实验九综合热分析
一、目的要求
1、学习综合热分析的仪器装置及实验技术。
2、掌握综合热分析的特点及分析方法。
二、基本原理与方法
综合热分析是指几种单一的热分析法相互结合成多元的热分析法。也就是将各种单功能的热分析仪相互组合在一起变成多功能的综合热分析仪。如差热（DTA）－热重（TG）、差示扫描（DSC）－热重（TG）、差热（DTA）－热重（TG）－微商热重（DTG）、差热（DTA）－热机械分析（TMA）等等。这种多功能综合热分析的特点是在完全相同的实验条件下，也就是在一次实验中可同时获得样品的各种热变化信息。
因此，综合热分析具有极大的优越性而被广泛采用。在无机非金属材料中，综合热分析技术使用得最多的是DTA－TG。
由综合热分析的基本原理可知，综合热分析曲线就是各单功能热分析曲线测绘在同一张记录纸上。因此，综合热分析曲线上的每一单一曲线的分析与解释与单功能仪器所作曲线完全一样，各种单功能标准曲线都可作为综合热分析曲线的标准，分析解释时可作参考。另外，在解释综合热分析曲线时，下面一些基本规律值得注意：
（1）有吸热效应，伴有失重时，为脱水或分解过程，有放热效应伴有增重时，为氧化过程。
（2）有吸热效应，无质量变化时为多晶转变过程，有吸热并伴有胀缩时也可能是多晶转变过程。
（3）有放热效应，伴有收缩现象，表示有新物质形成。
例如图9－1示出了某种粘土的综合热分析曲线，它包括加热曲线、差热曲线、失重曲线和收缩曲线。根据DTA曲线可知，该粘土的主要峰形与高岭土相符，其矿物组成应以高岭土（Al2O3、2SiO2·2H2O）为主。DTA曲线上两个显著的吸热峰，第一个吸热峰从200℃以下开始发生至260℃达峰值，TG曲线上对应着这一过程的质量损失达3.7%，而收缩曲线表明这一过程体积变化不大，所以这一吸热峰对应的是高岭土失去层间吸附水的过程。第二吸热峰从540℃开始至640℃达峰值，这一过程对应质量损失10.31%，而体积收缩1.4%。DTA曲线上强烈的吸热效应相当于高岭土晶格中氢氧根脱出或结晶水排除，致使晶格破坏，偏高岭土（Al2O3·SiO2）中的Al2O3和SiO2转变成无定形。当温度升高至1000℃左右，无定形Al2O3结晶成γ- Al2O3和部分微晶莫来石，使DTA曲线上出现强烈的放热效应，此时质量无显著变化，体积却显著收缩，收缩率从3.19%变成8.67%。加热到1240℃，DTA曲线上又出现一放热峰，同时
体积从9.86%迅速收缩到14.4%，这显然又是一个结晶相的出现，据研究系非晶质SiO2与γ- Al2O3化合成莫来石3 Al2O3·2SiO2结晶所致。
图9－1 某粘土的综合热分析曲线
1－加热曲线；2－差热曲线；3－失重曲线；4－收缩曲线
图9－2所示出了以煤矸石、石灰为主要原料的煤矸石水泥水化产物的DTA－TG－DTG综合热曲线。图中DTA曲线上100～300℃间的多处微小吸热峰对应TG曲线略有倾斜，DTG曲线多处小峰起伏，表明水化产物中少量水化硫铝酸钙和水化铝酸钙脱水。DTA曲线上480℃处的吸热峰对应TG曲线上2.417%的失重、DTG曲线明显向上的峰形表明水化物中Ca（OH）2的脱水失重明显，效应集中。DTA曲线上600℃以后有吸热效应至770℃有最明显的吸热，对应TG曲线有11.03%的质量损失，DTG曲线有宽而大的峰形，表明水化物中碳酸钙的分解及CSH凝胶的脱水，水化物中碳酸钙分解峰之大、失重之多表明该水化物已在空气中碳化。
三、实验方法
综合热分析的实验方法就是各种单功能热分析实验方法的综合，它包括仪器校正，试样准备，实验条件选择和样品测量等。
1、综合热分析仪的仪器校正
通常有基线校核、质量校核、温度校核和热量校核。
图9－2 煤矸石水泥水化产物的综合热谱
基线校核采用空白试验，即用空坩埚或参比物加热测量基线的漂移情况，当使用DTA-TG 样品杆测试DTA －TG 基线时，根据空白基线结果分析调整电炉定位螺丝和“斜率调整”旋钮，使TG 基线漂移量小于2.5div/10mg ，DTA 漂移量小于25div/100μV 。当使用DSC-TG 样品杆测试DSC-TG 基线时，同样根据基线的漂移情况调整“斜率”，使TG 基线漂移量小于4div/10mg ，DSC 基线漂移量小于15div/50mg/s 。
质量的准确度通常采用标准物质CaC 2O 4·H 2O 的分解失重来校核。
%331.12242c 200~100242理论失重率↑+???→???O H O CaC O H O CaC
400500243c CaC O CaCO CO ?????→+↑～ 理论失重率19.170%
60080032c CaCO CaO CO ?????→+↑～ 理论失重率31.119%
上述分解失重误差一般不应超过±5%。
温度校核通常采用In 、SiO 2和SrCO 3等标准物质在适当的条件下测试DTA-TG 曲线，将测试温度与标准温度比较得出温度测量的误差范围、一般温度测量误差不应超过±5℃。
热量校核通常采用苯甲酸、Zn 等标准物质在适当条件下测试DSC-TG 曲线，由DSC 峰谷面积计算出热量与标准热量比较得出热量测量的误差范围，一般热量测量误差不应超过±5%。
2、综合热分析的试样准备与实验条件
试样准备及实验条件与单功能的热分析DTA 、DSC 及TG 类似。试样宜过200～300目的筛，用量10mg 左右。升温速度不宜太快，慢速升温能使相邻
峰谷分开，一般以5～10℃/min 为宜。走纸速度快些可增加TG 曲线的阶梯而提高分辨率。试样在加热过程中的氧化或还原会影响试样的质量变化，因而综合热分析宜用惰性气体。
3、综合热分析的样品测量
仪器校正和试样准备好后，就可开始样品测量。样品测量的方法和基本步骤，见差热分析。
四、实验内容和数据处理
1、试验室有各种含水矿物和其它矿物，选择其中一种，测试它的DAT －TG 曲线或DSC －TG 曲线，记录测试时的所有试验，如试样名称、颜色、参比物、气氛、量程、纸速、升温速度、满标温度、满标质量及室温、湿度等。
2、DTA －TG 或DSC －TG 曲线上的温度和失重百分率
综合热分析曲线上温度的标注可根据满标温度和升温曲线的对应关系来标注。具体标注方法参阅“差热分析”实验。
TG 曲线上失重百分率的标注是根据TG 曲线的位置与满标质量的关系来定的。例如记录纸100个小格，若满标10mg ，则每小格0.1mg ，根据TG 位置离零线的距离知样品的初始质量W 0和瞬时质量W ，初始质量W 0与瞬时质量W 之差即为失重△W 。失重量与初始质量之比即为失重百分率。
%1000
0?-=W W W 失重百分率 3、根据DSC －TG 综合热分析曲线DSC 峰谷的大小计算反应热量。峰谷面积的处理，与反应热量的对应关系及具体计算方法参阅“差示扫描量热分析”实验。
4、根据峰谷的性质和温度解释峰谷产生的原因，并根据失重百分率计算矿物的含量。
五、思考题
比较综合热分析DSC －TG 或DTA －TG 与单功能DTA 、DSC 、TG 的优缺点。
实验十 热分析应用
一、目的要求
1、学习热分析应用方法。
2、掌握热分析谱图的处理方法及具体应用。
二、实验内容及方法步骤
凡是在加热（或冷却）过程中，因物理化学变化而产生吸热或放热效应及重量变化（表现为失水、分解、氧化、还原、晶格结构的破坏或重建，相变化和晶型转变等）的物质，均可利用差热分析和热重分析加以鉴定分析。
在硅酸盐范围内，差热分析、热重分析已成为主要测试方法之一。对于水泥水化过程，原料的脱水和受热分析、固相反应机理、多晶转变、熔融以及结晶温度和烧结温度的确定等各方面的问题，都可应用差热分析、热重分析来进行研究。
（一）用差热分析法做相图
物质在加热或冷却过程中发生相变时，有潜热的释放或吸收。应用差热分析可以研究相变过程，测量相变温度。根据测定的相变温度，就可以绘制相图。
用差热分析法做相图的优点是，试样用量少，测定相变点温度的灵敏度高。但它也有不足之处，如果相变时间较长，相变温差太小，有过冷现象等，就会影响测试精度。可用其它方法相互弥补。
（二）研究矿物的热效应及对应的反应
硅酸盐类等矿物的热效应，也同样有吸热反应和放热反应两种。下面将举例分别说明引起这些热效应的原因，为进行热分析提供必要的基本资料。
1、吸热效应
产生吸热效应的原因可举例如下：
（1）矿物的脱水
矿物在加热过程中失去吸附水、结晶水和结构水时，均产生吸热效应。吸附水失去的温度大约为110℃。结晶水从晶格中逸出的温度一般为200～500℃或更高，并且具有阶段性。结构水与结构联系较紧密，它的逸出需要较高的温度，大约在500～900℃或更高。
图10－1 为天然二水石膏的差热曲线。80℃开始失水，在115℃处失去部分结晶水而产生吸热峰。
42422112122
CaSO H O CaSO H O H O ?→?+ 进一步完全脱水，在139℃处又发生吸热峰：
42421122CaSO H O CaSO H O ?→+ 图10－2为胆矾（CuSO 4·5H 2O ）的差热曲线。其脱水过程分段进行。 白色粉末浅蓝色天蓝色蓝色晶体44002410024302435CuSO O H CuSO O H CuSO O H CuSO C C C ??→????→????→?????
图10－1 二水石膏差热曲线 图10－2 胆矾差热曲线
图10－3为含有结构水的几种矿物的差热曲线。从图中可知滑石Mg 3[Si 4O 10]（OH ）2于930℃左右；蛇纹石Mg 6[Si 4O 10](OH)8于670℃左右；氢氧镁石Mg （OH ）2于400℃左右；氢氧钙石Ca （OH ）2于500℃左右；高岭土Al 2[Si 2O 5]（OH ）4于560℃左右失去结构水。
图10－4为硅酸盐水泥水化后的差热曲线（加热至600℃）。由图可见，在114℃、127℃、147℃和525℃处都出现吸热峰，它们分别为失去游离水、C-S-H 凝胶脱水、水化硫铝酸钙（3CaO ·Al 2O 3·3CaSO 4·31H 2O ）脱水和Ca （OH ）2脱水所产生的吸热峰。
（2）矿物的受热分解
碳酸盐、硫酸盐类矿物在加热过程由于放出CO 2、SO 3等气体而产生吸热效应（图10－5）。方解石（CaCO 3）大约在950℃1分解放出CO 2；白云石（CaMg[CO 3]2）则有两个吸热峰，第一个约在740℃分解为游离的MgO 和CaCO 3，第二个吸热峰在940℃左右是CaCO 3的分解，放出CO 2；菱镁矿（MgCO 3）的分解温度约680℃；菱铁矿（FeCO 3）于540℃左右分解放出CO 2；重晶石（BaSO 4）则于1150℃左右分解出SO 3。
1 由于试验条件的差别，各方面测定结果的数据不尽相同。其它矿物也可能有类似的情况。
图10－3 几种含结构水的矿物的差热曲线
图10－4 硅酸盐水泥水化后的差热曲线
图10－5几种碳酸盐和硫酸盐矿物的差热曲线
（3）晶型转变
有些矿物在加热过程中具有晶型转变而吸收热量，例如，石英在573℃处由β－石英转变为α－石英产生吸热效应，形成吸热峰（图10－6，I）。又如将γ－C2S加热在温度725℃和1420℃处出现两个吸热峰，它们分别为：γ－C3S→α′－C2S；α′－C2S→α－C2S
将β-C2S加热则670℃和1420℃处由于：
β－C3S→α′－C2S；α′－C2S→α－C2S；而产生两个吸热峰。
（4）由晶态转变为熔融态
例如在图10－7中，在高于1300℃的位置，由于玻璃态矿渣析晶后又熔融而产生了吸热峰。
图10－6 几种晶型转变的差热曲线
Ⅰ-石英；Ⅱ-γ-C2S；Ⅲ-β-C2S
图10－7 高炉矿渣差热曲线
2、放热效应
产生放热效应的原因，可举例如下：
（1）非晶态物质转变为结晶物质
例如图10－7中，在900℃左右的放热峰是由于玻璃态矿渣析晶的结果。
图10－8是经蒸养后的矿渣水泥试件的差热曲线。图中379℃处是凝胶结晶所产生的放热峰。而850℃处则是黄长石结晶的放热峰。
（2）熔融态转变为晶态
例如图10－7中熔融的高炉矿渣，当冷却时，在1300℃左右析晶产生放热峰。
（3）晶型转变
粘土矿物中常存在不同形态的氧化铁。例如纤铁矿是含水的Fe2O3，在加热脱水后先变为强磁性的γ－Fe2O3（图10－9约300℃处），然后再进一步的加热，于430℃转变为α－Fe2O3即赤铁矿，这一晶型转变引起放热效应。
图10－8 蒸养后矿渣水泥试件差热曲线
（4）矿物中含有变价元素
矿物中含有变价元素在高温情况下发生氧化，由低价元素变为高价元素而放出热量，在差热曲线上表现为放热峰。例如Fe2+变成Fe3+，在340～450℃之间伴随有放热效应
图10－9 铁矿的差热曲线图10－10 CSH（I）的差热曲线
此外，有些硅酸钙水化产物在加热时也会产生放热效应。例如，CSH（I）在830～860℃范围内会出现它的放热特征峰（图10－10）。
（三）水化速度的测定
各种熟料单矿物和水泥的水化速度，除了用结合水、水化热或水化浓度等方法来测定外，差热分析也是一种相当有效的方法。例如图10－11，I为C2S 水化三天后的差热曲线。图中138℃是水化硅酸钙的脱水吸热峰，696℃是CaCO3的分解吸热峰。Ⅱ则为C3S水化三天后的差热曲线。图中151℃是水化硅酸钙脱水峰，517℃是Ca（OH）2分解峰，757℃是CaCO3分解峰。比较两条曲线可知，C2S和C3S在水化三天后具有基本相同的水化产物。但在相同的水化时间里，C2S水化后的差热曲线上所出现的吸热峰极为微弱，而C3S水化后的差热曲线上则具有较宽和较深的吸热峰，而且水化后有较为明显的Ca （OH）2峰。这说明了C3S水化产物的数量远远大于C2S。所以用差热分析的方法，同样也得出C3S的水化速度比C2S快得多的结论。其它单矿物和水泥的水化速度也可用类似的方法测定。由于操作不太复杂，测定时间也不太长。所以测定水化速度，研究结硬过程已成为差热分析具体应用的一个重要方面。
图10－11 ⅠC2S水化三天后的差热曲线
ⅡC3S水化三天后的差热曲线
（四）某些工艺参数的确定
在胶凝材料的生产中，锻烧温度等工艺参数的确定是提高产、质量的重要问题。各种工艺参数的选择，应该从原材料、设备以及生产条件等各方面综合考虑，但差热分析在选择工艺参数时，也能发挥一定的作用。
例如，菱镁矿（MgCO3）和白云石（CaMg[CO3]2）是镁质胶凝材料的原料，它们经煅烧后所生成的菱苦土（MgO），调以MgCl2等溶液后，能产生相当的胶凝能力，所制成的各种制品可以广泛代替木材。其中以白云石的矿藏更
多，采用它作为原料更有普遍意义。但用白云石生产镁质胶凝材料时，合适的煅烧温度和气氛的选择是生产中的一个关键问题。要求在煅烧过程中即保证所含MgCO3全部分解成MgO，又要使白云石中CaCO3基本不分解，以尽量减少CaO等不利成份的产生。在这方面，如果利用差热分析，可以较方便地提供基本数据，作为选择这些工艺参数的依据。
将白云石在各种温度下煅烧后再水化，然后进行差热分析，可得图24-12中所示的一种差热曲线。我们知道，白云石在730℃左右要分解为MgCO3和CaCO3，与此同时，MgCO3立即分解为MgO和CO2，而CaCO3的分解温度则在900℃左右。
由图10－12（a）可见，在曲线1上，只有730℃和900℃两处分别出现白云石和CaCO3的吸热峰，说明在500℃煅烧半小时后，白云石尚未分解。曲线2中730℃处白云石峰有所减小，同时在405℃出现Mg（OH）2吸热峰，说明在600℃煅烧1小时后，白云石已分解，生成MgO，故水化后有Mg（OH2）存在。曲线3和曲线2基本类似，不过Mg（OH）2峰更大，白云石峰较小，也就是说，在650℃煅烧1小时后，已有更多的MgO生成。曲线4上在510℃处产生Ca（OH）2的吸热峰，说明在700℃煅烧1小时后，部份CaCO3已分解为CaO，所以水化后有Ca（OH）2出现。曲线5上的Ca（OH）2峰更大，说明更多的CaCO3已分解。所以煅烧不足时，在730℃处有白云石峰，过烧时将出现较大的Ca（OH）2峰，而煅烧适当时是Mg（OH）2、CaCO3和微量Ca （OH）2峰同时共存。试验表明，为了获得锻烧适宜的镁质胶凝材料，应选择650～700℃的煅烧温度较宜。另外，为了加速白云石的分解，又在CO2的气氛中进行类似的试验，所得的差热曲线如图10－12（b）所示。由图可知，锻烧温度能扩大至650～750℃。还可看出，甚至在800℃煅烧1小时后，也无Ca （OH）2发现。因此，在CO2的气氛下，能够扩大煅烧温度范围，有利于生产控制。
图10－12 白云石经煅烧水化后的差热曲线
（五）鉴别矿物种类
不同的矿物材料，由于化学组成、结晶水含量等的不同，其差热曲线、热重曲线不同，而且失重分百数也会有差别。通过综合热分析，就可以比较出差别，判断出矿物种类和名称。
例如前边举的例子。图10－5方解石、白云石、菱镁矿、碳酸钡等同是碳酸盐。比较它们的差热曲线特征却各不相同，特别是碳酸钡（毒重石），在813℃
时吸热BaCO 3813????→←???
BaCO 4 ，985℃吸热，BaCO 4985?
???→←???BaCO 3都是可逆转变，而不是分解，1095℃吸热，BaCO 3 由正交晶体转变成立方晶体。所以可明显看出它们的差别，判断出矿物的名称。 （六）用热重分析法测定反应速度
此方法就是利用测量原料的失重量（失重百分数）和反应时间，计算反应速度，具体做法见“固相反应实验”。
（七）用热重分析法测定混合物中各种矿物的百分含量或矿物的
纯度
计算公式：矿物的纯度（%）=(%)
(%)矿物理论失重矿物实际失重 例如：在陶瓷磨具制造中，常用的长石－粘土结合剂，在加热过程中长石一般不失重，只有粘土失重。结合剂的失重量为 4.6%，结合剂中同类纯粘土的失重量为15%。则通过上边的计算公式就可算出结合剂中粘土的含量（%）为30%。那么长石的含量（%）应为70%。
（八）测定超硬材料的热稳定性
超硬材料主要是指金刚石和立方氮化硼。超硬材料制品一般都是在常压、空气气氛中使用，由于摩擦产生大量热量而使制品损坏。特别是在制造陶瓷超硬制品时需高温烧成。所以测定超硬材料在加热过程中的氧化、分解及晶型转变等物理化学变化，即超硬材料的热稳定性是非常重要的。而热分析法可以方便地测定超硬材料的热稳定性。为判定超硬材料的质量，生产制品的工艺参数提供理论依据。
例如，金刚石的氧化温度为600℃～800℃，这中间相差两百多度。如果某一金刚石的氧化温度为620℃，那么它的晶型就较差，质量不太好，只能用来制造一般的陶瓷制品，或用于制造树脂制品。在制造陶瓷制品烧成时，还要有一定的气氛保护且烧成温度尽量低。这样才能保证制品的质量和使用性能。
三、影响热分析实验精度的因素
1、气氛
试样周围的气氛对试样热反应本身有较大的影响，试样的分解产物可能与气流反应，也可能被气流带走，这些都可能使热反应过程发生变化（如草酸钙的分解反应）。而气氛的性质、纯度、流速对TG 曲线的形状也有较大影响。因此可以采用动态惰性气氛，即向试样室通入不与试样及产物发生反应的气体，如氮气、氩气等。
2、升温速率
升温速率大，所产生的热滞后现象严重，往往导致差热、热重曲线上的起始温度T i 和终止温度T f 偏高，但升温速率太小时，也会使得差热曲线上的峰值不明显，或没有差热峰。
在热重分析中，中间产物的检测是与升温速率密切相关的。升温速率快，不利于中间产物的检出，TG 曲线上的拐点及平台很不明显。升温速率慢些可得到相对明晰的实验结果。总之，升温速率对热分解温度和中间产物的检出都有较大影响，在热重分析中宜采用低速升温，如2.5℃/min 、5℃/min ，一般不超过10℃/min 。
在差热分析中一般采用10℃/min 或20℃/min 。值得指出的是升温速率的改变不会导致试样失重量的改变。
3、试样粒度、装样密度、样品量：
粒度细，表面积大，有些差热峰就可能不明显或反应起始温度较低。
装样密度大，反应速度变慢，或分几步反应。
样品量多，反应时差热峰就大，失重量也相应较大。
4、稀释剂、参比物
加入稀释剂，差热峰小，或使剧烈反应变得较平稳。
参比物，如在低温500℃以下可用SiO2。一般都使用α-Al2O3，要经过高温煅烧，使之在加热过程中无变化。
四、思考题
1、根据热分析谱图，分析粘土、石英、滑石、碳酸钙、白云石、金刚石等在加热（或冷却）过程中的反应或变化，写出反应方程式。
2、根据热重分析，计算长石-粘土结合剂中粘土的百分含量。
3、简单叙述应用热分析法鉴定粘土矿物的过程。
4、简要综述热分析在无机非金属（磨料磨具）行业的用途。
热重分析实验报告
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材料与建筑工程学院实验报告 课程名称: 材料物理性能 专业：材料科学与工程 班级: 2013级本科 姓名：张学书 学号: 3
指导老师：谢礼兰老师 贵州师范大学学生实验报告 成绩 实验一：SＴＡ449F3同步热分析仪的结构原理及操作方法 一、实验目的 1、熟悉同步热分析仪的基本原理。 2、了解ＳTA４49 F3型同步热分析仪的构造原理及性能。 3、学习STA4４９ F3型同步热分析仪的操作方法。 二、实验原理 差示扫描量热法(DSＣ)是指在加热的过程中，测量被测物质与参比物之间的能量差与温度之间的关系的一种方法技术。图１-1为功率补偿式DSC仪器示意图:
图１-1 功率补偿式D ＳC 示意图 1.温度程序控制器; 2.气氛控制；３.差热放大器;4.功率补偿放大器;5.记录仪 当试样发生热效应时，譬如放热,试样温度高于参比物温度,放置在它们下面的一组差示热电偶产生温差电势U ΔT ，经差热放大器放大后送入功率补偿放大器,功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流,使试样下面的电流Ｉｓ减小，参比物下面的电流IR 增大,而Ｉs ＋ＩR 保持恒定。降低试样的温度,增高参比物的温度,使试样和参比物之间的温差ΔT 趋于零。上述热量补偿能及时,迅速完成，使试样和参比物的温度始终维持相同。 设两边的补偿加热丝的电阻值相同,即ＲS ＝RR=Ｒ，补偿电热丝上的电功率为PS=IR 和P Ｒ=IR 。当样品没有热效应时，PS=P Ｒ;当样品存在热效应时,PS 和PR 的差ΔＰ能反映样品放(吸)热的功率： ΔP= PS-PR= ＩR -IR=（I Ｓ+IR)( I Ｓ－IR)Ｒ =(ＩS+IR ） ΔV ＝I ΔＶ? （1） 由于总电流IS+IR 为恒定,所以样品的放（吸）热的功率ΔＰ只和ΔV 成正比, 3 1 2 4 5
差热分析 一、实验目的 1. 用差热仪绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。 3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。 二、实验原理 物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。差热分析就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。 差热分析仪的结构如下图所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，见图5-1)。A 两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。 图5-1 差热分析原理图 图5-1 典型的差热图从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图5-2中T B)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小。相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。在相同的测
定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。 本实验采用CuSO 4·5H 2O ，CuSO 4·5H 2O 是一种蓝色斜方晶系，在不同温度下，可以逐步失水： CuSO 4·5H 2O CuSO 4·3H 2O CuSO 4·H 2O CuSO 4 （s ） 从反应式看，失去最后一个水分子显得特别困难，说明各水分子之间的结合能力不一样。 四个水分子与铜离子的以配位键结合，第五个水分子以氢键与两个配位水分子和SO 4 2-离子结合。 加热失水时，先失去Cu 2+ 左边的两个非氢键原子，再失去Cu 2+ 右边的两个水分子，最后失去以氢键连接在SO 4 2- 上的水分子。 三、仪器试剂 差热分析仪1套;分析物CuSO 4·5H 2O ；参比物α-Al 2O 3。 四、实验步骤 1、 开启仪器电源开关，将各控制箱开关打开，仪器预热。开启计算机开关。 2、参比物（α-Al 2O 3）可多次重复利用，取干净的坩埚，装入CuSO 4·5H 2O 样品、装满，再次加入CuSO 4·5H 2O 将坩埚填满，备用。 3、抬升炉盖，将上步装好的CuSO 4·5H 2O 样品放入炉中，盖好炉盖。 4、打开计算机软件进行参数设定，横坐标2400S 、纵坐标300℃、升温速率
热分析实验报告 一、实验目的 1、了解STA449C综合热分析仪的原理及仪器装置； 2、学习使用TG-DSC综合热分析方法。
二、实验内容 1、对照仪器了解各步具体的操作及其目的。 2、测定纯Al-TiO2升温过程中的DSC、TG曲线，分析其热效应及其反应机理。 3、运用分析工具标定热分析曲线上的反应起始温度、热焓值等数据。 三、实验设备和材料 STA449C综合热分析仪 四、实验原理 热分析（Thermal Analysis TA）技术是指在程序控温和一定气氛下，测量试样的物理性质随温度或时间变化的一种技术。根据被测量物质的物理性质不同，常见的热分析方法有热重分析(Thermogravimetry TG)、差热分析(Difference Thermal Analysis，DTA)、差示扫描量热分析(Difference Scanning Claorimetry，DSC)等。其内涵有三个方面：①试样要承受程序温控的作用，即以一定的速率等速升（降）温，该试样物质包括原始试样和在测量过程中因化学变化产生的中间产物和最终产物；②选择一种可观测的物理量，如热学的，或光学、力学、电学及磁学等；③观测的物理量随温度而变化。
热分析技术主要用于测量和分析试样物质在温度变化过程中的一些物理变化（如晶型转变、相态转变及吸附等）、化学变化（分解、氧化、还原、脱水反应等）及其力学特性的变化，通过这些变化的研究，可以认识试样物质的内部结构，获得相关的热力学和动力学数据，为材料的进一步研究提供理论依据。 综合热分析，就是在相同的热条件下利用由多个单一的热分析仪组合在一起形成综合热分析仪，见图1，对同一试样同时进行多种热分析的方法。 图1 综合热分析仪器（STA449C） （1）、热重分析( TG)原理 热重法(TG)就是在程序控温下，测量物质的质量随温度变化的关系。采用仪器为日本人本多光太郎于1915年制作了零位型热天平（见图2）。其工作原理如下：在加热过程中如果试样无质量变化，热天平将保持初始的平衡状态，一旦样品中有质量变化时，
差热分析DTA 一、实验目的 掌握热分析方法─差热分析法基本原理和分析方法。 了解差热分析和热重分析仪器的基本结构和基本操作。 二、差热分析基本原理 差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA）是在程序控温下测量样品和参比物的温度差与温度（或时间）相互关系的一种技术。 物质在加热或冷却过程中会发生物理或化学变化，同时产生放热或吸热的热效应，从而导致样品温度发生变化。因此差热分析是一种通过热焓变化测量来了解物质相关性质的技术。样品和热惰性的参比物分别放在加热炉中的两个坩埚中，以某一恒定的速率加热时，样品和参比物的温度线性升高；如样品没有产生焓变，则样品与参比物的温度是一致的（假设没有温度滞后），即样品与参比物的温差DT=0；如样品发生吸热变化，样品将从外部环境吸收热量，该过程不可能瞬间完成，样品温度偏离线性升温线，向低温方向移动，样品与参比物的温差DT<0；反之，如样品发生放热变化，由于热量不可能从样品瞬间逸出，样品温度偏离线性升温线，向高温方向变化，温差DT>0。上述温差DT（称为DTA 信号）经检测和放大
以峰形曲线记录下来。经过一个传热过程，样品才会回复到与参比物相同的温度。 在差热分析时，样品和参比物的温度分别是通过热电偶测量的，将两支相同的热电偶同极串联构成差热电偶测定温度差。当样品和参比物温差DT=0，两支热电偶热电势大小相同，方向相反，差热电偶记录的信号为水平线；当温差DT10，差热电偶的电势信号经放大和A/D换，被记录为峰形曲线，通常峰向上为放热，峰向下为吸热。差热曲线直接提供的信息主要有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数，通过它们可以对物质进行定性和定量分析，并研究变化过程的动力学。峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类（吸热或放热）决定的,前者体现在峰的起始温度上，后者体现在峰的方向上。不同物质的热性质是不同的，相应的差热曲线上的峰位置、峰个数和形状也不一样，这是差热分析进行定性分析的依据。分析DTA 曲线时通常需要知道样品发生热效应的起始温度，根据国际热分析协会（ICTA）的规定，该起始温度应为峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交线所对应的温度T(如图2)，该温度与其它方法测得的热效应起始温度较一致。DTA峰的峰温Tp虽然比较容易测定，但它既不反映变化速率到达最大值时的温度，也与放热或吸热结束时的温度无关，其物理意义并不明确。此外，峰的面积与
实验六差热分析草酸钙的热分解过程 一、实验目的 1. 掌握差热分析法的基本原理。 2. 了解热分析仪的结构，掌握仪器的基本操作。 3. 利用差热分析技术研究草酸钙的热分解过程。 二、实验原理 热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。物质性质包括质量、温度、热焓变化、尺寸、机械特性、声学特性、电学和磁学特性等等。 在热分析技术中，热重法是指在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术，被测参数为质量（通常为重量），检测装置为“热天平”，热重法测试得到的曲线称为热重曲线（TG）。热重曲线以质量作为纵坐标，可以用重量、总重量减少的百分数、重量剩余百分数或分解分数表示。曲线从上往下表示质量减少，以温度（或时间）作横坐标，从左向右表示温度（或时间）增加，所得到的重量变化对温度的关系曲线则称之为热重曲线。 热重法的主要特点是定量性强，能准确地测量物质质量变化及变化的速率。在正常的情况下，热重曲线的水平部分看作是恒定重量的特征，变化最陡峭的部分，可以给出重量变化的斜率，曲线的形状和解析取决于试验条件的稳定性。热重曲线开始偏离水平部分的温度为反应的起始温度，测量物质的质量是在加热情况下测量试样随温度的变化，如含水和化合物的脱水，无机和有机化合物的热分解。物质在加热过程中与周围气氛的作用，固体或液体物质的升华和蒸发等，都是在加热过程中伴随有重量的变化。 从热重法派生出微商热重法（DTG）和二阶微商法（DDTG），前者是TG 曲线对温度（或时间）的一阶导数，后者是TG 曲线的二阶导数。 差热分析（DTA）是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度函数关系的一种技术，只要被测物质在所用的温度范围内具有热活性，则热效应联系着物理或化学变化，在所记录的差热曲线上呈现一系列的热效应峰，峰
学生实验报告 实验名称差热分析 姓名：学号：实验时间: 2011/5/20 一、实验目的 1、掌握差热分析原理和定性解释差热谱图。 2、用差热仪测定和绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 二、实验原理 1、差热分析原理 差热分析是测定试样在受热（或冷却）过程中，由于物理变化或化学变化所产生的热效应来研究物质转化及花絮而反应的一种分析方法，简称DTA(Differential Thermal Analysis)。 物质在受热或者冷却过程中个，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸收、脱附等物理或化学变化，因而产生热效应，其表现为体系与环境（样品与参比物之间）有温度差；另有一些物理变化如玻璃化转变，虽无热效应发生但比热同等某些物理性质也会发生改变，此时物质的质量不一定改变，但温度必定会变化。差热分析就是在物质这类性质基础上，基于程序控温下测量样品与参比物的温度差与温度（或时间）相互关系的一种技术。 DTA的工作原理（图1 仪器简易图）是在程序温度控制下恒速升温（或降温）时，通过热偶点极连续测定试样同参比物间的温度差ΔT，从而以ΔT对T 作图得到热谱图曲线（图2 差热曲线示意图），进而通过对其分析处理获取所需信息。 图1 仪器简易图
实验仪器实物图 图2 差热曲线示意图 在进行DTA测试是，试样和参比物分别放在两个样品池内（如简易图所示），加热炉以一定速率升温，若试样没有热反应，则它的温度和参比物温度间温差ΔT=0,差热曲线为一条直线，称为基线；若试样在某温度范围内有吸热（放热）反应，则试样温度将停止（或加快）上升，试样和参比物之间产生温差ΔT，将该信号放大，有计算机进行数据采集处理后形成DTA峰形曲线，根据出峰的温度 及其面积的大小与形状可以进行分析。 差热峰的面积与过程的热效应成正比，即 ΔH。式中，m为样品质量；b、d分别为峰的 起始、终止时刻；ΔT为时间τ内样品与参比物的温差；
Abaqus： ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具。 模块： ABAQUS/?ba:kjus/有两个主求解器模块— ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit。ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块—ABAQUS/CAE。 ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS 被各国的工业和研究中所广泛的采用。ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。 功能：
静态应力/位移分析：包括线性，材料和几何非线性，以及结构断裂分析等 动态分析粘弹性/粘塑性响应分析：粘塑性材料结构的响应分析热传导分析：传导，辐射和对流的瞬态或稳态分析 质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等 耦合分析：热/力耦合，热/电耦合，压/电耦合，流/力耦合，声/力耦合等 非线性动态应力/位移分析：可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等 瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题 准静态分析：应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题 退火成型过程分析：可以对材料退火热处理过程进行模拟 海洋工程结构分析： 对海洋工程的特殊载荷如流载荷、浮力、惯性力等进行模拟 对海洋工程的特殊结构如锚链、管道、电缆等进行模拟 对海洋工程的特殊的连接，如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动等进行模拟 水下冲击分析： 对冲击载荷作用下的水下结构进行分析 柔体多体动力学分析：对机构的运动情况进行分析，并和有限元功能结合进行结构和机械的耦合分析，并可以考虑机构运动中的接触和摩擦
南昌大学实验报告 学生姓名：_______ 学号：_______专业班级:__________ 实验类型：□演示□验证□综合□设计□创新实验日期：2013-04-09实验成绩： 热重分析 一、实验目的 1.了解热重分析法的基本原理和差热分析仪的基本构造； 2.掌握热重分析仪的使用方法； 3.测定硫酸铜晶体试样的差热谱图,并根据所得到的差热谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。 二、实验原理 热重法（TG）是在程序控制温度的条件下测量物质的质量与温度关系的一种技术。热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 热重实验仪器主要由记录天平、炉子、程序控温装置、记录仪器和支撑器等几个部分组成，其中最主要的组成部分是记录天平，它基本上与一台优质的分析天平相同，如准确度、重现性、抗震性能、反应性、结构坚固程度以及适应环境温度变化的能力等都有较高的要求。记录天平根据动作方式可以分为两大类：偏转型和指零型，无论哪种方式都是将测量到的重量变化用适当的转换器变成与重量变化成比例的电信号，并可以将得到的连续记录转换成其他方式，如原始数据的微分、积分、对数或者其他函数等，用来对实验的多方面热分析。在上述方法中又以指零型天平中的电化学法适应性更强。发生重量变化时，天平梁发生偏转，梁中心的纽带同时被拉紧，光电检测元件的偏转输出变大，导致吸引线圈中电流的改变。在天平一端悬挂着一根位于吸引线圈中的磁棒，能通过自动调节线圈电流时天平梁保持平衡态，吸引线圈中的电流变化与样品的重量变化成正比，由计算机自动采集数据得到 TG 曲线。燃烧失重速率曲线 DTG 可以通过对曲线的数学分析得到。 热重分析原理如下图所示：
华南师范大学实验报告 专业：材料化学年级：2008级 课程名字：近代材料分析测试技术实验项目：综合热分析实验 实验类型：验证实验时间：2011年5月6日指导老师：石光老师实验评分： 实验六：综合热分析实验 一、实验目的 1．了解综合热分析仪的原理及仪器装置、操作方法。 2．通过实验掌握热重分析的实验技术。 3．使用综合分析仪分析高聚物的热效应和热稳定性。 二、实验原理 在程序温度（等速升降温、恒温和循环）控制下，测量物质的质量和热量随温度变化的分析仪器。刚开始加热时，试样和参比物以相同温度升温，试样没有热效应，DSC曲线上为平直的基线。当温度上升到试样产玻璃化转时，大分子的链段开始运动。试样的热容发生明显的变化，由于热容增大需要吸收更多的热量，于是DSC曲线上方出现一个转折，该转折对应的温度，即玻璃化转变温度（Tg）。若试样是能结晶的并处于过冷的无定形状态，则在玻璃温度以上的适当温度进行结晶，同时放出大量的热量，此时DSC曲线上表现为放热峰。再进一步加热，晶体开始熔融而需要吸收热量，其DSC 曲线在相反方向出现吸热峰。当熔融完成后，加于试样的热能再使试样温度升高，直到等于参比物的温度，回复到基线位置，将熔融峰顶点对应的温度记作熔点（T m）；继续加热试样可能发生其他变化，如氧化、分解（氧化是放热反应，分解是吸热反应）。因此，根据DSC曲线可以确定高聚物的转变和特征温度。 三．仪器和试剂 交联壳聚糖微球、吸附了重金属的交联壳聚糖微球，聚丙烯，高密度聚乙烯，a-Al2O3、STA409PC综合热分析仪。 四、实验步骤 （一）操作条件
1、实验室门应轻开轻关，尽量避免或减少人员走动。 2、计算机在仪器测试时，不能上网或运行系统资源占用较大的程序。 3、充入保护气体。 4、吹扫气体。 5、恒温水浴保证测量天平工作在一个恒定的温度下。 （二）试样准备 1、检查并保证测试试样及其分解物。 2、坩埚（包括参比坩埚）预先进行热处理到等于或高于其最高测量温度。 3、保证与测量坩埚底部接触良好，样品应适量，确保测量精度。 4、对于热反应剧烈或在反应过程中易产生气泡的样品，应适当减少样品量。 5、炉子内部温度必须保持恒定（室温），天平稳定后的读数才有效。 6、测试必须保证样品温度（达到室温）及天平均稳定后才能开始。 7、先将试样制成细粉状并通过80~100目的筛孔，称取聚丙烯和低压聚乙烯的混合物 （重量比3：1混合）10mg装入试样坩埚、隋性参比物a-Al2O3填充于另一坩埚中，样品量一般不超过坩埚容积的2/3，把装样的坩埚在清洁的石台上轻墩数次，使样品松紧适中。 （三）开机 （1）开机过程无先后顺序。恒温水浴及其他仪器应至少提前1h打开。 （2）开机后，首先调整保护气体及吹扫气体输出压力及流速并待其稳定。 （四）样品测试程序 以使用TG-DSC样品支架进行测试为例，升温速度除特殊要求外，一般为 10~30K/min。 （五）测试结果分析 1)仪器测试结束后打开Tools菜单，从下拉菜单中选择Run analysis program 选项，进入软件界面。 2)在分析软件界面中点击工具栏中的Segments按钮，打开Segments对话框， 去掉Segments对话框中的“1”、“2”复选项，点击OK按钮关闭对话框。 3)点击工具栏上的“X-time/X-temperature”转换开关，使横坐标由时间转换 成温度。 4)点击待分析曲线使之选中，然后点击工具栏上的“1st Derivative”一次微 分按钮，屏幕上出现一条待分析曲线的一次微分曲线。 5)完成全部分析内容后，即可打印输出，测试分析操作结束。 五、影响综合热分析的因素 1、升温速率
热重分析实验报告 南昌大学实验报告 学生姓名: _______ 学号: _______专业班级:__________ 实验类型:?演示?验证 ?综合?设计?创新实验日期:2013-04-09 实验成绩: 热重分析 一、实验目的 1.了解热重分析法的基本原理和差热分析仪的基本构造; 2.掌握热重分析仪的使用方法; 3.测定硫酸铜晶体试样的差热谱图,并根据所得到的差热谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。 二、实验原理 热重法(TG)是在程序控制温度的条件下测量物质的质量与温度关系的一种技术。热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 热重实验仪器主要由记录天平、炉子、程序控温装置、记录仪器和支撑器等几个部分组成，其中最主要的组成部分是记录天平，它基本上与一台优质的分析天平相同，如准确度、重现性、抗震性能、反应性、结构坚固程度以及适应环境温度
变化的能力等都有较高的要求。记录天平根据动作方式可以分为两大类:偏转型和指零型，无论哪种方式都是将测量到的重量变化用适当的转换器变成与重量变化成比例的电信号，并可以将得到的连续记录转换成其他方式，如原始数据的微分、积分、对数或者其他函数等，用来对实验的多方面热分析。在上述方法中又以指零型天平中的电化学法适应性更强。发生重量变化时，天平梁发生偏转，梁中心的纽带同时被拉紧，光电检测元件的偏转输出变大，导致吸引线圈中电流的改变。在天平一端悬挂着一根位于吸引线圈中的磁棒，能通过自动调节线圈电流时天平梁保持平衡态，吸引线圈中的电流变化与样品的重量变化成正比，由计算机自动采集数据得到 TG 曲线。燃烧失重速率曲线 DTG 可以通过对曲线的数学分析得到。 热重分析原理如下图所示: 三、实验仪器及试剂 HCT-2 型 TG-DTA 综合热分析仪、镊子、五水硫酸铜晶体等 四、实验步骤 1、打开炉子，将左右两个陶瓷杆放入瓷坩埚容器，关好炉子在操作界面上调零。 2、将坩埚放在天平上称量，记下数值P1,然后将测试样放入已称坩埚中称量，记下试样的初始质量。 3、将称好的样品坩埚放入加热炉中吊盘内。 4、调整炉温，选择好升温速率。 5、开启冷却水，通入惰性气体。 6、启动电炉电源，使电源按给定的速率升温。 7、观察测温表，每隔一定时间开启天平一次，读取并记录质量数值。 8、测试完毕，切断电源，待温度降低至100摄氏度时切断冷却水。 五、实验结果及数据处理
材料的综合热分析实验 一、实验目的 1、掌握两种常用的热分析方法─差热分析法和热重法的基本原理和分析方法， 2、差热分析和热重分析仪器的基本结构和基本操作。 二、差热分析和热重法的基本原理 1、差热分析法（Differential Thermal Analysis，DTA） 差热分析是在程序控温下测量样品和参比物的温度差与温度（或时间）相互关系的一种技术。物质在加热或冷却过程中会发生物理或化学变化，同时产生放热或吸热的热效应，从而导致样品温度发生变化。因此差热分析是一种通过热焓变化测量来了解物质相关性质的技术。 样品和热惰性的参比物分别放在加热炉中的两个坩埚中，以某一恒定的速率加热时，样品和参比物的温度线性升高；如样品没有产生焓变，则样品与参比物的温度是一致的（假设没有温度滞后），即样品与参比物的温差?T=0；如样品发生吸热变化，样品将从外部环境吸收热量，该过程不可能瞬间完成，样品温度偏离线性升温线，向低温方向移动，样品与参比物的温差?T<0；反之，如样品发生放热变化，由于热量不可能从样品瞬间逸出，样品温度偏离线性升温线，向高温方向变化，温差?T>0。上述温差?T（称为DTA信号）经检测和放大以峰形曲线记录下来。经过一个传热过程，样品才会回复到与参比物相同的温度。 在差热分析时，样品和参比物的温度分别是通过热电偶测量的，将两支相同的热电偶同极串联构成差热电偶测定温度差。当样品和参比物温差?T=0，两支热电偶热电势大小相同，方向相反，差热电偶记录的信号为水平线；当温差?T≠0，差热电偶的电势信号经放大和A/D转换，被记录为峰形曲线，通常峰向上为放热，峰向下为吸热。 差热曲线直接提供的信息主要有峰的位置、峰的形状和个数、峰的面积，通过它们可以对物质进行定性和定量分析，并研究变化过程的动力学。峰的位置是由导致热效应变化的温度和热效应种类（吸热或放热）决定的，前者体现在峰的起始温度上，后者体现在峰的方向上。不同物质的热性质是不同的，相应的差热曲线上的峰位置、峰个数和形状也不一样，这是差热分析进行定性分析的依据。分析DTA曲线时通常需要知道样品发生热效应的起始温度，根据国际热分析协会（ICTA）的规定，该起始温度应为峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交线所对应的温度T(如图2)，该温度与其它方法测得的热效应起始温度较一致。DTA峰的峰温Tp虽然比较容易测定，但它既不反映变化速率到达最大值时的温度，也与放热或吸热结束时的温度无关，其物理意义并不明确。此外，峰的面积与焓变有关。
差热分析 近代物理实验 一.实验目的 1?掌握差热分析的基本原理及测量方法。 2?学会差热分析仪的操作，并绘制CuSO4 5H2O等样品的差热图。 3?掌握差热曲线的处理方法，对实验结果进行分析。 二.实验原理 1、差热分析基本原理 物质在加热或冷却过程中，当达到特定温度时，会产生物理或化学变化，同时产生吸热和放热 的现象，反映了物质系统的焓发生了变化。在升温或降温时发生的相变过程，是一种物理变化，一般来说由固相转变为液相或气相的过程是吸热过程，而其相反的相变过程则为放热过程。在各种化学变化中，失水、还原、分解等反应一般为吸热过程，而水化、氧化和化合等反应则为放热过程。差热分析利用这一特点，通过对温差和相应的特征温度进行分析，可以鉴别物质或研究有关的转化温度、热效应等物理化学性质，由差热图谱的特征还可以用以鉴别样品的种类，计算某些反应的活化能和反应级数等。 在差热分析中，为反映微小的温差变化，用的是温差热电偶。在作差热鉴定时，是将与参比物 等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触，与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。样品在某一升温区没有任何变化，即也不吸热、也不放热，在温差热电偶的两个焊接点上不产生温差，在差热记录图谱上是一条直线，已叫基线。如果在某一温度区间样 品产生热效应，在温差热电偶的两个焊接点上就产生了温差，从而在温差热电偶两端就产生热电势差，经过信号放大进入记录仪中推动记录装置偏离基线而移动，反应完了又回到基线。吸热和放热效应所产生的热电势的方向是相反的，所以反映在差热曲线图谱上分别在基线的两侧，这个热电势的大小，除了正比于样品的数量外，还与物质本身的性质有关。 将在实验温区内呈热稳定的已知物质与试样一起放入一个加热系统中，并以线性程序温度对它们加热。如以AI2O3为参比物，它在整个试验温度内不发生任何物理化学变化，因而不产生任何热
综合热分析法测定草酸钙 【实验目的】 （1）掌握热重-差热分析原理和ZCT-A型综合热分析仪的操作方法，了解其应用范围。 （2）对草酸钙进行热重及差热分析，测量化学分解反应过程中的分解温度。 （3）测量物质在加热过程中所发生的物理化学变化，绘制相应曲线，从而研究材料的反应过程。 【实验原理】 热分析是物理化学分析的基本方法之一。综合热分析研究物质在加热过程中发生相变或其他物理化学变化时所伴随的能量、质量和体积等一系列的变化，可以确定其变化的实质或鉴定矿物。热分析技术种类很多，比较常用的方法有（1）差热法（DTA），（2）热重法（TG）[包括微分热重（DTG）]，（3）差示扫描量热法（DSC）。 （1）热重分析 热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。热重法实验得到的曲线称为热重（TG）曲线。TG曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化。这些变化表征了试样在不同温度范围内发生的挥发组分的挥发，以及在不同温度范围内发生的分解产物的挥发。如图1、图2 CaC2O4·H2O的热重曲线，有三个非常明显的失重阶段。第一个阶段表示水分子的失去，第二个阶段表示CaC2O4分解为CaCO3，第三个阶段表示CaCO3分解为CaO。当然，CaC2O4·H2O的热失重比较典型，在实际上许多物质的热重曲线很可能是无法如次明了地区分为各个阶段的，甚至会成为一条连续变化地曲线。这时，测定曲线在各个温度范围内的变化速率就显得格外重要，它是热重曲线的一阶导数，称为微分热重曲线[图1也现示出了CaC2O4·H2O的微分热重曲线（DTG）]。微分热重曲线能很好地显示这些速率地变化。
一、实验目的： 1．了解综合热分析仪的原理及仪器装置、操作方法。 2．通过实验掌握热重分析的实验技术。 3．使用综合分析仪分析高聚物的热效应和热稳定性。 二、实验原理 由于试样材料在加热或冷却过程中，会发生一些物理化学反应，同时产生热效应和质量方面的变化，这是热分析技术的基础。 热重分析方法分为静态和动态。热重分析仪有热天平式和弹簧式两种基本类型。本实验采用的是热天平动态热重分析。 当样品在热处理过程中，随温度变化有水分的排除或热分解等反应时放出气体，则在热天平上产生失重；当试样在热处理过程中，随温度变化有二价铁氧化成三价铁等氧化反应时，则在热天平上表现出增重。 示差扫描量热法（DSC）分为功率补偿式和热流式两种方式。前者的技术思想是，通过功率补偿使试样和参比物的温度处于动态的零位平衡状态；后者的技术思想是，要求试样和参比物的温度差与传输到试样和参比物间的热流差成正比关系。本实验采用的是热流式示差扫描量热法。 首先在确定的程序温度下，对样品坩埚和参比坩埚进行DSC空运行分析，得到两个空坩埚的DSC的分析结果---形成Baseline分析文件；然后在样品坩埚中加入适量的样品，再在Baseline文件的基础上进行样品测试，得到样品+坩埚的测试文件；最后由测试文件中扣除Baseline文件，即得到纯粹样品的DSC分析结果。 刚开始加热时，试样和参比物以相同温度升温，试样没有热效应，DSC曲线上为平直的基线。当温度上升到试样产玻璃化转时，大分子的链段开始运动。试样的热容发生明显的变化，由于热容增大需要吸收更多的热量，于是DSC曲线上方出现一个转折，该转折对应的温度，即玻璃化转变温度（Tg）。若试样是能结晶的并处于过冷的无定形状态，则在玻璃温度以上的适当温度进行结晶，同时放出大量的热量，此时DSC曲线上表现为放热峰。再进一步加热，晶体开始熔融而需要吸收热量，其DSC曲线在相反方向出现吸热峰。当熔融完成后，加于试样的热能再使试样温度升高，直到等于参比物的温度，回复到基线位置，将熔融峰顶点对应的温度记作熔点（T m ）；继续加热试样可能发生其他变化，如氧化、分解（氧化是放热反应，分解是吸热反应）。因此，根据DSC曲线可以确定高聚物的转变和特征温度。 三．仪器和试剂 仪器：a-Al 2O 3 、STA409PC综合热分析仪 试剂：高密度聚乙烯 四、实验步骤 ⒈对坩埚预先进行热处理到等于或高于需测量的最高温度
差热分析实验报告 一、实验目的 1、掌握差热分析的基本原理及测量方法 2、学会差热分析仪的操作，并绘制玻璃样品的差热图。 3、掌握差热曲线的处理方法，对实验结果进行分析。 二、实验原理 物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。差热分析（Differentiai Thermal Analysis，简称DTA）就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。 差热分析仪的结构如下图所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起（即并联，见图1）。两支笔记录的时间—温度（温差）图就称为差热图（见图2），或称为热谱图。 图1 差热分析原理图 图2 典型的差热图 从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度（如图2中T B）；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件
下，峰面积大的表示热效应也大。在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。 三、仪器与试剂 试剂：玻璃粉末，参比物：α-Al2O3，仪器：差热分析仪（HCT-1/2）一台，计算机一台。 四、实验步骤 1、开启仪器电源，预热20分钟 2、装入实验样品 升起加热炉，露出支撑杆（热电偶组件）。将参比物样品与实验样品分别装入陶瓷坩埚中（Al2O3），平稳放置在热电偶板上，双手降下加热炉体。 3、检查冷却循环水 4、检查仪器主机与计算机数据传输线连接情况 5、检查仪器注意气氛控制单元与外接气源连接情况 注意：在使用流动气氛进行实验时应先做一次或二次流动气氛的热重基线漂移实验，通过改变各路进气流量的方法，使热重基线稳定，漂移最小，为正式试验提供最佳的试验条件。同时，还应注意输入气体管路的欲通气体纯净，在正式试验前，让欲通气体流通约25分钟。 6、运行工作站软件，进入新采集设置界面进行参数设定，输入初始温度（25℃）、终止温度（1000℃）、升温速率（10℃/min）等参数。 7、点“采集”按钮后，系统自动执行实验数据采集命令。 8、到达终止温度后，仪器自动停止采集，将数据存盘。 7、利用Origin画出DTA图，并标出热效应的起始和终止温度以及峰顶温度。 五、数据记录和处理
实验十九 差热分析 一、目的意义 差热分析(DTA ，differentialthermal analysis)是研究相平衡与相变的动态方法中的 一种，利用差热曲线的数据，工艺上可以确定材料的烧成制度及玻璃的转变与受控结晶等工 艺参数，还可以对矿物进行定性、定量分析。 本实验的目的： 1．了解差热分析的基本原理及仪器装置； 2．学习使用差热分析方祛鉴定未知矿物。 二、基本原理 差热分析的基本原理是：在程序控制温度下；将试样与参比物质在相同条件下加热或 冷却，测量试样与参比物之间的温差与温度的关系，从而给出材料结构变化的相关信息。 物质在加热过程中，由于脱水，分解或相变等物理化学变化，经常会产生吸热或放热 效应。差热分析就是通过精确测定物质加热(或冷却)过程中伴随物理化学变化的同时产生 热效应的大小以及产生热效应时所对应的温度，来达到对物质进行定性和／或定量分析的目 的。 差热分析是把试样与参比物质(参比物质在整个实验温度范围内不应该有任何热效应， 其导热系数，比热等物理参数尽可能与试样相同，亦称惰性物质或标准物质或中性物质) 置于差热电偶的热端所对应的两个样品座内，在同一温度场中加热。当试样加热过程中产生 吸热或放热效应时，试样的温度就会低于或高于参比物质的温度，差热电偶的冷端就会输出 相应的差热电势。如果试样加热过程这中无热效应产生，则差热电势为零。通过检流计偏转 与否来检测差热电势的正负，就可推知是吸热或放热效应。在与参比物质对应的热电偶的冷 端连接上温度指示装置，就可检测出物质发生物理化学变化时所对应的温度． 不同的物质，产生热效应的温度范围不同，差热曲线的形状亦不相同(如图16-2所示)。 把试样的差热曲线与相同实验条件下的已知物质的差热曲线作比较，就可以定性地确定试洋 的矿物组成。差热曲线的峰(谷)面积的大小与热效应的大小相对应，根据热效应的大小， 可对试样作定量估计。 三．仪器设备与装置 差热分析所用的设备主要由加热炉， 差热电偶，样品座及差热信号和温度的显 示仪表等所组成。 加热炉依据测量的温度范围不同有低 温型(800-1000C 0以下)，中温型1200C 0以下)，高温型(1400-1600C 0以下)． 差热电偶是把材质相同的两个热电偶 的相同极连接在一起，另外两个极作为差 热电偶的输出极输出差热电势。差热分析 装置示意图如16-1所示。 差热分析仪是将差热分析装置中的 样品室，温度显示，差热信号采集及记录 全部自动化的一种分析仪器。依据组合方 式不同，有DTA-TG 型DAT-DSC(differen- 图17-1 差热分析装置示意图 tial scan ningcalorimetry)型，有的综 图16-1 V-电压表A-电流表 R1，R2-检流计
一、实验目的 1.了解热分析法的种类、仪器装置及使用方法。 2.掌握几种热分析法的基本原理、测试技术及影响测量准确性的因素。 3.掌握热分析法在聚合物结晶中的分析原理，并能对实验结果做出解释。 二、方法简介： 1. 热重分析法 热重分析法（ TG ）是在程序温度控制下，测量物质的质量随温度变化的一种实验技术。一般有静态法和动态法两种类型：静态法是在恒温下测定物质质量变化与温度的关系，将试样在各给定温度加热至恒重，该法用来研究固相物质热分解的反应速率和测定反应速度常数。动态法是在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系，采用连续升温连续称重的方式。 由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线称为热重曲线（ TG 曲线）。 曲线横坐标为温度，纵坐标为质量，如热分解反应 A(s) → B(s)+ C(g) 的热重 曲线如图 1 所示。图中 T i 为起始温度，即累积质量变化达到热天平可检测的温度；
Tf 为终止温度，即累积质量变化达到最大值时的温度；热重曲线上质量基本不变的部分称为基线或平台。若试样初始质量为 W0 ，失重后试样质量为 W1 ，测失重百分数为 2.差示扫描量热法（DSC） DSC的技术方法是按照程序改变温度，使试样与标样之间的温度差为零。测量两者单位时间的热能输入差。就是说，使物转移过程中的温度和热量能够加以定量物质在加热过程中会在某温度下发生分解、脱水、氧化、还原和升华等一系 列的物理化学变化而出现质量变化，发生质量变化的温度及质量变化百分数随物 质的结构和组成而异，因此可以利用物质的热重曲线来研究物质的热变化过程，推测反应机理及产物。 将实验以一定的升温速度加热至熔点以上，恒温一定时间，以充分消除试样的热历史，然后，迅速降温至测试温度进行等温结晶。由于结晶时放出结晶潜热，所以出现一个放热峰，见图。基线开始向放热方向偏离时，作为开始结晶的时间（t0），重新回到基线时，作为结晶结束的时间（t＝t∞），则t时刻的结晶程度为 式中 xt、x∞是结晶时间为t及无限大时非晶态转变为晶态的分数；At、A∞为0～t时间及0～∞时间DSC曲线所包含的面积。
实验一综合热分析实验 一、目的要求 1.了解综合热分析仪的基本构造、原理及方法。 2.了解实验条件的选择。 3.掌握热分析样品的制样方法。 4.掌握对样品的热分析图谱进行相关分析和计算。 二、综合热分析仪的结构、原理及性能 综合热分析仪是在程序控制温度下同步测定物质的重量变化、温度变化和热效应的装置。一般地，综合热分析仪主要由程序控制系统、测量系统、显示系统、气氛控制系统、操作控制和数据处理系统等部分组成。 1.TG的结构、原理及性能 热重法（TG）是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析技术。热重法记录的是热重曲线（ＴＧ曲线），它以质量作为纵坐标，以温度或时间为横坐标，即ｍ—Ｔ曲线。 热重法通常有下列两种类型：等温热重法：在恒温下测定物质质量变化与时间的关系；非等温热重法：在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。 热重法所用仪器称为热重分析仪或热天平，其基本构造是由精密天平和程序控温的加热炉组成，热天平是根据天平梁的倾斜与重量变化的关系进行测定的，通常测定重量变化的方法有变位法和零位法两种。①变位法是利用物质的质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用差动变压器直接控制检测。②零位法是靠电磁作用力使因质量变化而倾斜的的天平梁恢复到原来的平衡位置，施加的电磁力与质量变化成正比，而电磁力的大小与方向是通过调节转换结构中线圈中的电流实现的，因此检测此电流即可知质量变化。天平梁倾斜由光电元件检出，经电子放大后反馈到安装在天平衡量上的感应线圈，使天平梁又回到原点。 SDTQ600综合热分析仪采用水平双杆双天平的结构设计。一臂作为水平天平零位平衡测量，另一臂作为高灵敏度DTA的热电偶。同时，一臂用来装填试样，