热分析技术及其应用.ppt

1、热分析技术及其应用,汇报人:谢红顶 2011、12、15,热分析 thermal analysis,什么是 热分析？,热分析的主要方法,热分析的仪器,热分析的应用,简介,热分析这一名称最早由德国的Tammen1905年提出 国际热分析协会(International Confederation for Thermal Analysis-ICTA) 曾于1977年对热分析技术下了如下定义： 热分析是在程序温度控制下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术 。热分析法的核心就是研究物质在受热或冷却时产生的物理和化学的变迁速率和温度以及所涉及的能量和质量变化。,Company Logo,Company

2、 Logo,热分析分为9类17种：,Company Logo,Company Logo,常用的四种热分析方法：,1）热重测量法：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）热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质在可忽略的负荷下的尺寸随温度变化的一种技术。 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。,Company Logo,热分析技术的应用：,1.在金属合金的研究中用于：相图的绘制，金属合金的热力学参数的测定，合金脱溶沉淀过程的研究，金属合金及亚稳态合

3、金的研究等； 2.热分析在矿物研究中用于：矿物鉴定，矿物类质同象的研究，矿物成因的研究，可燃矿物燃烧特性的研究，确定矿物中水的存在形式等； 3.热分析在高聚物研究中用于：高聚物玻璃化转变与结晶-熔融转变的研究，高聚物的热氧化、热裂解与热交联的研究，橡胶硫化研究等；,Company Logo,4.热分析在生命科学中的应用：脂及生物膜热致相变的研究，生物大分子的热容的研究等； 5.热分析在材料科学中的应用：材料的热稳定性的研究，材料的热膨胀、收缩、拉伸、剪切、扭曲的研究；含能材料的热反应性的研究等； 6.热分析在催化研究中的应用：确定催化剂的组成，催化剂的活性评价，选择制备条件，多相催化剂反应动力

4、学研究等； 7.热分析在药学研究和生产中的应用：考察药物和辅料的脱水过程，药物制剂的分析，药物配伍禁忌的研究，固体药物稳定性的预测等。 8.热分析对各种反应的测定：热稳定性的测定；固体催化剂的评价；木材热分析；含能材料、煤的热分析；矿物定量与类质同象的热重测定；与反应有关的其它测定。 9.物质特性参数的测定：热力学参数的测定；纯度的测定；孔度的量热测定。,Company Logo,铸造生产是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械制造工业的重要基础，在国民经济中占着相当重要的位置，在机械产品中，铸件占整机重量的比例较高 铸件质量直接影响整机的质量和性能机械工业和国民经济各部门要求铸造生产向优质、

5、精化、高性能、多品种、低消耗、低成本和低污染的方向发展。,热分析在金属凝固方面的应用:,Company Logo,热分析在金属凝固方面的应用:,在铸造生产中进行化学成分的检验是必要的，也是最基本的检验项目。铸件化学成分的检验方法有：化学分析法、光谱分析法、热分析等。传统的检验方法，如光谱分析法、化学分析法等，分析精度高，能分析元素的种类和含量范围很宽，但麻烦、费时，快速光谱分析虽然准确(分析精度略微低于化学分析法)，但设备价格昂贵不能满足铸造生产优化控制的需要，在炉前使用受到限制，因此寻求快速、简便的炉前铁水质量检测与控制的方法，并研制与之配套的价格低廉的分析仪器，对于提高铸件质量和劳动生产率

6、具有重意义。 热分析冷却曲线被喻为“冶金质量的指纹”,Company Logo,冷却曲线热分析原理：,铸铁热分析的基本原理是，铸铁在冷却过程 中(凝固和固态相变)，随着热量的释放和吸收， 会产生冷却曲线，根据冷却曲线临界点的温度与 铸铁成分、相组成等之间的关系间接判断铸铁成 分、组织和力学性能。,Company Logo,加热时的熔化、冷却时的结晶、同素异构转变、固态中过剩相熔解或析出等，都伴随有热量的释放或吸收，从而使得因加热而温度上升或因冷却而温度下降时，温度变化的连续性受到破坏并显示出温度特征值，在加热或冷却曲线上形成“拐点”或“平台”,Company Logo,凝固温度曲线与相图示意图

7、,凝固温度曲线的第一个平台是铁水降温到液相线时，生成的固体相释放结晶潜热，维持样杯散热产生的恒温平台。我们将这个平台温度称做：初晶温度(TL)。齄后铁水进行的是选择结晶过程，选择结晶中释放的结晶潜热不足以维持样杯的散热，温度曲线呈缓慢下降的趋势。选择结晶剩余的铁水到达共晶成份时，开始共晶凝固。剩余铁水在共晶凝固中释放出大量的结晶潜热直至全部铁水完全凝固，维持了一个更长的的恒温平台。我们称这个温度平台为：共晶温度(TE)。,Company Logo,铸铁中液相线温度TL随化学成分碳、硅、磷的含量，即随碳当量CE的变化而变化，而与凝固模式无关，并且具有极近似的直线关系。因此可以建立数学模型为： C

8、E=A+BTL 可以通过大量的测试试验，利用数理回归法即可确定A和B的数值，从而由特征值TL可求得CE。,CE与TL的关系,Company Logo,通过测定铁水凝固的初晶温度TL可确定CE，但即使CE值相同，含碳量和含硅量也可不同，故需进行单个成分（碳或硅）的测定。,当铸铁中的碳量增加时，液相停歇点TL和共晶停歇点TE之间的距离T=TL-TE减小，当碳量达到共晶成分，最终T=0。显然，冷却曲线如能提供准确的T值，就能确定该成分铁水的含碳量，即通过TL和TE来定量计算含碳量和含硅量。,C、Si含量与TE、TL的关系,C%=A+BTL+CTE,Si%=A+BTE,Company Logo,根据曲线得出成分：,Company Logo,Company Logo,实验仪器与流程：,一次感受元件和二次仪表,Company Logo,样杯,Company Logo,总结：,热分析是将铁水中含有元素(包含气体元素)对形成铸铁组织作用的综合结果进行测量，换算出来的是铁水形成铸铁组织有效的活