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　　隨著材料工業(yè)的不斷發(fā)展，熱分析技術(shù)已得到越來越廣泛的應用，在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。熱重分析法是在程序控制溫度下測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，其主要功能是觀察試樣重量隨測試溫度升高而發(fā)生的改變，從而得到試樣失重百分率、初始分解溫度(Ti)和終止溫度(Tf)，以及試樣反應速率等信息。該測試方法的最大優(yōu)點是定量性強，并能準確地測定出物質(zhì)的起始分解溫度、分解速率，而且試樣用量少，分辨率高.。但熱重法在測試過程中受影響的因素較多，如氣氛流量、填充方式、試樣粒度、升溫速率以及試樣量的多少，這些因素都會影響測試結(jié)果。為得到比較理想的測試結(jié)果，必須要研究各種影響因素的特點，針對各因素的特點采用不同的解決方法，使負面因素的影響減小到最低限度，保證測試結(jié)果的準確性。

　　實驗結(jié)果與討論

　　1.升溫速率

　　升溫速率是影響TG曲線的主要因素之一，其對熱分解的起始溫度、終止溫度和中間產(chǎn)物的檢出都有著較大的影響。升溫速率越慢，特別是對多步失重的樣品來說，分辨率就會提高，每步的失重過程就會在TG曲線上顯示的比較清晰，但最大的缺點就是測試太耗時。反之，升溫速率越快，在TG曲線上鄰近的兩個失重平臺區(qū)分越不明顯，如果試樣在加熱過程中生成中間產(chǎn)物，則在TG曲線上就很難檢出。此外，升溫速率如果快，試樣的起始分解溫度和終止分解溫度也會隨升溫速率的增大而提高，從而使反應曲線向高溫方向移動。這是由于升溫速率越大，所產(chǎn)生的熱滯后現(xiàn)象越嚴重而導致的。圖1為某有機物樣品在氮氣流量為20ml/min，升溫速率分別為10℃/min、20℃/min時的TG曲線。從圖中可以看出，隨著升溫速率的增大，反應的起始溫度和終止溫度也增高，TG曲線向高溫側(cè)移動，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。這是因為傳熱需要一定的時間，當升溫速率增加時，樣品內(nèi)部不能及時升溫揮發(fā)和分解。

　　設置測試的升溫速率要根據(jù)客戶的測試目的及樣品的物理、化學性能而定。若是不了解其物化性能的樣品，應采用較快的升溫速率先測一次看其結(jié)果后再定待測樣品的升溫速率。而對于一些含能材料，由于其在一定溫度下會發(fā)生激烈反應，所以在試樣量較少的前提下，可適當提高升溫速率?？偠灾?，選擇合適的升溫速率是提高測試精度的一個關(guān)鍵因素。

　　圖1.不同升溫速率下的TG曲線

　　2.試樣量

　　升溫速率相同，試樣用量越多，升溫過程中試樣內(nèi)部的溫度差就越大。當發(fā)生分解反應時，若有吸熱或放熱現(xiàn)象，在反應過程中試樣的溫度偏差就越嚴重，從而引起的TG曲線畸變程度也越大；試樣量太多，試樣內(nèi)部分解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物難以逸出，會阻礙反應的順暢進行。圖2為升溫速率在10℃/min，氮氣流量為20ml/min，某有機物樣品質(zhì)量分別為5mg、10mg時測得的TG曲線。從圖中可以看出，隨著樣品量的增多，TG曲線向高溫方向移動，溫度區(qū)間變寬。這是因為試樣用量越大，試樣內(nèi)部的溫度梯度越大，當其表面達到分解溫度后，要經(jīng)過較長時間內(nèi)部才能達到分解溫度，導致爐子的程序控溫與試樣內(nèi)部溫度產(chǎn)生時間上的滯后，表現(xiàn)在TG曲線上就出現(xiàn)程序控溫比實際的熱分解溫度偏高，曲線向高溫方向偏移。同時，試樣用量也會影響逸出氣體在試樣粒子間的空隙向外的擴散速度。樣品的分解與氣體揮發(fā)是同時進行的，采用較大的樣品量時，熱分解反應會產(chǎn)生較多的氣體，這些氣體需要較長的揮發(fā)時間，樣品量的增加會增加氣體的擴散阻力，在試樣間隙和表面上形成一定分壓，進而影響樣品的分解，使樣品的分解溫度變高，從而使得TG曲線向高溫移動。

　　為了得到一條好的曲線，必須要掌握樣品的用量。根據(jù)實踐經(jīng)驗，對于一些熱感度較低的物質(zhì)，失重率低的物質(zhì)，樣品用量可多些。而對于失重率高和反應比較劇烈的樣品，用量絕對不能多，一般應控制在0.5mg以下，否則不但會突然增重，引起曲線變形，重者還會損壞儀器。試樣用量的多少，應控制在熱重分析儀靈敏度范圍內(nèi)。

　　圖2.不同樣品質(zhì)量的TG曲線

　　3.氣氛流量

　　熱重法通?？稍陟o態(tài)或動態(tài)氣氛下進行測試。在靜態(tài)氣氛下，雖然隨著溫度的升高，反應速度加快，但由于試樣周圍的氣體濃度增大，將阻止反應的繼續(xù)，使反應速度反而減慢。為了獲得重復性較好的試驗結(jié)果，多數(shù)情況下都是做動態(tài)氣氛下的熱分析，它可以將反應生成的氣體及時帶走，有利于反應的順利進行。同時氣流增加了爐內(nèi)氣體的對流傳熱，導致試樣升溫及時，對程序升溫的反應時間縮短。

　　4.試樣粒度

　　試樣粒度對熱傳導、氣體擴散有著較大的影響，例如，試樣粒度不同，對氣體產(chǎn)物擴散的影響也不同，因而會改變試樣的反應速度，進而改變TG曲線的形狀。試樣的晶粒大可能會產(chǎn)生燒爆作用，從而使TG曲線上出現(xiàn)突然失重。試樣粒度越小，達到溫度平衡也，越快，對于給定的溫度，分解程度也越大。一般說來，試樣粒度越小，初始分解溫度Ti和終止分解溫度Tf都相應降低，反應區(qū)間變窄，試樣顆粒度大往往得不到較好的TG曲線。為了得到較好的試驗結(jié)果，要求試樣粒度均勻。

　　5.填充方式

　　實驗證明，試樣裝填方式對TG曲線也有影響。一般來說，試樣裝填越緊密，試樣顆粒間接觸越好，越有利于熱傳導，因而溫度滯后越小。但試樣裝填越緊密，越不利于氣氛向試樣內(nèi)擴散，不利于氣氛與試樣顆粒的接觸，更嚴重的是阻礙了分解氣體產(chǎn)物的擴散和逸出，從而影響熱重分析的測試結(jié)果。

　　結(jié)論

　　本文探討了影響熱重分析結(jié)果的一些因素，目的在于在實際測量過程中，盡可能減小這些因素對TG曲線的影響，以提高熱重分析的測試質(zhì)量。所以必須要加強對熱重分析技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生熱重分析系統(tǒng)誤差的規(guī)律及其原因，并找到解決問題的方法。