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差热分析仪在陶瓷材料中的应用
发布日期:2022-01-20      浏览次数:483
  陶瓷材料随着温度的变化,其物理和化学性质会发生变化,并伴随有能量的吸收和放出,体积和质量的改变等。热分析法就是关于物质物理性质(能量、质量、尺寸大小等)依赖于温度变化而进行测量的一项技术。陶瓷研究人员可用热分析仪器来解释问题,控制质量及研究开发。

   热分析的方法很多,有差热分析,失重分析,热膨胀和收缩的测定及组合在一起的综合热分析。一份对热分析设备厂商的调查表明,近几年热分析设备在陶瓷领域的应用有较多增长,购买热分析设备的主要是精细陶瓷行业(例如,结构陶瓷和功能陶瓷)和耐火陶瓷行业。他们应用热分析进行质量控制和生产工艺跟踪和检视。下面分别介绍热分析方法的特点和在陶瓷生产中的应用。

   陶瓷矿物原料或坯料在受热或冷却过程中,随着温度的变化,产生物理化学。变化,如分解或化合,氧化或还原,晶型转变,固相反应,结晶或析晶,熔融或凝固等。这些变化往往都伴随着热效应,即以吸热或放热的形式表现出来,其物理特性及化学特性与热效应的关系见表1。测定热效应值的简便而准确的方法是差热分析法。

   差热分析(DTA)是测定矿物在不同温度下,伴随物理-化学变化所产生的热效应,从而得到该矿物的加热(冷却)曲线的一种方法。它是基本、通用的一种热分析方法。

     

   目前的差热分析DTA仪器实现了温度控制和差热记录的全自动化。其测度温度范围一般可从室温到1500℃,还加设了气氛控制、压力控制装置。综合化、自动化、快速、准确、重复性好,已成为差热分析DTA仪发展的特点。对矿物在加热过程中的物理-化学现象,DTA仪器均能做出相应准确的测定以供分析。差热分析在陶瓷生产中的应用有:

   a、陶瓷原料的定性和定量分析

   由于矿物在各自特定的温度范围内产生相应的热效应值,通过测定矿物这些热效应值,就可以了解各种矿物受热变化的特征及变化的实质,作为鉴定矿物类型的依据:并且在一定条件下,还可根据热效应曲线中的峰谷面积与产生这一效应的作用物质的质量之间的比例关系进行定量分析。例如:黏土矿物中水的存在形式有吸附水(层间水)、结晶水变化的特征及变化的实质,作为鉴定矿物类型的依据:并且在一定条件下,还可根据热效应曲线中的峰谷面积与产生这一效应的作用物质的质量之间的比例关系进行定量分析。例如:黏土矿物中水的存在形式有吸附水(层间水)、结晶水和结构水。在加热过程中,各种水的溢出温度不同,如结构水的溢出温度最高,故呈不同特征的差热曲线,从而可以区分黏土矿物。对于有相变矿物,在加热过程中,其相变速率不同,热效应也不同,如石英,一类为不可逆的相变(α-石英→α-鳞石英→α-方石英),转变速度很缓慢,用差热分析观察不到;另一类则是可逆的相变(αβγ),反应速度较快,在差热曲线上相变现象可清晰看到。

   b、制定合理的工艺制度

   由于差热分析不仅能鉴定矿物种类,而且能掌握它们在加热过程中的变化,因此测定坯料的差热曲线,以便改进配方和制定合理的烧成制度,保证产品质量。

   c、DTA可用鉴别陶瓷材料

   DTA用来比较待测材料和参考材料的热效应随着温度变化,两种材料置于以恒定速率变化的温度环境中(例如,10℃/min)。对每一给定材料反应时产生的热交热量(热力学中称焓)和温度是固定的,是该材料的特征。所出现的材料“指纹信息”是受吸热或放热反应所影响。利用DTA进行的定性分析包括材料分解、氧化、晶相转变、居里点、熔点及其它化学反应。

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