熱分析技術的應用

通過物質在加熱過程中出現(xiàn)的各種熱效應，如脫水、固態(tài)相變、熔化、凝固、分解、氧化、聚合等過程中產生放熱或吸熱效應來進行物質鑒定，了解物質在不同溫度的熱量、質量等變化規(guī)律是非常重要的材料研究手段。例如，陶瓷材料的主要原料來自天然礦物，在陶瓷工業(yè)生產中，對這些天然礦物原料的鑒定，以及了解它們在加熱過程中的變化是十分重要的。應用熱分析方法可幫助確定各種原料配入量和制訂燒成制度。作為可塑原料的黏土，常常由多種礦物組成，各種礦物的可塑不同，且在陶瓷中的作用也有所區(qū)別。

  經(jīng)差熱分析可確定黏土中礦物的組成，如多水高嶺石在100℃左右脫去層間吸附水、在130℃左右脫去結晶水，在500~600℃之間脫去結構水而吸熱并失重，分別產生吸熱峰和失重曲線的變化。蒙脫石于100-350℃之間失去層間吸附水，600~650℃左右失去結構水，也分別吸熱而產生吸熱峰和失重曲線的變化。在黏土中常含有石英，加熱過程中在573℃產生晶型轉變而出現(xiàn)尖小的吸熱峰等。

  在金屬材料研究中，熱分析方法也有廣泛的用途。例如，淬火鋼在回火過程中各階段組織轉變的熱效應不同，可通過對其比熱容的測定，研究各轉變階段的情況。圖4.1-18是用撒克司法測定含w（C）=0.74%鋼回火時的比熱容曲線。由圖中曲線1可見若無組織轉變，比熱容應直線變化。

由于加熱過程發(fā)生組織轉變，在不同溫度區(qū)間產生三種不同熱效應。其中熱效應I對應于淬火馬氏體轉變?yōu)榛鼗瘃R民體，此時馬氏體正方度減小，并從固溶體中析出。碳化物相；熱效應Ⅱ由殘余奧氏體分解引起，即殘余奧氏體轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體并析出碳化鐵；熱效應Ⅲ由碳化鐵轉變?yōu)闈B碳體及位錯大量減少引起。 

圖4.1-18  w（C)=0.74%的碳鋼淬火后加熱時的比熱容曲線

1一淬火態(tài)樣品；2-250℃回火2h的樣品

預先將試樣在250℃回火2h，使殘余奧氏體發(fā)生分解，再用上述方法測量比熱容，則得圖4.1-18所示的比熱容曲線2曲線上，熱效應I已消失，表明馬氏體已轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體。熱效應Ⅱ顯著減少，意味著250℃回火已使部分殘余奧體產生分解，尚未分解的繼續(xù)分解為鐵素體和碳化鐵。與曲線1相同的熱效應Ⅲ表明，250℃回火對碳化鐵轉變?yōu)闈B碳體不產生影響。