בטמפרטורה גבוהה, טמפרטורה מווסתת סריקה דיפרנציאלי Calorimetry (TM-DSC) על ידי Netzsch

נושאים שידונו

הקדמה
רקע תיאורטי של TM-DSC
מצבי מדידת Dynamic
איזה סוג של איתותי ניתן להפריד?
דוגמאות
פלדה
Cp מקורר באופן איזוטרמי קביעת
מסקנה

הקדמה

טמפרטורה מווסתת DSC , מקוצר TM-DSC , הוא שלוחה של הטכניקה DSC קונבנציונאלי. זה הוצג על ידי קריאה et al. בתחילת 1990 כאשר הונפקה עם שינוי תוכנה שמאפשר חפיפה של תנודות טמפרטורה סינוסי על חימום הבסיסית או קצב הקירור. מאז, השימוש בשיטה הפכה נפוצה, בעיקר בתחום טמפרטורה נמוכה בתחומים של פולימרים ותרופות.

עם ההשקה של 400 מכשירים חדשים בסדרה בשנת 2008, NETZSCH הרחיבה את טווח היישום של טכניקה זו לטמפרטורות גבוהות יותר בפעם הראשונה. זה מאפשר TM-DSC עכשיו לחול גם על חומרים אורגניים, כמו מתכות, סגסוגות, מינרלים או משקפיים.

רקע תיאורטי של TM-DSC

היתרון של השיטה הוא ההפרדה של תופעות חפפו מורכבים. כדי להבין זאת, שיעור חימום משמש אינה קבועה אלא על גבי גל סינוסי.

T (t) = T ₀ + + HR.t A.sin (לא?) -> DT / dt = HR + A? cos (? t)

שם:

T _0: טמפרטורת ההתחלה
משאבי אנוש: קצב החימום שבבסיס
? : תדירות זוויתית
t: תקופה
ת: משרעת

תרשים 1 קצב החימום מאופנן עם תקופה של 60 s ו אמפליטודות של 0.1, 0.3 ו - 0.5 K (קצב החימום הבסיסית: 2 K / min)..

מצבי מדידת Dynamic

בהתאם פרמטרים נבחרים לתקופה, משרעת, וקצב החימום הבסיסית, מצבי מדידה שונים דינמי יכול להיות מוצא להורג, דהיינו: חום בלבד (? <HR), חום מגניב (?> HR) וחום-iso (A? = HR). כתוצאה מכך, המדגם יהיה להיות או מחומם בלבד, מחומם ומקורר, או מחומם והחזיק לסירוגין ברמה קבועה למשך זמן מה.

מצב החום בלבד עדיפה לחיסול ההיתוך התגבשות הפיך.

בנוסף, במצב מקורר באופן איזוטרמי מעין יכול לשמש כדי לקבוע קיבולת החום.

כתוצאה של ההפרעות (קצב החימום מאופנן), הטמפרטורה מדגם נעה באופן סינוסואידלי וכן, וכתוצאה מכך אות זרימה יציבה חום (איור 2).

איור 2. TM-DSC מדידה של מדגם זכוכית, ביצע עם מערכת 449 STA F1 ® צדק באוויר סינתטי בקצב חימום של 3 K / min, לתקופה של 60 s עם משרעת של 0.5 K

יש בדרך כלל פאזה (עיכוב) בין ההפרעות לבין התגובה. TM-DSC מתמטית deconvolutes זו תגובה באמצעות ניתוח פורייה לשני סוגים של אותות, היפוך שאינו היפוך אחד. בנוסף, היא מחשבת את זרימת החום הממוצע (סך זרימת החום), אשר מקביל האות DSC תוך שימוש בשיעור חימום ליניארי.

איזה סוג של איתותי ניתן להפריד?

שינויים חום סגולי תמיד גלוי היפוך DSC עקומה. לעומת זאת, תלוי זמן תהליכים כמו הרפיה, התגבשות מחדש, ריפוי הפירוק, או אידוי תמיד לכאורה הלא היפוך DSC עקומה.

לכן, זה צריך להיות אפשרי בקלות להפריד מעברים זכוכית הרפיה או התגבשות מחדש תופעות (כפי שניתן לראות באיור. 2 ו -3). תהליכי התכה, לעומת זאת, כמו גם תגובות כימיות במהירות, הם גלויים הן היפוך ולא היפוך DSC אותות. בהקשר זה, את הפרמטרים הניסוי יש השפעה מכרעת על תוצאת הבדיקה. עבור קבוצות פרמטר ספציפי, זה עשוי להיות אפשרי להשיג הפרדה טובה בין נמס, למשל את תהליך הפירוק; עבור קבוצות אחרות אולי לא.

איור 3. עקומת מדידה של תאנה. 2 מחולק היפוך האות הלא היפוך. המעבר זכוכית היא נראית בבירור אות היפוך (עקומה ירוקה); את האות אי - היפוך (עקומת אדום) מראה את הרפיה, כמו גם שתי השפעות התגבשות. העקום הכחול הוא סך תזרים עקומת חום, עם המקבילה העקומה של מכשיר DSC קונבנציונאלי.

זרימת החום היפוך (או לסירוגין) הוא חום קיבולת תלויי ומייצג את מרכיב התרמודינמית. אי - היפוך (או אי - לסירוגין) זרימת החום מייצג את מרכיב קינטי.

דוגמאות

רץ המבחן הבא (1) ו (2) בוצעו עם 449 STA F1 ® יופיטר מערכת מצויד תנור פלדה, המוביל מדגם S סוג Pt / Rh crucibles עם מכסים. אפנון המקביל בוצעה באמצעות חנקן נוזלי קירור במצב ידני (35% כוח בסיסי).

פלדה

על פי תרשים ברזל פחמן שלב, המעבר אלפא ביתא של ברזל יתקיים בסביבות 700 ° C עד 800 ° C, בעיקר בהתאם לתוכן פחמן של המדגם. בטווח טמפרטורה זהה, המעבר קירי מן פרומגנטי למדינה פאראמגנטיים ברזל מתרחשת, לפעמים המוביל החופפים של שתי תופעות (ראה איור. 4).

איור 4 מדידה STA על פלדה (קצב החימום: 5 K / min).

התוצאה של המקבילה TM-DSC הניסוי ניתן לראות באיור. 5. השינוי המגנטי כמעבר הסדר השני מופיע בחלק היפוך (עקום שחור מקווקו), ואילו השינוי המבני מתברר בחלק הלא היפוך (עקומת מקווקו אדום), עם טמפרטורה תחילת אקסטרפולציה של 756 ° C.

איור 5 TM-DSC מדידה על פלדה (קצב החימום: 5 K / min, תקופה: 60 s, אמפליטודה: 0.5 K). כחול: זרימת החום הכולל, אדום: אי - היפוך עקומת, שחור: עקומת היפוך

Cp מקורר באופן איזוטרמי קביעת

כרגע, ASTM הבינלאומי הוועדה הטכנית הוא עובד על סטנדרט חדש (ASTM E 37; טיוטה 3 פורסמה באוגוסט 2008) לקביעת קיבולת חום סגולי ידי ההפרש סינוסי הטמפרטורה מווסתת סריקה calorimetry. טווח ההפעלה של בדיקות מוגדר להיות בין -100 ° C ו -600 ° C.

על מנת לברר אם שיטה זו יכולה לחול גם על בטמפרטורות גבוהות, מדידה על ספיר בוצעה בצעדים מקורר באופן איזוטרמי (30 דקות כל אחת) ב 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C ו - 900 ° C (ראה איור. 6).

איור 6 TM-DSC מדידה על ספיר (קצב החימום: 5 K / min, תקופה: 60 s, אמפליטודה: 0.5 K). כחול: ספיר כמדגם, אדום: ספיר כסטנדרט

הליך ההערכה של בדיקות כאלה כבר כלול התוכנה NETZSCH פרוטאוס. התוצאות מחושב מתוארים באיור. 7 יחד עם עקומת cp תיאורטי ספיר, כבר מאוחסנים התוכנה.

איור 7 נחישות חום סגולי על ספיר -. השוואה בין (סמלים צבעוניים) ניסיוניים נתונים תיאורטיים (עקומת סגול)

ההבדל בין ניסיוניים בערכים נומינליים נמצא בטווח טמפרטורות נתון פחות מ -2%, ולכן באותו טווח הדיוק של מה ניתן להשיג עם DSC 404 או 449 STA מערכות באמצעות השיטה יחס דינמי או את השיטה על פי ASTM E 1269.

מסקנה

TM-DSC כשיטה אכן לפגוש הדרישה שלו להיות מסוגל להפריד בין ההשפעות על גבי במקרים שונים. מעברים זכוכית ניתן להפריד היטב הפירוק, הרפיה, אידוי, או קר התגבשות תהליכים. בנוסף, הוא כלי מתאים לקביעת cp במצב מעין מקורר באופן איזוטרמי בתוך טולרנסים הדוקים. אבל אם נמס מעורב, בחירת הפרמטרים אפנון צריך להילקח בחשבון. בנסיבות מסוימות, אלה יכולה להיות השפעה מכרעת על תוצאות המדידה עבור חלק היפוך ולא היפוך.

מקור: טמפרטורה, מווסת דיפרנציאלי Calorimetry סריקה (TM-DSC) בטווח בטמפרטורה גבוהה
מחבר: גבריאלה קייזר

לקבלת מידע נוסף על הביקור הזה מקור NETZSCH-Gerätebau GmbH .