Отчет ЛР 1. Дифференциально термический анализ. Построение фазовых диаграмм Выполнили Ахметханова А. С
 Скачать 124.28 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» Институт новых материалов и технологий Кафедра Технологии стекла Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине «Оптоэлектроника и волоконная оптика» на тему: «Дифференциально термический анализ. Построение фазовых диаграмм» Выполнили: Ахметханова А.С. Захарова У. Студентки гр. НМТМ-121204 Преподаватель: Салимгареев Д.Д. Дата 24.11.2022 Екатеринбург 2022 Цель работы: 1. Ознакомиться с сущностью метода ДТА 2. Провести качественный анализ кривых ДТА и количественный анализ кривых 3. Построить и проанализировать фазовую диаграмму AgBr-AgI Введение Фаза - однородная (жидкая, твердая, газообразная) часть системы, имеющая одинаковое строение, состав, свойства и отделенная от других фаз поверхностью раздела. Системой называется совокупность фаз в твердом, жидком и газообразном состояниях, взятая для исследования при известных условиях и занимающая определенный объем. Фазовые диаграммы состояний являются неотъемлемой частью любого обсуждения свойств материалов в тех случаях, когда речь идет о взаимодействии различных материалов. Диаграммы состояния сплавов получают на основании данных экспериментальных исследований термического, микроскопического, рентгеноструктурного, магнитного и других анализов. Основным, наиболее простым и широко используемым является метод термического анализа. При этом анализе определяют температуру начала и конца затвердевания сплавов при переходе их из жидкого состояния в твердое, а также температуры всех фазовых превращений Диаграмму состояния строят в координатах температура-концентрация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты. Теоретические сведения Термический анализ (ТА) – метод исследования физико-химических и химических превращений, происходящих в веществе в условиях программированного изменения температуры. Под термическим анализом, понимается совокупность методов регистрации температуры произвольно выбранной точки в исследуемом веществе или какой-либо функции от температуры при непрерывном нагреве или охлаждении вещества по определенной программе. Дифференциальный термический анализ (ДТА) основан на регистрации разности температур исследуемого вещества и инертного образца сравнения при их одновременном нагревании или охлаждении. При изменении температуры в образце могут протекать процессы с изменением энтальпии, как например, плавление, перестройка кристаллической структуры, испарение, реакции дегидратации, диссоциации или разложения, окисление или восстановление. Такие превращения сопровождаются поглощением или выделением тепла, благодаря чему температура образца и эталона начинают различаться. Установка для ДТА (рисунок 1) состоит из печи 4, в которую помещаются два тигля с исследуемым 1 и эталонным 2 образцами, снабженные термопарами 3; устройства для регулировки скорости нагрева печи 5 и приборов, фиксирующих температуру исследуемого образца 6 и разность температур между эталонным и исследуемым образцами 7.  Рисунок 1 – Схема установки для ДТА При одинаковой температуре двух образцов выходной сигнал будет равен нулю, а при протекании эндо- и экзотермических реакций в исследуемом образце на кривой при соответствующих температурах появляются пики, направленные в противоположные стороны (рисунок 2).  Рисунок 2 – Кривая ДТА Кривая ДТА 1 испытываемого материала и линия 2, характеризующая темп нагрева печи (T – температура печи, Tм – температура материала). Часть кривой 1, совпадающая с горизонталью 0, называется основной линией и соответствует значению ∆T = 0. Эндотермический максимум на кривой ДТА находится внизу, а экзотермический максимум – вверху от основной линии. Экстремальные значения на кривой ДТА – точки В, F, М и N характеризуют температуру материала Tmax, при которой соответствующий процесс (испарение, окисление и т.д.) протекает с наибольшей скоростью. Точки A, D и L характеризуют температуру материала в начале процесса Tн, а точки C, K и I. Чем больше площади Sэк и Sэнд, тем больше затрачивается или выделяется тепловой энергии, вызывающей соответствующий эффект при данной температуре материала. Недостатками ДТА являются: - точечный контакт между термопарой и тиглем; - низкая воспроизводимость базовой линии; - низкая точность при определении энтальпии; - значительно влияние конвекции излучения на теплообмен; - ограниченная воспроизводимость и точность калибровки энтальпии; Преимущества: - возможны большие массы навесок (важно для негомогенных материалов до 50 г) ; - легкое позиционирование образца. Влияние различных факторов на ДТА-кривые: 1.Различие удельной теплопроводности образца и эталона. Различие удельной теплопроводности образца и эталона вызывает отклонение дифференциальной кривой от нулевой линии. 2. Различие в теплоемкости и массе образца и эталона Если масса и теплоемкость образца больше, чем эталона, то дифференциальная кривая отклоняется вниз, и наоборот, если меньше, то дифференциальная кривая отклоняется вверх. 3.Форма и материал тиглей Форма тиглей оказывает большое влияние на интенсивность и площадь получаемых пиков. 4.Величина навески и дисперсный состав вещества При сравнении кривых, полученных с большими и малыми навесками на одном и том же образце, можно наблюдать для больших навесок большие площадки, соответствующие фазовому превращению, но с явно сглажены ми углами начала и конца процесса. 5. Скорость нагрева. Размещение термопары. Одним из самых существенных факторов, влияющих на характер дифференциальной кривой, является скорость нагрева. Скорость нагрева определяется величиной навески и скоростью реакции в исследуемом веществе. 6.Усадка и вспучивание образцов. Размер частиц образца. В процессе термоанализа многие вещества претерпевают усадку или вспучивание. Изменение размеров образца вызывает искажение его тепловых характеристик, поэтому происходит отклонение дифференциальной кривой от базисной линии Практическая часть Для построения фазовой диаграммы AgBr-AgI используется массив данных, полученный экспериментально. Он представляет собой значения температур, полученные с термопар, установленных в печи, при нагревании образца и образца сравнения в широком интервале температур для различных концентраций веществ этой системы. Для начала берутся данные при концентрации AgBr = 100 масс. %. Находим разницу температур и используем фильтр, ограничивающий диапазон ΔT d в интервале от -15 до 15°C для устранения шумов. Строим зависимость изменения этого значения от времени. По полученному графику на первом пике по методу двух касательных находим поправку, которую будем применять для остальных приков (рисунок 3). В нашем случае поправка составила 10 °C. Далее проецируем максимумы пика на температурный профиль печи и находим температуры, соответствующие эндо- или экзотермическим реакциям.     ΔТ  Рисунок 3 – определение поправки методом двух касательных Аналогично поступаем с данными, полученными при концентрации AgI=100 масс. %. В этом случае поправка составила 5 °C. Момент перехода от одной поправки к другой определяется по скачку на фазовой диаграмме (рисунок 4) Далее строим кривые и находим температуры максимумов приков для концентрации AgI от 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 масс. %. Определяем переход между поправками, в нашем случае переход осуществляется при концентрации AgI более 40 масс. %.  Рисунок 4 – Определение концентрации для перехода к новой поправке на температуру
 Выводы. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||