Термический анализ.

Под термином “термический анализ” понимают изменение физических или химических свойств материалов в зависимости от температуры.

Основными разновидностями термического анализа являются термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциальный термический анализ (ДТА). В рамках первого осуществляется автоматическая регистрация изменения массы образца в зависимости от температуры или времени. В методе ДТА измеряют разницу температур T исследуемого материала и эталона.

Термогравиметрический анализ (тга).

Термогравиметрия – метод основанный на изменении массы вещества в зависимости от температуры или времени.

Образец массой w_i нагревается с постоянной скоростью (1 – 20 ⁰C/мин) до температуры T_i при которой начинается разложение, масса образца постоянна. В условиях реального эксперимента процесс разложения протекает в интервале температур T_i - T_f. Выше T_f кривая потери массы горизонтальна и параллельна линии температуры. Величины w_i, w_g, w – основные экспериментальные характеристики, которые используются для количественных расчетов изменения состава системы. Влияние окружающей среды может быть существенным.

Дифференциально – термический анализ (дта).

ДТА основан на сравнении температуры образца с температурой эталлона в процессе запрограммированного измерения температуры. Температуры исследуемого образца и эталона должны быть одинаковыми до начала фазовых превращений, таких как плавление, разложение или изменение кристаллической структуры, происходящее в образце. В течение этих процессов температура либо отстает (эндотермический процесс), либо опережает (экзотермический процесс) температуру эталона.

На рис. показаны два способа регистрации результатов термического анализа

Если образец нагревается с постоянной скоростью (рис. а) и его T_sизменяется непрерывно, то зависимость температуры (рис. б) от времени линейна до начала эндотермического эффекта (до точки плавления T_s). Далее вплоть до завершения плавления температура остается постоянной. Термический эффект проявляется в виде горизонтального участка (отклонения от основной наклонной линии). На рис. в приведена схема установки используемой в дифференциально-термическом анализе (ДТА).

Пока температуры эталона и образца одинаковы, их термо-ЭДС дифференциальной термопары равны 0. При возникновении процессов с изменением температуры T (сопровождается тепловыми эффектами) возникает некоторая разность температур T между образцом и эталоном, которая регистрируется в виде нулевой величины. Когда в изучаемом объекте начинаются процессы, сопровождающиеся тепловыми эффектами, возникает разность температур T между образцом и эталоном, которая регистрируется в виде ненулевой величины ЭДС дифференциальной термопары. Обычно используется и третья термопара, которая измеряет температуру нагревания блока. В результате получают зависимость T от температуры (рис. г). На горизонтальной линии (базовой) при T=0, заметен острый пик, связанный с тепловым эффектом в исследуемом образце. Температуру этого теплового эффекта принимают либо T₁ (температура начала отклонения от нулевой линии) либо T₂ (температура максимального отклонения от базовой линии). Температуру теплового эффекта выражают через T₂. Аппаратурно величину пика на зависимости T=f(T) можно значительно усилить, что дает возможность усилить любой минимальный тепловой эффект.

Приборы ДТА. Интервал рабочих температур 190 – 1600⁰С. образец берется в небольшом количестве (несколько миллиграммов) что дает возможность ликвидировать температурный градиент во всем образце. Скорость нагрева 1- 50 ⁰С/мин. При меньших скоростях чувствительность метода уменьшается, т.к. в некоторых случаях T уменьшается с понижением скорости нагрева.