高温温度被调整的差别扫描量热计 (TM-DSC) Netzsch

包括的事宜

简介
TM-DSC 理论上的背景
动态评定的模式
什么样的信号可以分隔?
示例

等温 cp 确定
结论

简介

温度被调整的 DSC,缩写的 TM-DSC,是常规 DSC 技术的扩展名。 等读在 20 世纪 90 年代初介绍他们什么时候公开了与软件修改允许一个正弦温度波动的叠加在一张基础热化或冷却速度上的。 从那以后,对这个方法的使用在聚合物和配药区变得普遍,特别是在低温域。

新的 400 系列仪器的生成,在 2008年 NETZSCH 第一次扩展了此技术的应用范围对更高的温度。 这允许 TM-DSC 也现在适用于象金属、合金、矿物或者玻璃的无机材料。

TM-DSC 理论上的背景

这个方法的福利是复杂被重叠的作用的分隔。 为了认识到此,使用的加热速率不是恒定,而是叠加由正弦波。

T (t) = T0 + HR.t + A.sin (? t) --> dT/dt=HR+A ? COS (? t)

那里:

T0 : 开始温度
HR : 基础加热速率
? : 角频率
t : 期间
A : 高度

图 1. 与期间的被调整的加热速率的 60 s 和高度 0.1, 0.3 和 0.5 K (基础加热速率: 2 个 K/min)。

动态评定的模式

即根据期间、高度和基础加热速率的所选的参数,多种动态评定的模式可以被执行, : 仅热 (A ? < HR),热冷静 (A ? > HR) 和热 iso (A ? = HR)。 结果,只将加热这个范例,被加热并且冷却或者被加热和有一阵子交替地被暂挂在一个恒定的级别。

这个热模式为消灭可逆熔化和结晶更喜欢。

另外,这个半等温模式可以用于确定热容量。

作为扰动 (被调整的加热速率) 结果,范例温度摆动以一个正弦方式,造成一个动摇的热流信号 (图 2)。

图 2. 玻璃范例的 TM-DSC 评定,执行与在综合航空的一个 STA 449 F1 Jupiter® 系统以 3 个 K/min 的加热速率,期间的 60 s 和与高度 0.5 K

通常有移相 (延迟) 在扰动和这种回应之间。 数学 TM-DSC deconvolutes 通过傅立叶分析的此回应到二个类型的信号,一撤消的和一非撤消的一个里。 另外,它计算是类似于 DSC 信号使用线性加热速率的平均热流 (变浓热流)。

什么样的信号可以分隔?

比热更改总是可视的在撤消的 DSC 曲线。 相反,非定常进程喜欢放松,再结晶,治疗,分解,或者蒸发总是明显的在非撤消的 DSC 曲线。

所以,应该是可能的从放松或再结晶作用容易地分隔玻璃转移 (在图 2 和 3) 能被看见。 熔化的进程,然而,以及快速化学反应,是可视的在撤消的和非撤消的 DSC 信号。 在此环境,实验参数有对检验结果的果断影响。 对于特定参数集,可能是可行的达到好分隔之间,例如,熔化和分解进程; 对于其他集它不可以。

图 3. 图 2 已分解的评定曲线到撤消的和非撤消的信号里。 玻璃转移明显地是可视的在这个撤消的信号 (绿色曲线); 这个非撤消的信号 (红色曲线) 显示放松以及二个结晶作用。 蓝色曲线是变浓热气流曲线,等同与一台常规 DSC 仪器的曲线。

撤消的 (或交替) 热流是能力从属的热并且表示这个热力学要素。 非撤消的 (或非交替) 热流表示这个运动要素。

示例

下列试验运行 (1) 和 (2) 执行了与 STA 449 F1 Jupiter® 系统装备钢熔炉,类型 S 范例承运人和 Pt/Rh 坩埚有盒盖的。 对应的模块化执行通过使用冷却的液氮在这种手动模式 (35% 基本的功率)。

根据铁碳相位图,铁的阿尔法 beta 转移在 700°C 前后将进行对 800°C,主要根据这个范例的含炭成分。 在同一温度范围,从铁磁的居里转移与铁顺磁的状态发生,有时导致重叠二个作用 (参见图 4)。

在钢 (加热速率的图 4. STA 评定: 5 个 K/min)

对应的 TM-DSC 实验的结果在图 5. 能被看到。 磁性更改作为一个二次的转移出现于撤消的部分 (黑色该死的曲线),而结构变化变得明显在这个非撤消的部分 (红色该死的曲线),与一个被外推的起始温度 756°C。

在钢 (加热速率的图 5. TM-DSC 评定: 5 个 K/min,期间: 60 s,高度: 0.5 K) 蓝色: 变浓热流,红色: 非撤消曲线,黑色: 撤消曲线

等温 cp 确定

在, ASTM 国际技术委员会研究一个新的标准时 (ASTM E 37; 第 3 份草稿在确定的比热能力 2008 8月被发布了) 由正弦被调整的温度差别扫描量热计。 测试的操作范围被定义在 -100°C 和 600°C. 之间。

为了欲知,如果此方法可能也被运用于更高的温度,在青玉的一个评定进行与等温步骤 (30 分钟中的每一) 在 600°C、 700°C、 800°C 和 900°C (参见图 6)。

在青玉 (加热速率的图 6. TM-DSC 评定: 5 个 K/min,期间: 60 s,高度: 0.5 K) 蓝色: 作为范例,红色的青玉: 青玉作为标准

这样测试的评估程序在 NETZSCH 变形虫软件已经包括。 被计算的结果在图 7 表示与在这个软件青玉的理论上的 cp 曲线一起,已经存储的。

在青玉的图 7. 比热确定 - 在实验 (色的符号) 和理论上的数据 (紫罗兰色曲线) 之间的比较

实验和面额之间的区别在特定温度范围内少于 2% 并且在准确性的同一个范围什么可以达到与 DSC 404STA 449 系统通过使用动态比率法或这个方法根据 ASTM E 1269。

结论

TM-DSC 作为方法的确符合其要求能分隔被叠加的作用以多种案件。 玻璃转移可以从分解、放松、蒸发或者冷结晶进程很好分隔。 另外,它是为确定 cp 的一个适当的工具在严密的容差内的类似等温模式下。 但是,如果熔化是包含的,模块化参数的选择必须被考虑到。 在某种状况下,这些可能有对评定结果的果断影响这个撤消的和非撤消的部分的。

来源: 温度被调整的差别扫描量热计 (TM-DSC) 在高温范围
作者: 加布里埃莱 Kaiser

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Date Added: Nov 3, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 22:59

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