PDF《“天地恒久远”-铂金样品支架的应用技巧》

德国耐驰仪器制造有限公司 热分析应用文集 "天地恒久远"-铂金样品支架的应用技巧 Dr.

Gabriele Kaiser NETZSCH-Ger?tebau GmbH, Selb/Germany 编译:戴世琨 曾智强 耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司 引言热电偶在热分析中已经成为标准的测温装置,具有装配简单、操作方便、功能多样、坚固耐用和简洁实用等优点.对于 温度超过 800℃的热分析测试,其热电偶材料通常为铂-铂/铑(10%) ,若按照化学组成,也可表示为 Pt-Pt10%Rh,或者称 为S型热电偶.早在

100 多年以前,Le Chetalier 已经研究开发了这种热电偶,其突出的优点表现为优异的重复性、良好的 抗腐蚀性和氧化稳定性. 结构: 按照ASTM E1159标准,热电偶的负极为铂金,正极为铂/铑(10.00+/-0.05%)合金(Edelmetall -Taschenbuch, Degussa AG/Frankfurt,1967) .耐驰的TG-DSC样品支架结构见图1. 图1. 铂金支架结构示意图 特性: 在室温状态下,这种致密的铂-铂/铑结构具有非常好的稳定性.但在高温时,即使常规的操作,也会使情况发生改变. 相互扩散、选择性挥发、重结晶以及环境影响都会造成热电偶的热力学强度发生改变或者损坏. 德国耐驰仪器制造有限公司 www.netzsch.cn NETZSCH Ger?tebau GmbH

1 德国耐驰仪器制造有限公司 热分析应用文集 图2. 轧制铂金丝的微观结构 (放大比例:400:1) a) 选择性挥发和相互扩散 温度超过 1000℃时,金属铑会发生挥发.另外,正极(Pt/Rh)中的铑会向负极(Pt)发生扩散.这两种作用均使得铂金 丝的纯度下降,增加了铂金丝磨损与折断的可能性. 对于 DSC/DTA 样品支架,当温度超过挥发温度时,为了最大程度降低形成合金的风险,在耐驰的支架中,热电偶丝的 多数部分均用高纯 Al2O3 毛细管保护起来. b) 重结晶 温度超过 1100℃时,铂金会发生重结晶,形成纹理粗糙的结构(见图 3) .这种晶粒的增长不仅发生在金属自身或者合 金之间,而且会导致相互接触的不同铂金配件发生"粘连" .例如,S 型DSC/TG 传感器与 Pt/Rh 坩锅.如果不采取任何措 施地使用样品支架与坩锅,升温超过 1000℃,就会导致坩锅粘在传感器上,造成样品支架的损坏.所以,我们必须利用特 殊的热处理方法来降低样品支架与坩锅粘连的可能性. 图3. 铂金丝在的重结晶结构 (放大比例: 100:1) 请注意您的样品支架操作说明书.按照要求,新的 Pt/Rh 坩锅在使用之前应先在其他炉子内加热至测试所要求的温度. 在具体测试的开始阶段,利用循序渐进的方法,每次测试完毕后将坩锅从传感器上取下防止粘连,直至最后温度超过

1100 ℃. 按照经验,弥散硬化的材料(简称 FKS) ,对传感器的表面和坩锅不会产生明显的变化.另外一种避免上述现象的方法 德国耐驰仪器制造有限公司 www.netzsch.cn NETZSCH Ger?tebau GmbH

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3 是在传感器表面和坩锅之间垫一片蓝宝石垫片,这样可以大大降低粘连的可能性,而样品支架的灵敏度也只有轻微的减小. c) 环境效应 实际上, 影响热电偶使用寿命的最大因素是和环境的相互作用. 由样品释放出来的具有扩散性的杂质会改变热电偶丝的 热力学强度,甚至引起断裂.关于铂金与不同材料和气氛匹配性的详细信息,可以查询本文所附表格.该列表同时也显示了 定期检查和校正的重要性,这是确保热电偶材质(Pt-Pt10%Rh)经过长时间使用仍不会超出允许公差极限范围的唯一方法. 下列物质将损坏氧化铝坩埚: ? 卤素(Cl2,F2,Br2) ,王水 ? Li2CO3 [CO2 释出之前] ? SiC,[1000℃以上] ? FeCl3 ? Be 合金 [在熔点以上即开始挥发] ? HCl 与氧化性物质(如铬酸,锰酸盐,三价铁盐,熔融盐)混合 ? 还原性气氛 ? Pb,Zn,Sn,Ag,Au,Hg,Li, Na, K, Sb, Bi, Ni, Fe, steel, As, Si(形成合金) ? P, B ? Se [320℃以上(建议在测试完成后立即冷却并移去样品,以防止硒的挥发)] ? 金属氧化物与还原性物质如 C、有机物或 H2 等混合 ? S(使坩埚表面粗糙) ? 碱金属的氢氧化物,碱金属的碳酸盐、硫酸盐、氰化物以及碱金属绕丹宁酸 [较高温度下] ? KHSO4 [较高温度下] ? 碳黑或单体碳 [1000℃以上] ? SiO2 [还原性条件下] ? HBr, KCN 溶液 [较高温度下] ? 不耐高温的氧化物 [1000℃以上] 白金坩埚对下列物质不具备抵抗力: ? KNO3 与NaOH 混合物 [700℃无空气存在情况下] ? KOH 与K2S [700℃无空气存在情况下] ? LiCl [600℃下] ? Na2O2 [500℃无空气存在情况下] ? MgCl2,Ba(NO3)2 [700℃下] ? HBr,HI,H2O2(30%)与HNO3 [100℃下] ? KCl(熔融过程中的分解产物具有破坏性.熔点:768℃) 白金坩埚对下列物质抵抗力有限: ? KHF2,LiF,NaCl [900℃下] ? NaOH 与NaNO3 的混合物 [700℃无空气存在情况下]