差熱分析儀在陶瓷材料中的應(yīng)用

   陶瓷材料隨著溫度的變化，其物理和化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，并伴隨有能量的吸收和放出，體積和質(zhì)量的改變等。熱分析法就是關(guān)于物質(zhì)物理性質(zhì)（能量、質(zhì)量、尺寸大小等）依賴于溫度變化而進(jìn)行測(cè)量的一項(xiàng)技術(shù)。陶瓷研究人員可用熱分析儀器來(lái)解釋問(wèn)題，控制質(zhì)量及研究開(kāi)發(fā)。

   熱分析的方法很多，有差熱分析，失重分析，熱膨脹和收縮的測(cè)定及組合在一起的綜合熱分析。一份對(duì)熱分析設(shè)備廠商的調(diào)查表明，近幾年熱分析設(shè)備在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用有較多增長(zhǎng)，購(gòu)買(mǎi)熱分析設(shè)備的主要是精細(xì)陶瓷行業(yè)（例如，結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷）和耐火陶瓷行業(yè)。他們應(yīng)用熱分析進(jìn)行質(zhì)量控制和生產(chǎn)工藝跟蹤和檢視。下面分別介紹熱分析方法的特點(diǎn)和在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用。

   陶瓷礦物原料或坯料在受熱或冷卻過(guò)程中，隨著溫度的變化，產(chǎn)生物理化學(xué)。變化，如分解或化合，氧化或還原，晶型轉(zhuǎn)變，固相反應(yīng)，結(jié)晶或析晶，熔融或凝固等。這些變化往往都伴隨著熱效應(yīng)，即以吸熱或放熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，其物理特性及化學(xué)特性與熱效應(yīng)的關(guān)系見(jiàn)表1。測(cè)定熱效應(yīng)值的簡(jiǎn)便而準(zhǔn)確的方法是差熱分析法。

   差熱分析（DTA）是測(cè)定礦物在不同溫度下，伴隨物理-化學(xué)變化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，從而得到該礦物的加熱（冷卻）曲線的一種方法。它是z基本、z通用的一種熱分析方法。

   目前的差熱分析DTA儀器實(shí)現(xiàn)了溫度控制和差熱記錄的全自動(dòng)化。其測(cè)度溫度范圍一般可從室溫到1500℃，還加設(shè)了氣氛控制、壓力控制裝置。綜合化、自動(dòng)化、快速、準(zhǔn)確、重復(fù)性好，已成為差熱分析DTA儀發(fā)展的特點(diǎn)。對(duì)礦物在加熱過(guò)程中的物理-化學(xué)現(xiàn)象，DTA儀器均能做出相應(yīng)準(zhǔn)確的測(cè)定以供分析。差熱分析在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用有：

   a、陶瓷原料的定性和定量分析

   由于礦物在各自特定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的熱效應(yīng)值，通過(guò)測(cè)定礦物這些熱效應(yīng)值，就可以了解各種礦物受熱變化的特征及變化的實(shí)質(zhì)，作為鑒定礦物類型的依據(jù)：并且在一定條件下，還可根據(jù)熱效應(yīng)曲線中的峰谷面積與產(chǎn)生這一效應(yīng)的作用物質(zhì)的質(zhì)量之間的比例關(guān)系進(jìn)行定量分析。例如：黏土礦物中水的存在形式有吸附水（層間水）、結(jié)晶水變化的特征及變化的實(shí)質(zhì)，作為鑒定礦物類型的依據(jù)：并且在一定條件下，還可根據(jù)熱效應(yīng)曲線中的峰谷面積與產(chǎn)生這一效應(yīng)的作用物質(zhì)的質(zhì)量之間的比例關(guān)系進(jìn)行定量分析。例如：黏土礦物中水的存在形式有吸附水（層間水）、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水。在加熱過(guò)程中，各種水的溢出溫度不同，如結(jié)構(gòu)水的溢出溫度最高，故呈不同特征的差熱曲線，從而可以區(qū)分黏土礦物。對(duì)于有相變礦物，在加熱過(guò)程中，其相變速率不同，熱效應(yīng)也不同，如石英，一類為不可逆的相變（α-石英→α-鱗石英→α-方石英），轉(zhuǎn)變速度很緩慢，用差熱分析觀察不到；另一類則是可逆的相變（αβγ），反應(yīng)速度較快，在差熱曲線上相變現(xiàn)象可清晰看到。

   b、制定合理的工藝制度

   由于差熱分析不僅能鑒定礦物種類，而且能掌握它們?cè)诩訜徇^(guò)程中的變化，因此測(cè)定坯料的差熱曲線，以便改進(jìn)配方和制定合理的燒成制度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

   c、DTA可用鑒別陶瓷材料

   DTA用來(lái)比較待測(cè)材料和參考材料的熱效應(yīng)隨著溫度變化，兩種材料置于以恒定速率變化的溫度環(huán)境中（例如，10℃/min）。對(duì)每一給定材料反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱交熱量（熱力學(xué)中稱焓）和溫度是固定的，是該材料的特征。所出現(xiàn)的材料“指紋信息”是受吸熱或放熱反應(yīng)所影響。利用DTA進(jìn)行的定性分析包括材料分解、氧化、晶相轉(zhuǎn)變、居里點(diǎn)、熔點(diǎn)及其它化學(xué)反應(yīng)。