1 ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет архитектуры и строительства Исследование структуры и минералогического состава методом ДСК и дилатометрии 2013 г.

2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Теплота – это количество энергии, которое теряет и получает тело в течение времени в форме теплового потока. Для измерения теплоты, выделяемой или поглощаемой в различных процессах, используются приборы, называемые калориметрами, а «калориметрия» означает измерение теплоты. Термический анализ (калориметрия) - метод исследования физико-химических процессов, основанный на регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ в условиях программирования температуры.

3 Принципиальная электрическая схема пирометра Н.С. Курнакова Схема предложенная Н.С. Курнаковым разработана 1903 году. Для измерения разности температур между образцом и эталоном используют дифференциальную термопару, состоящую из двух простых термопар, включенных последовательно путем соединения одноименных проволок (А и Б).

4 Методы термического анализа – Дифференциальный термический анализ (ДТА) – измеряется разность температур между эталоном и образцом. – Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) – измеряется разность тепловых потоков между образцом и эталоном. – Синхронный термический анализ (СТА) – комбинация методов ДСК и ДТА с измерением изменения веса образца.

5 Классфикация калориметров – Изотермический – Изопериболический – Адиабатический – Сканирующий

6 Дифференциальный сканирующий калориметр Схематическое изображение камеры ДСК: 1 – образец; 2 - эталон ДСК основан на нагревании (охлаждении) образца и эталона с заданной скоростью при сохранении их температур и измерении компенсирующего теплового потока, поддерживающего температуру образца в пределах заданной программы.

7 Экспериментальные кривые ДСК

8 Параметры аномалии 1.Температура начала пика, которая характеризует начало процесса, и окончания пика (Т 1 и Т 2 на рис. 2, определяются как точки пересечения касательных основной (базовой) линии ДСК и плеч пика). 2. Температура максимума (минимума) пика (Т 3 ), которая характеризует окончание процесса. 3.Площадью пика, которая определяет энтальпию процесса (J = Q/M, где Q - количество поглощенного/выделенного тепла, M - масса исследуемого вещества). Площадь пика – площадь, ограниченная экспериментальной кривой и базовой линией. 4. Воспроизводимость пика при охлаждении и последующем нагреве. Наличие воспроизводимости свидетельствует об обратимости фазового перехода. Если термическая аномалия не воспроизводится при повторном нагреве образца, это признак необратимого фазового перехода.

9 Общие требования к образцам для измерений методом ДСК - Образец не должен взаимодействовать с материалом измерительной ячейки и защитным газом, если данное взаимодействие не является предметом изучения. - Необходимо предотвратить переход образца в газовую фазу, если его сублимация или испарение не являются предметом изучения. - Необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между образцом и сенсором. Следует учитывать, что чем толще слой пробы в ячейке, тем выше нежелательный градиент температур в ее объеме. Взвешивать образец необходимо с точностью не менее 0,1 мг (±0,0001 г). - Необходимо обеспечить репрезентативность пробы. Жидкие образцы перед помещением в измерительную ячейку следует тщательно перемешивать.

10 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Дилатометрия (от латинского dilato – расширяю и греческого metreo – измеряю) – раздел физики и измерительной техники, изучающий зависимость изменения размеров тела от температуры, давления, электрического и магнитного полей, ионизирующих излучений и т.д. Дилатометрические исследования основаны на определении теплового расширения тел и его различных аномалий (при фазовых переходах и др.)

11 Принцип действия дилатометров В оптико-механических дилатометрах (чувствительность ~10-6 – 10-7 см) изменение размеров тела приводит к повороту зеркала; линейное расширение измеряется по смещению светового зайчика, отражённого от зеркала. В ёмкостных дилатометрах (чувствительность ~10-9 см) изменение размеров образца изменяет ёмкость электрического конденсатора, который служит датчиком. В индукционных дилатометрах (чувствительность ~10-9 см) при изменении размеров образца изменяется взаимное расположение двух катушек индуктивности и, следовательно, их взаимная индуктивность. В интерференционных дилатометрах (чувствительность ~10-9 см) исследуемый образец помещён между зеркалами интерферометра; при изменении расстояния между ними интерференционные полосы сдвигаются. В радиорезонансных дилатометрах (чувствительность ~10-12 см) датчиком служит объёмный резонатор, стенки которого изготовлены из исследуемого материала; об изменениях размера резонатора судят по изменению его резонансной частоты. Одним из наиболее чувствительных методов дилатометрии можно считать рентгеновский структурный анализ, позволяющий судить об изменении размеров тела по изменению параметров кристаллической структуры.

12 LVDT-датчик

13 Дилатометр L75VS1600LT Дилатометр оборудован двумя печками, работающим в диапазоне температур от -150 до 500оС и от комнатной температуры до 1600оС. Длина образца - не более 50 мм, диаметр – 7…12 мм. Диапазон измерения: от 25 до 2500 мкм. Разрешение ±0,125 нм Точность ±1 % Воспроизводимость: ±150нм Скорость нагрева от 0,1 до 100 о С/мин.

14 Применение дилатометрии Исследование термического расширения различных материалов

15 Применение дилатометрии Исследование изменений кристаллической решетки.

16 Применение дилатометрии Определение температуры стеклования

17 Применение дилатометрии Исследование влияния модификатора (волокон) на удлинение полимера.

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет архитектуры и строительства Спасибо за внимание! 2013 г.