因此,必须根据样品的性质选择适当的气氛和压力,有的样品易氧化,可以通入、等惰性气体
②升温速率的影响和选择升温速率不仅影响峰温的位置,而且影响峰面N2Ne积的大小,一般来说,在较快的升温速率下峰面积变大,峰变尖锐但是快的升温速率使试样分解偏离平衡条件的程度也大,因而易使基线漂移更主要的是可能导致相邻两个峰重叠,分辨力下降较慢的升温速率,基线漂移小,使体系接近平衡条件,得到宽而浅的峰,也能使相邻两峰更好地分离,因而分辨力高但测定时间长,需要仪器的灵敏度高一般情况下选择8c・min/〜12℃・minL
③试样的预处理及用量试样用量大,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100〜200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
④参比物的选择要获得平稳的基线,参比物的选择很重要要求参比物在加热或冷却过程中不发生任何变化,在整个升温过程中参比物的比热、导热系数、粒度尽可能与试样一致或相近常用三氧化二铝或燃烧过的氧化镁或石英砂作参比物如分析试样为金属,也可a-AI2O3MgO以用金属银粉作参比物如果试样与参比物的热性质相差很远,则可用稀释试样的方法解决,主要是减少反应剧烈程度;如果试样加热过程中有气体产生时,可以减少气体大量出现,以免使试样冲出选择的稀释剂不能与试样有任何化学反应或催化反应,常用的稀释剂有、铁粉、>玻璃珠SiC FeO o23等不同条件的选择都会影响差热曲线,除上述外还有许多因素,诸如样品管的材料、大小和形ALO状、热电偶的材质以及热电偶插在试样和参比物中的位置等
三、实验用仪器与药品U!、实验方法与步骤热分析的设备等,待测金属材料,酒精,镒子,电子天平,珀期DTA/TG,DSC A1203材料热分析试验过程DTA
①制样除气体外,固态液态或黏稠状样品都可以用于测定装样的原则是尽可能使样品均匀、密实分布在样品皿内,以提高传热效率,填充密度,减少试样与皿之间的热阻,因此要把较大样品剪切成薄片或小粒,并尽量铺平一般使用的是铝皿,分成盖与皿两部分,样品放在其中间,用专用卷边压制器冲压而成挥发性液体不能用普通试样皿,要采用耐压密封皿聚合物样品一般使用铝皿,使用温度应低于℃否则铝会变形当温度超过时,可用金、500,500C铝、石墨、氧化铝皿等,但要注意,柏皿与熔化的金属会形成合金,也易被、、、、等P AsS CI2Br2侵蚀常用经高温焙烧的(作参比物,由于与聚合物的比热容和热导率相差较大,DTA X-AI2O3AI2O3近来有人采用硅氧烷、间苯二酸,甚至用聚四氟乙烯等作参比,用参比物的原则是热惰性、热容量和热导率以及重量应与试样匹配
②基线、温度和热量的校正仪器在刚开始使用或经过一段时间使用后都需进行这三项校正,以保证谱图数据的准确性基线校正是在所测温度范围内,当样品池和参比池都未放任何东西时,进行温度扫描,得到的谱图应当是一条直线,如果有曲率或斜率甚至出现小吸热或放热峰,则需要进行仪器的调整加以修正和炉子的清洗,使基线平直,否则仪器不能进行测试温度和能量校正,需采用标准纯物质来校正,某些纯物质的熔点和熔融热如下式所示,由于峰面积与热量△成正比A1△H=kA/m式中,为样品质量;为仪器常数m k
五、实验准备及预习要求实验内容查阅相关文献,了解实验基本原理
1.实验报告前半部分实验目的、实验原理等
2.
六、实验注意事项.操作设备时严格按照操作规程,并在教师指导下完成1实验完毕后清理场地,并保持实验室卫生及实验器材摆放整齐
2.
七、思考题.热分析的设备有哪些?1差热分析仪参数如何选择以及相应的注意事项
2.
八、实验报告内容及格式实验目的
1.实验原理
2.实验方法
3.实验材料与设备
4.实验结果及数据分析
5.实践意义与理论价值分析
6.。