玻璃結晶度的估算方法與流程
2023-05-06 09:34:31 1
本發明涉及屬於無機非金屬材料領域，主要指適應於非晶體材料熱處理加工中玻璃結晶度的簡易估算方法。
背景技術：
結晶度是材料裡含有晶體多少的量度，對材料的物理和化學性能有很大影響，同時結晶度也是設計熱處理工藝和研究動力學的重要參數，而它的變化是與晶化的起始溫度，放熱的最大溫度都有關係。對微晶玻璃製備來說，需要一定的晶體和玻璃相比例，對高聚物製備來說，結晶度越大，尺寸穩定性越好，強度、韌性和剛性越好。所以，結晶度的估算對微晶玻璃，高聚物材料及金屬玻璃熱處理加工中晶化的工藝和材料的性能設計都有重要應用。對於成核晶化的研究形成了以Johnson-Mehl-Avrami模型為主，經過不斷地修正和發展形成的適用於不同條件、不同體系的一些晶化理論，其基本元素是結晶度和時間的關係，經過發展可得到結晶度和溫度的關係。在測試手段上，可採用了DTA，DSC和XRD。DSC和DTA是材料領域用得最為廣泛的測試結晶度技術，在分析金屬玻璃晶化，高聚物晶化和微晶玻璃的玻璃晶體機理研究方面經常用到。但該理論只能在理論模型上進行轉換，不能直接計算或估算溫度與結晶度的關係，且需要計算的參數也非常多，比如能量，指前因子，升溫速度和指數等，應用起來比較繁瑣。著名的Logistic方程在生長發育、繁殖、動態率、劑量反應率、人口數量、農林和醫學預測等方面有廣泛應用，並根據上述領域建立不同的專用模型，計算數據可為實際應用過程提供有價值依據，如農林模型可為制定精細的栽培方案和對生長作深入的分析提供依據。而結晶度和溫度關係近似有Logistic方程的特點，可以由上述領域發展到材料領域，但在實際中，還有大量數據分布呈現偏態、傾斜的特徵，需要引入一個帶有調節參數的新的密度函數。在工藝設計中和測量中，由於溫度變化參雜其他因素的影響，往往使曲線變化不是非常有規律，使結晶度的計算有一定的偏差，普通計算時需要轉換幾個過程，要不斷地重複在機器或曲線上讀取面積，非常麻煩。同時，由於在工藝和動力學研究中，需要隨時考慮結晶度對結構和性能的影響，材料合成的機理的研究也要對結晶度進行了解，以便建立動力學模型。對結晶度進行估算，可及時，方便和直觀了解晶化狀態，掌握動力學變化規律，根據得到的信息，在熱處理工藝和成分設計時，通過選取能量低的組分進行有效晶化，對高能量的配晶核劑促進晶化，使研究和工藝設計更為直接和方便。
技術實現要素：
本發明的目的是基於目前結晶度使用較多，計算不方便的的特點，提供一種玻璃結晶度的估算方法，可以直接估算出玻璃晶化過程中某一溫度下的結晶度。本發明解決所述技術問題的方案為：一種玻璃結晶度的估算方法，包括如下步驟，(1)利用DSC分析儀器，通過實際玻璃熱處理，獲得玻璃晶化dsc曲線；(2)通過DSC曲線的晶化峰確定峰的起始溫度、最高峰溫度和峰的結束溫度；(3)確立結晶度和溫度曲線變化的函數類別，推導出結晶度和溫度之間的關係，並通過實際熱處理工藝過程變化規律分析，建立模型α為結晶度，T為加熱過程的某一溫度，T峰為最高峰溫度，T始為峰的起始溫度，T終為峰的結束溫度；(4)通過實際測定和估算的結晶度誤差分析，驗證實際誤差n；n為計算的結晶度和測定的結晶度間的誤差，α計為估算的結晶度平均值，α測為測定的結晶度平均值；當m的絕對值小於3％時,使用該模型，當m的絕對值大於3％時,不適合該模型。本發明可為熱處理工藝設計和動力學研究提供一個方便可行的估算方法。附圖說明圖1為實施例1的dsc曲線樣圖，它是峰的起始溫度、最高峰溫度和峰的結束溫度的來源；圖2為實施例1中估算值曲線與實際值曲線的比較圖；圖3為實施例2的dsc曲線樣圖，它是峰的起始溫度、最高峰溫度和峰的結束溫度的來源；圖4為實施例2中估算值曲線與實際值曲線的比較圖；圖5為實施例3的dsc曲線樣圖，它是峰的起始溫度、最高峰溫度和峰的結束溫度的來源；圖6為實施例3中估算值曲線與實際值曲線的比較圖。具體實施方式以下通過具體實例進一步說明本發明。實施例1溶膠凝膠法製備某一組分的Fe2O3-CaO-SiO2體系微晶玻璃的過程中，玻璃晶化時，需要在一定升溫速度下在晶化峰值溫度保溫1小時左右的熱處理。峰值溫度是利用dsc測定曲線讀取最高峰溫度895.6℃，同時得到峰的起始溫度859.6℃、峰的結束溫度943.5℃、某一溫度面積(選取20左右個溫度讀取面積)和總面積57.8(如圖1)，通過面積比計算實際結晶度做比較用。將數據代入模型得計算得分布曲線，與實際曲線比較見圖2，誤差n＝1.11％。符合實際誤差範圍，曲線也顯示與實際符合較好。實施例2製備Ca2F-Fe2O3-CaO-SiO2體系微晶玻璃的過程中，最高峰溫度896.7℃，同時得到峰的起始溫度859.6℃、峰的結束溫度929.5℃、某一溫度面積(選取20左右個溫度讀取面積)和總面積54.7(如圖3)，通過面積比計算實際結晶度做比較用。將數據代入模型得計算得分布曲線，與實際曲線比較見圖4，誤差n＝0.31％。符合實際誤差範圍，曲線也顯示主要部分與實際符合很好。實施例3含量為80％PP，20％EVA及1％蒙脫土的共混體系的高分子類晶化過程的DSC曲線為圖5，最高峰溫度214.4℃，同時得到峰的起始溫度212.2℃、峰的結束溫度216.5℃、某一溫度面積選取20左右個溫度讀取面積)和總面積0.06，通過面積比計算實際結晶度做比較用。將數據代入模型計算得分布曲線，與實際曲線比較見圖6。該模型用於某一高分子體系，誤差n＝1.29％，符合實際誤差範圍，曲線也顯示與實際符合較好。