2.1.2. Термодилатометрия
Дилатометрия (от лат. djlato — расширяю и греч. metreo — измеряю) — раздел физики и измерительной техники, изучающий зависимость изменения размеров тела от температуры, давления, электрических и магнитных полей, ионизирующих излучений и т.д., в частности термодилатометрия – от воздействия температуры.
Термодилатометрические. исследования основаны на определении теплового расширения тел и его различных аномалий (при фазовых переходах и др.) приборами — дилатометрами — имеющими различные принципы действия.
Так в оптико-механических дилатометрах (чувствительность ~10P-3P м) изменение размеров тела приводит, например, к повороту зеркала или стрелки, а линейное расширение измеряется по смещению светового зайчика, отраженного от зеркала или по шкале.
В ёмкостных дилатометрах (чувствительность ~10P-6P м) изменение размеров образца изменяет ёмкость электрического конденсатора, который служит датчиком.
В индукционных дилатометрах (чувствительность ~10P-7P м) при изменении размеров образца изменяется взаимное расположении двух катушек индуктивности и, следовательно, их взаимная индуктивность.
В интерференционных дилатометрах (чувствительность ~10P-8P м) исследуемый образец помещён между зеркалами интерферометра, и при изменении расстояния между ними интерференционные полосы сдвигаются.
В радиорезонансных дилатометрах (чувствительность ~ 10P-9P м) датчиком служит объёмный резонатор, стенки которого изготовлены из исследуемого материала, а об изменениях размера резонатора судят со изменению его резонансной частоты.
Установка для термодилатометрии состоит из дилатометра и печи , в которую помещают образец, а также приборов, регистрирующих температуру и управляющих нагревом (c микропроцессором).
Рисунок 2.2. Кривые ТД и ДТД композита
Возможны также как и при термогравиметрии, два способа проведения термодилатометрии: изотермический (при постоянной температуре печи) и динамический - при изменении температуры печи во времени (обычно при постоянной скорости нагрева).
В результате получают кривые зависимости изменения размера ℓ образца - термодилатационная кривая (ТД) и скорости его изменения ℓ -дифференциальная термодилатационная кривая (ДТД) от времени и от температуры (рис.2.2).
2.1.3. Дифференциальный термический анализ
Дифференциальный термический анализ (ДТА), который предложил в 1891 г. В.Робертс-Остен, является методом исследования физико-химических процессов, основанным на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях изменения температуры.
Поскольку изменение энтальпии ∆H происходит в результате большинства физико-химических процессов и химических реакций, теоретически метод применим к очень большому числу систем.
Установка для ДТА включает печь, держатели для образца и эталона, термопары (с самописцами), измеряющими температуры печи и образцов. Для записи кривых в координатах температура-время используют фоторегистрирующие пирометры и автоматические потенциометры (установки последних лет оборудованы микропроцессорами и контроллерами).
Метод ДТА, в котором регистрируют во времени изменение разности температур ∆T между исследуемым образцом и образцом сравнения (чаще всего в роли эталона - АlB2BОB3B), не претерпевающим в данном интервале температур никаких превращений. Большинство превращений сопровождается эндотермическими эффектами; экзотермичны лишь некоторые процессы окисления-восстановления и структурного превращения.
Минимумы на кривой ДТА (рис.2.3) соответствуют эндотермическим процессам, а максимумы - экзотермическим. Эффекты, регистрируемые в ДТА, могут быть обусловлены плавлением, изменением кристаллической структуры, разрушением кристаллической решетки, испарением, кипением, возгонкой, а также многими химическими процессами (диссоциация, разложение, дегидратация, и др.).
Рисунок 2.3. Кривая ДТА соединения НоВаB2BСuB3BОB6,85B.
Обычно данные ДТА используют в сочетании с результатами термогравиметрическими и масс-спектрометрическими методами ТА. Это позволяет, например, изучать явления переохлаждения, образование мета-стабильных фаз (в т. ч. короткоживущих), делать выводы об обратимости фазовых превращений. Математические соотношения между площадью пика на кривой ДТА и параметрами прибора и образца позволяют определять теплоту превращения, энергию активации фазового перехода, некоторые кинетические константы, проводить полуколичественный анализ смесей (если известны ∆H соответствующих реакций).