Изучение стеклообразования методом дта.

Возможность заметного переохлаждения способствует образованию стекла.

Интервал гистерезиса зависит не только от природы вещества, но и происходящих в нем структурных изменений (разрыв прочных химических связей, сопровождающихся заметным гистерезисом), но и от условий проведения эксперимента (скорость нагрева и охлаждение образца).

Часто гистерезис образцов наблюдается при охлаждении с высокой скоростью. При быстром охлаждении некоторые тепловые эффекты могут вообще не проявляться на кривых ДТА. В этих особых экспериментальных условиях, исследуемые в образцах процессы как бы становятся необратимыми.

Процесс стеклования. При нагревании кристаллического вещества (оксиды кремния SiO₂) в точке плавления, его пик эндотермический. При охлаждении процесс кристаллизации не идет, а получается переохлажденная жидкость. С понижением температуры, вязкость переохлажденной жидкости возрастает, до образования стекла. Следовательно, кристаллизация кристаллизация как бы подавляется. Другими словами, в этом случае гистерезис настолько велик, что кристаллизация не происходит. В случае SiO₂ расплав очень вязкий даже выше T_пл = 1700⁰С и кристаллизация идет весьма медленно и при низких скоростях охлаждения.

Некоторые особые области применения дта.

Стекла. Метод ДТА имеет важное значение при определении температуры стеклования T_g в этих системах. Как показано на рис, процесс стеклообразования проявляется на кривых ДТА не в виде отчетливого пика, а в виде широкого размытого отклонения от базовой линии. T_g отвечает температуре при которой стекло переходит из состояния упругого тела в переохлажденную вязкую жидкость. Температура стеклования является важной характеристикой стекла, так как это – верхняя температурная граница практического использования данного материала. Температура T_g легко определяется методом ДТА.

Поскольку стекло представляет собой замороженную и кинетически устойчивую фазу, при исследовании таких объектов как кварцевое стекло, на кривых ДТА можно обнаружить единственный тепловой эффект, отвечающий процессу стеклообразования; кристаллизация практически не идет. (кривая 1 рис.).

В некоторых других стеклообразных системах при температуре выше T_g, но ниже T_f начинается кристаллизация стекла (расстекловывание). Процессу расстеклования отвечает экзотермический эффект на кривой ДТА, за которым следует эндотермический пик при более высокой температуре (плавление образовавшихся кристаллов) (кривая 2).

Металлические стекла являются материалами, характеризующимися процессами расстекловывания, которые получают в виде тонких пленок в некоторых металлических системах путем быстрой закалки.

Полиморфные превращения и контроль свойств.

Температуры фазовых переходов весьма существенно зависят от состава твердого раствора, и следовательно метод ДТА может служить чувствительным инструментом для изучения свойств материала и его состава.

Изучение свойств матеиалов. Метод ДТА позволяет выявить различия веществами в группе материалов. В ряде случаев он также может применяться для определения чистоты вещества. В качестве наглядного примера можно привести пример    превращения в железе Fe, весьма чувствительного к содержанию примесей. При добавлении 0,02 масс. % С, температура этого превращения понижается от 910 до 723 ⁰С. наличие примесей часто влияет на значение температуры плавления вещества, особенно если примесь образует с веществом низкотемпературную эвтектику.

Построение фазовых диаграмм. В сочетании с рентгенофазовым анализом, ДТА – мощный инструмент при построении фазовых диаграмм. На рис. б показаны тепловые эффекты на кривых ДТА двух образцов системы с простой эвтектикой (составы на рис. а)

При нагревании состава образца А, плавление начинается при температуре T_2, что сопровождается эндотермическим эффектом. Этот эффект накладывается на другой эндоэффект более размытый, который наблюдается в области температур T₁ и относится к плавлению охватывающему интервал температур Т₂ – Т_1.

При исследовании методом ДТА можно оценивать температуру солидуса Т₂ и температуру ликвидуса Т₁. Состав В отвечает эвтектическрму составу. При нагреве плавление начинается и заканчивается при одной и той же температуре эвтектики Т₂.

Если сравнивать кривые ДТА образцов, представляющих собой гетерогенные смеси X + Y, то на всех кривых можно обнаружить эндотермические эффекты при T₂, причем величина эффекта зависит от того, какая часть образца плавится при этой температуре, т.е. от того, насколько близок состав образца к центру эвтектики. Кроме того на ДТА наблюдается размытый эндотермический эффект при некоторой температуре выше T₂ (кроме состава В), обусловленный окончанием плавления образца при температуре ликвидуса. Температура этого пика меняется с составом образца.

Полиморфные фазовые превращения в субсолидусной части диаграммы состояния могут быть обнаружены методом ДТА в силу того, что при образовании твердого раствора температура фазового перехода зависит от состава.

Кинетика. При изучении реакций протекающих при постоянной температуре (Т = const), ТГА позволяет определить механизм реакции разложения и ее энергию активации.