Способ дифференциального термического анализа Советский патент 1983 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к термическому анализу и может быть использовано для исследования процессов, происходящих в веществе при нагревании и охлаждении.

Известен способ дифференциального термического анализа (ДТА) ,заключающийся в измерении разности температур между исследуемым веществом и эталоном, когда в качестве этгшона используется само исследуемое вещество, причем между двумя г1мпулами с исследуемым веществом поддерживается разность температур, и проводят одновременную запись температур исследуемого вещества в обеих ампулах, а также разность их температур L1J.

Использование в качестве эталона самого исследуемого вещества позволяет уменьшить сх1габки, связанные с различными теплоемкостями и неодинаковым нагревом образца и эталона. Однако измерение температуры происходит в нестационарных условиях, что не позволяет повысить точность измерения температур фазовых превргицений в исследуемом веществе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ ЛТА, заключающийся в измерении разности температур между

сследуемым веществом и эталоном. В качестве эталона о&лчно используется вещество, не испытывающее в исследуемом интервале температур никаких термических превращений. Это индйфеЕюнтное вещество помещается в печь одновременно с исследуемым веществом и по возможности в одинаковые с ним условия ,2,

10

Однако измерение температуры соiгласно указанному способу происходит в нестационарйых условиях. В этом случае всегда существует разница меж15ду истинной температурой образца и показаниями термопары, особенно, если термопара отделена от исследуемого образца защитным колпачком. Эта разница равнаДТ KdT/dt, К- по20казатель термической инерции термопары, зависящий от теплового контакта термопары с образцом, а dt - скорость нагревания или охлаждения. Кроме того, на поверхности образца и

25 между поверхностью образца и центральной его частью всегда существуют градиенты температуры, что приводит к трудностям регистрации начала и конца фазового превращения, особен30но, если оно происходит в интервале

температур, как,, например, плавлени твердых растворов.

Целью изобретения является повышени точности определения температу фазовых превращений.

Поставленная цель достигается те что согласно способу ДТА, заключающемуся в измерении разности температур между исследуемым веществом и эталоном, в качестве эталона испольют вещество, окружающее исследуемое вещество со всех сторон и испытывающее фазовый переход при известной температуре, отличающейся от температуры исследуемого фазового превращения на .

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая способ; на фиг. 2 - кривые изменения температуры образца; на фиг. 3 - температуры ликвидуса образцов.

Исследуемый образец 1 в ампуле 2 окружается со всех сторон эталонным веществом 3. При этом теплопроводность ампулы должна быть меньше, чем у образцам эталона. Температуры образца и эталона, а также разность температур между ними измеряется термопарами 4 и 5. ЭДС дифференциальной термопары при необходимосТи может быть усилена с помощью фотокомпенсационного усилителя. Показания термопар записываются на самописец б. Если температура фазового превращения в эталоне несколько -выше температуры фазового превращения в образце, то ДТА необходимо проволить в режиме нагревания, а если несколько ниже - то в режиме охлаждения.

Пример „ Определение линии ликвидус в системе InAs-Cd- Те. При небольших количествах Cd и Те в качестве эталона можно использовать чистый арсенид индия, температура плавления которого 942Ср это более удобно, что для многих исследований например для определения количества примесей в растворителе по понихсению температуры плавления, необходимо знать относительное изменение температуры. При нагревании эталона с постоянной скоростью мелуду ним и образцом устанавливается постоянная разность температур, которая тем больше, чем выше скорость нагревания. В данном случае при скорости нагревания 10°С/мин разность температур составляла 23°С. В момент времени io при Т 899+3 С образец начинает плавиться, скорость нагревания образца замедляется, что приводит к характерному излому на кривых изменения температуры образца и разности температур между эталоном и образцом (кривые айв),

В момент времени ii начинает плавиться эталон, температура в нем выравнивается и дальнейший нагрев исследуемого образца происходит в изотермических условиях. Вследствие этого скорость нагревания образца снижается, а градиенты температуры, существующие вдоль образца на его поверхности уменьшаются, т.е. условия измерения температуры приближаются к стационарным. Пссле окончания плавления образца.пои Т 925,4+0, в момент Bpej-ieHH fccL температуры образца и эталона быстро выравниваются, что также проявляется в характерных изломах кривых Oi и Ь .

Разница между известным способом ДТА и предлагаемым проявляется в характере изломов на кривых и и fe . В первом случае, когда эталон еще не плавится, нагрев образца происходит достаточно быстро и начало отклонения дифференциальной кривой закруглено. Поэтому температура начала плавления образца мржет быть определена с точностью в несколько градусов. С другой .стороны, конец плавления образца происходит в условиях медленного нагревг1, так как образец окружен со всех сторон веществом, имеющим постоянную температуру. Это приводит к тому, что излом на кривых О и b выражен более резко что позволяет определить температуру плавления образца с гораздо большей точностью.

На фиг. 3 приведены темперахщры ликвидуса образцов In.А;; О , , 5 O/SiGпри изменении X от О до 1 по вышеописанЕ-юй методике. Разброс экспериментальных точек не гтревьпиает 0,5 град. Это свидетельствует о том что с помощью предложенного спос9ба ДТА можно достичь более высокой .точности определения температур фазовых превращений, чем с помощью известных методов.

Формула изобретения

Способ дифференциал)эного термического анализа, заключагэщийся в измерении разности температур исследуемого вещества и эталона, о т л и ч а ю щ и и с .q тем, что, с целью повыиения точности определения температур фазовых превращений, в качестве эталона используют вещество, окружающее исследуемое вещество со всех сторон и испытывающее фазовый переход при известной тег шературе, отличающейся от температуры исследуемого фазового превращения наI-IO C

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР i- 187384, кл. G 01 N 25/00, 1964,

2.Берг Л,Г. Введение в термографию. М., Наука, 1969, с, 11-25 .(прототип)

ь i

0ui.2

лтГс

JO

W

Рм.Ъ