复合材料测试方法第二章.ppt

复合材料测试方法,第二章 热分析,物　相　组　成,电子显微镜,X射线衍射分析,微区显微结构与成分,热　分　析,热分析是分析物质在加热过程中的变化，从而指导生产控制产品,,,,复合材料测试方法 第二章,,第二章 热分析,,,,复合材料测试方法 第二章,第一节 热分析概述 1.热分析简史 2.热分析定义 3.热分析方法 4.热分析仪器结构第二节 差热分析第三节 示差扫描量热法第四节 热重分析第五节 热分析在材料学中的应用,,,,复合材料测试方法 第二章,第一节 热分析概述 1.热分析简史,热分析起始于1887年，德国人H.Le.Chatelier用一个热电偶插入受热粘土试样中，测量粘土的热变化的热变化；1891年英国人Roberts和Austen改良了Chatelier的装置，首次采用示差热电偶记录试样与参比物间产生的温度差ΔT。

这即目前广泛应用的差热分析法的原始模型 1905年德国人Tamman首次提出了热分析“Thermal Analysis”一词复合材料测试方法 第二章,1915年日本人本多光太郎发明了热重分析仪而后，于1923年巴黎苏布纳(Sorbonne)大学的Maurice、Gaichard亦提出类似的设想把天平的一个称盘置于电炉内，用法码测定加热时试样质量的变化这种方法是手工操作，测定时间长，精度较低二战后，由于电子技术的普及，使热分析仪器摆脱了手工操作，实现了温控、记录等过程的自动化，从而使热分析得到广泛的发展 1964年Watson等人首先提出示差扫描量热计的概念，被P-E公司采用，并研制出DSC-1型示差扫描量热分析仪，使微量测定装置(＜10mg)得到普及近年来，随着热分析仪器微机处理系统的不断完善，使热分析仪获得数据的准确性进一次提高，从而加速了热分析技术的发展近百年来，热分析技术从手工到自动化，无论仪器灵敏度，还是其他性能都有极大提高商品化仪器每年都有新型问世，分析对象也由原来的粘土矿物扩展到金属材料、无机材料、高分子材料和生物材料。

国际于1968年成立热分析协会ICTA ( International Confederation for Thermal Analysis ) 中国于1978年成立了热力学热化学专门委员会，归属中国化学会复合材料测试方法 第二章,,,,,复合材料测试方法 第二章,2.热分析定义 热分析是在程序控制温度条件下测量物质的物理性质和化学变化与温度关系的一类技术 热分析是以热进行分析的一种测试方法，是根据物质的温度变化引起的性能变化来确定物质的状态即组成的方法（Thermal Analysis ) 热分析主要用于测量相分析材料在温度变化过程中的物理变化(晶型转变、相态变化和吸附等)和化学变化(脱水、分解、氧化和还原等)，通过这些变化的研究可以对材料的结构作出鉴定复合材料测试方法 第二章,3.热分析方法,⑴根据国际热分析协会的归纳，可将现有的热分析技术方法分为9类17种，见表。

这些热分析技术中热重分析、差热分析和示差扫描量热法得到广泛应用，因此本章将着重讨论这些热分析技术国际热分折协会确认的热分析技术,⑵ 热分析应用范围 ① 测量物质加热（冷却）过程中的物理性质参数，如质量、反应热、比热等； ② 由这些物理性质参数的变化，研究物质的成分、状态、结构和其它各种物理化学性质，评定材料的耐热性能，探索材料热稳定性与结构的关系，研究新材料、新工艺等　　具体的研究内容有：熔化、凝固、升华、蒸发、吸附、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、热膨胀系数测定等复合材料测试方法 第二章,,4.热分析仪器结构,,,,复合材料测试方法 第二章,与热分析技术方法相应的现代热分忻仪大致由五个部分组成： ①程序校温系统； ②测量系统； ③显示系统； ④气氛控制系统； ⑤操作控制和数据处理系统。

复合材料测试方法 第二章,程序控温系统由炉子和控温两部分组成，通常是以比例—积分—微分(PID)调节器通过可控硅触发器进行温度控制，控温方式有升温、降温、等温和循环等 测量系统是热分析的核心部分，测量物质的物理性质与温度无关 显示系统是把测量系统的电信号通过放大器进行放大并直接记录下来 气氛控制系统是由气氛控制、真空和加压三部分组成，其中气氛控制部分主要提供反应气氛或保护气氛 操作控制和数据处理系统主要通过与热分析仪联用的计算机进行，计算机不仅可有效地提高仪器控制的精度和自动化程度，而且还能提高实验数据的测试精度第二章 热分析,,,,复合材料测试方法 第二章,第一节 热分析概述第二节 差热分析 1.定义 2.原理 3.差热分析仪 4.差热分析曲线 5.影响因素 6.注意事项第三节 示差扫描量热法第四节 热重分析第五节 热分析在材料学中的应用,第二节差热分析,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。

差热分析法(Differencial 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1.定义,差热分析,复合材料测试方法 第二章,,2.原理,,,,复合材料测试方法 第二章,差热分析的基本原理，是把被测试样和一种中性物（参比物）置放在同样的热条件下，进行加热或冷却，在这个过程中，试样在某一特定温度下会发生物理化学反应引起热效应变化 ，即试样侧的温度在某一区间会变化，不跟随程序温度升高，而是有时高于或低于程序温度，而参比物一侧在整个加热过程中始终不发生热效应，它的温度一直跟随程序温度升高，这样，两侧就有一个温度差，然后利用某种方法把这温差记录下来，就得到了差热曲线，再针对这曲线进行分析研究。

DTA示意图 S：试样 UTC：有控温热电偶送出的信号R：参比物 UR：由试样的热电偶送出的信号E：电炉 UT：由示差热电偶送出的信号1：温度程序控制器；2：气氛控制器；3：差热放大器； 4：记录仪,,,,复合材料测试方法 第二章,复合材料测试方法 第二章,,,,复合材料测试方法 第二章,差热仪炉子供给的热量为Q 试样无热效应时： QS QR TS=TR ΔT=0 试样吸热效应时：(Q－g)S QR TS＜TR ΔT＜0 试样放热效应时：(Q＋g)S　QR TS＞TR ΔT＞0,在上面三种状态下其 EAB= f(ΔT)就有三个不同值，带动记录笔就可画出DTA曲线3差热分析仪,,,,复合材料测试方法 第一章,差热分析仪主要由加热炉、温差检测器、温度程序控制仪、信号放大器、量程控制器、记录仪和气氛控制设备等所组成。

DTA仪的基本结构,复合材料测试方法 第二章,,炉温的程序控制系统由两支热电偶进行测定，绝大多数DTA仪中两个接点分别与盛装试样和参比物的坩埚底部相接触由于热电偶的电动势与试样和参比物之间的温差成正比，温差电动势经微伏放大器和量程控制器放大后由X-Y记录仪记录下试样的温度(或时间t)，这样就可获得差热分析曲线即ΔT～T(t)曲线差热分析仪测量系统主要是温差检测器，处在加热炉中的试样和参比物在相同的条件下加热或冷却，,4.差热分析曲线,,,,复合材料测试方法 第二章,DTA曲线是指试样与参比物间的温差（ΔT）曲线和温度（T）曲线的总称在测定时所采用的参比物应是惰性材料，即在测定的条件下不产生任何热效应的材料，如α-Al2O3、石英等当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时，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， ΔT=0 ，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，另一支笔记录试样温度变化。

而当试样温度上升到某一温度发生热效应时，试样温度与参比物温度不再相等， ΔT≠0 ，差示热电偶有信号输出，这时就偏离基线而划出曲线出记让仪记录的ΔT随温度变化的曲线称为差热曲线复合材料测试方法 第二章,,差热分析曲线,吸热峰向下， 放热峰向上复合材料测试方法 第二章,在差热分析时，把试样(S)和参比物(R)分别放置于加热的金属块中，使它们处于相同的加热条件下，并作出如下假设： ①试样和参比物中的温度分布均匀，试样和试样容器的温度亦相等； ②试样和参比物(包括容器、温差电偶等)的热容Cs、C r不随温度变化； ③试样和参比物与金属块之间的热传递和温差成比例，比例常数（传热系数)K与温度无关复合材料测试方法 第二章,。