高溫溫度被調整的差別掃描量熱計 (TM-DSC) Netzsch

包括的事宜

簡介
TM-DSC 理論上的背景
動態評定的模式
什麼樣的信號可以分隔?
示例

等溫 cp 確定
結論

簡介

溫度被調整的 DSC,縮寫的 TM-DSC,是常規 DSC 技術的擴展名。 等讀在 20 世紀 90 年代初介紹他們什麼時候公開了與軟件修改允許一個正弦溫度波動的疊加在一張基礎熱化或冷卻速度上的。 從那以後,對這個方法的使用在聚合物和配藥區變得普遍,特別是在低溫域。

新的 400 系列儀器的生成,在 2008年 NETZSCH 第一次擴展了此技術的應用範圍對更高的溫度。 這允許 TM-DSC 也現在適用於像金屬、合金、礦物或者玻璃的無機材料。

TM-DSC 理論上的背景

這個方法的福利是複雜被重疊的作用的分隔。 為了認識到此,使用的加熱速率不是恆定,而是疊加由正弦波。

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

那裡:

T0 : 開始溫度
HR : 基礎加熱速率
? : 角頻率
t : 期間
A : 高度

圖 1. 與期間的被調整的加熱速率的 60 s 和高度 0.1, 0.3 和 0.5 K (基礎加熱速率: 2 个 K/min)。

動態評定的模式

即根據期間、高度和基礎加熱速率的所選的參數,多種動態評定的模式可以被執行, : 仅熱 (A ? < HR),熱冷靜 (A ? > HR) 和熱 iso (A ? = HR)。 結果,只將加熱這個範例,被加熱并且冷卻或者被加熱和有一陣子交替地被暫掛在一個恆定的級別。

這個熱模式為消滅可逆熔化和結晶更喜歡。

另外,這個半等溫模式可以用於確定熱容量。

作為擾動 (被調整的加熱速率) 結果,範例溫度擺動以一個正弦方式,造成一個動搖的熱流信號 (圖 2)。

圖 2. 玻璃範例的 TM-DSC 評定,執行與在綜合航空的一個 STA 449 F1 Jupiter® 系統以 3 个 K/min 的加熱速率,期間的 60 s 和與高度 0.5 K

通常有移相 (延遲) 在擾動和這種回應之間。 數學 TM-DSC deconvolutes 通過傅立葉分析的此回應到二個類型的信號,一撤消的和一非撤消的一個裡。 另外,它計算是類似於 DSC 信號使用線性加熱速率的平均熱流 (變濃熱流)。

什麼樣的信號可以分隔?

比熱更改總是可視的在撤消的 DSC 曲線。 相反,非定常進程喜歡放鬆,再結晶,治療,分解,或者蒸發總是明顯的在非撤消的 DSC 曲線。

所以,應該是可能的從放鬆或再結晶作用容易地分隔玻璃轉移 (在圖 2 和 3) 能被看見。 熔化的進程,然而,以及快速化學反應,是可視的在撤消的和非撤消的 DSC 信號。 在此環境,實驗參數有對檢驗結果的果斷影響。 對於特定參數集,可能是可行的達到好分隔之間,例如,熔化和分解進程; 對於其他集它不可以。

圖 3. 圖 2 已分解的評定曲線到撤消的和非撤消的信號裡。 玻璃轉移明顯地是可視的在這個撤消的信號 (綠色曲線); 這個非撤消的信號 (紅色曲線) 顯示放鬆以及二個結晶作用。 藍色曲線是變濃熱氣流曲線,等同與一臺常規 DSC 儀器的曲線。

撤消的 (或交替) 熱流是能力從屬的熱并且表示這個熱力學要素。 非撤消的 (或非交替) 熱流表示這個運動要素。

示例

下列試驗運行 (1) 和 (2) 執行了與 STA 449 F1 Jupiter® 系統裝備鋼熔爐,類型 S 範例承運人和 Pt/Rh 坩堝有盒蓋的。 對應的模塊化執行通過使用冷卻的液氮在這種手動模式 (35% 基本的功率)。

根據鐵碳相位圖,鐵的阿爾法 beta 轉移在 700°C 前後將進行對 800°C,主要根據這個範例的含炭成分。 在同一溫度範圍,從鐵磁的居里轉移與鐵順磁的狀態發生,有時導致重疊二個作用 (參見圖 4)。

在鋼 (加熱速率的圖 4. STA 評定: 5 个 K/min)

對應的 TM-DSC 實驗的結果在圖 5. 能被看到。 磁性更改作為一個二次的轉移出現於撤消的部分 (黑色該死的曲線),而結構變化變得明顯在這個非撤消的部分 (紅色該死的曲線),與一個被外推的起始溫度 756°C。

在鋼 (加熱速率的圖 5. TM-DSC 評定: 5 个 K/min,期間: 60 s,高度: 0.5 K) 藍色: 變濃熱流,紅色: 非撤消曲線,黑色: 撤消曲線

等溫 cp 確定

在, ASTM 國際技術委員會研究一個新的標準時 (ASTM E 37; 第 3 份草稿在確定的比熱能力 2008 8月被發布了) 由正弦被調整的溫度差別掃描量熱計。 測試的操作範圍被定義在 -100°C 和 600°C. 之間。

為了欲知,如果此方法可能也被運用於更高的溫度,在青玉的一個評定進行與等溫步驟 (30 分鐘中的每一) 在 600°C、 700°C、 800°C 和 900°C (參見圖 6)。

在青玉 (加熱速率的圖 6. TM-DSC 評定: 5 个 K/min,期間: 60 s,高度: 0.5 K) 藍色: 作為範例,紅色的青玉: 青玉作為標準

這樣測試的評估程序在 NETZSCH 變形蟲軟件已經包括。 被計算的結果在圖 7 表示與在這個軟件青玉的理論上的 cp 曲線一起,已經存儲的。

在青玉的圖 7. 比熱確定 - 在實驗 (色的符號) 和理論上的數據 (紫羅蘭色曲線) 之間的比較

實驗和面額之間的區別在特定溫度範圍內少於 2% 並且在準確性的同一個範圍什麼可以達到與 DSC 404STA 449 系統通過使用動態比率法或這個方法根據 ASTM E 1269。

結論

TM-DSC 作為方法的確符合其要求能分隔被疊加的作用以多種案件。 玻璃轉移可以從分解、放鬆、蒸發或者冷結晶進程很好分隔。 另外,它是為確定 cp 的一個適當的工具在嚴密的容差內的類似等溫模式下。 但是,如果熔化是包含的,模塊化參數的選擇必須被考慮到。 在某種狀況下,這些可能有對評定結果的果斷影響這個撤消的和非撤消的部分的。

來源: 溫度被調整的差別掃描量熱計 (TM-DSC) 在高溫範圍
作者: 加布裡埃萊 Kaiser

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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