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摘要：本文对陶瓷差热、失重、热膨胀、综合热等方面进行了分析，介绍了热分析在陶瓷检测中的作用。
关键词：差热分析；热膨胀；陶瓷；
前言
陶瓷材料是以离子键和共价键为主要结合键,从显微结构和状态上来看,多数陶瓷材料包括晶体相、玻璃相和气孔。陶瓷材料随着温度的变化，其物理和化学性质会发生变化，并伴随有能量的吸收和放出，体积和质量的改变等。热分析法就是关于物质物理性质（能量、质量、尺寸大小等）依赖于温度变化而进行测量的一项技术。下面分别介绍热分析方法的特点和在陶瓷生产中的应用。
1差热分析（DTA）
陶瓷矿物原料或坯料在受热或冷却过程中，随着温度的变化，产生物理化学变化，如分解或化合，氧化或还原，晶型转变，固相反应，结晶或析晶，熔融或凝固等。这些变化往往都伴随着热效应，即以吸热或放热的形式表现出来。测定热效应值的简便而准确的方法是差热分析法。
目前的DTA仪器实現了温度控制和差热记录的全自动化。其测度温度范围一般可从室温到1300℃，某些还加设了气氛控制、压力控制装置。综合化、自动化、快速、准确、重复性好，已成为DTA仪发展的特点。对矿物在加热过程中的物理-化学现象，DTA仪器均能做出相应准确的测定以供分析。差热分析在陶瓷生产中的应用有：
（1）陶瓷原料的定性和定量分析。由于矿物在各自特定的温度范围内产生相应的热效应值，通过测定矿物这些热效应值，就可以了解各种矿物受热变化的特征及变化的实质，作为鉴定矿物类型的依据：并且在一定条件下，还可根据热效应曲线中的峰谷面积与产生这一效应的作用物质的质量之间的比例关系进行定量分析。
（2）制定合理的工艺制度。由于差热分析不仅能鉴定矿物种类，而且能掌握它们在加热过程中的变化，因此测定坯料的差热曲线，以便改进配方和制定合理的烧成制度，保证产品质量。
（3）DTA可鉴别陶瓷材料。DTA用来比较待测材料和参考材料的热效应随着温度变化，两种材料置于以恒定速率变化的温度环境中（例如，10℃/min），每一给定材料反应时产生的热交换量（热力学中称焓）和温度是固定的，是该材料的特征。所出现的材料“指纹信息”是受吸热或放热反应所影响。利用DTA进行的定性分析包括材料分解、氧化、晶相转变、居里点、熔点及其它化学反应。
2失重分析（TGA）
生产陶瓷所用的许多矿物原料如黏土矿物，在加热时，会排除诸如吸附水、结晶水、结构水等；分解释放出二氧化碳等各种气体，还有升华等反应，使质量减少。而某些矿物，由于加热中的氧化，又使质量有所增加。失重分析法就是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种试验技术。失重分析方法有静态法、动态法。静态法是将试样在各个给定的温度下加热至恒重，然后计算试样的质量损失的百分数；动态法是在升温过程中连续称出样品的质量变化，分别以温度及对应的质量损失为横、纵坐标，即可得出温度-质量变化曲线。由于大多数物质，在加热过程中都是质量减少，所以习惯于叫这种曲线为失重曲线。失重分析在陶瓷生产中的应用有：
a、利用TGA可以研究物质热变化过程中试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解增物及推知反应机理等内容。实践证明，在加热过程中，不同的原料，由于物质的化学组成和结构的不同，都具有各自的热失重特征，这也是失重分析的基础。如果测定出被测原料的热失重曲线，与有关的矿物典型热
失重曲线（可从有关资料中获得或实际测出）进行比较，可以鉴别该原料的矿物类型，从而为陶瓷配方和制定烧成制度提供一定的依据。
b、利用TGA了解陶瓷烧成反应。TGA测量样品的质量（重量）与温度的函数关系，该热谱图为相鉴别或研究反应过程提供了有用的信息。这些反应包括氧化、还原、分解、挥发、升华以及与炉子气氛的反应。
3热膨胀分析（TDA）
TDA是测定材料尺寸随温度的变化关系。很多材料加热或冷却时的尺寸变化决定了这种材料的用途，加工的尺寸和形状，与其它材料的匹配，以及为最佳工艺条件提供数据。这些工艺条件包括材质成份，可以加工的尺寸和形状以及烧成制度。
4综合热分析
科学技术的发展，要求在不同的试样条件下，尽可能多地获得表征试样的特征的各种信息，以便于分析、比较，从而对所测试样做出比较正确的判断。因此仪器的综合化是分析仪器发展的方向。为适应科学研究和生产实践的需要，热分析法也有必要把各个单独的仪器组合在一起，使之在相同的试样条件下，得到关于试样热变化的各种信息数据，这就是综合热分析仪。把差热分析、失重分析、线膨胀系数分析组合在一起，在相同的试验条件下得到差热曲线、失重曲线、体积变化曲线以及升温曲线。
利用综合热分析试验可做如下分析：①当有吸热效应并佯有质量损失时，可能是物质脱水或分解：有放热反应，伴有质量增加时为氧化过程。②当有热效应而无质量变化时，为晶型转变所致，同时伴有体积变化。
③当有放热效应，并伴有体积收缩时，表示有新物质形式。④当没有明显的热效应，开始收缩或以膨胀转为收缩时，表示烧结开始，收缩越大，表示烧结进行得越剧烈。
5热分析用于消除陶瓷烧成缺陷实例
某陶瓷公司生产含有3.5%左右结合剂的不同尺寸形状的干压成形氧化铝小部件（2.54～10.16cm），在隧道窑中以24小时为周期进行烧成，由于发生丝状裂纹而导致40%的废品率。为了考察结合剂的燃烧效应，该公司分别在空气和氮中对加结合剂的氧化铝样品用DTA/TGA综合热分析仪及热膨胀仪（TDA）进行分析。表明了烧成过程中有空气与否的显著区别。在空气中350-500℃期间，由于结合剂燃烧导致的放热反应很剧烈，使得样品温度超过炉温，并因结合剂燃烧留下的气孔空间被烧结助剂和氧化铝的共熔物所填充，产生巨大收缩。这样一方面制品温度急剧上升，另一方面又急剧收缩，致使制品容易产生裂纹；，在氮气中350～600℃期间，样品是吸热反应，表明结合剂是分解而非氧化反应，此吸热反应强度远低于空气中的放热反应的强度，TDA曲线表明样品在氮气中没有产生巨大收缩，所以样品在氮气中，整个升温过程比较平稳，没有急剧升温和收缩现象，不会产生裂纹缺陷。
解决方法：
根据热分析结果，确认在结合剂燃烧区要尽量减少窑炉气氛中的氧含量，以便更好地控制结合剂的燃烧反应，使结合剂产生分解反应。烧成试验表明，将氧含量降至5%以下时结合剂燃烧反应弱，制品基本上不出现裂纹。具体实现措施是：
在隧道窑300至600℃区间进行遮挡，不让外界空气流入和减少助燃空气量。
参考文献
[1]周王主编.材料分析方法.北京:机械工业出版社,2007,3
[2]李家驹主编.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社,2001,1
关键词：差热分析；热膨胀；陶瓷；
前言
陶瓷材料是以离子键和共价键为主要结合键,从显微结构和状态上来看,多数陶瓷材料包括晶体相、玻璃相和气孔。陶瓷材料随着温度的变化，其物理和化学性质会发生变化，并伴随有能量的吸收和放出，体积和质量的改变等。热分析法就是关于物质物理性质（能量、质量、尺寸大小等）依赖于温度变化而进行测量的一项技术。下面分别介绍热分析方法的特点和在陶瓷生产中的应用。
1差热分析（DTA）
陶瓷矿物原料或坯料在受热或冷却过程中，随着温度的变化，产生物理化学变化，如分解或化合，氧化或还原，晶型转变，固相反应，结晶或析晶，熔融或凝固等。这些变化往往都伴随着热效应，即以吸热或放热的形式表现出来。测定热效应值的简便而准确的方法是差热分析法。
目前的DTA仪器实現了温度控制和差热记录的全自动化。其测度温度范围一般可从室温到1300℃，某些还加设了气氛控制、压力控制装置。综合化、自动化、快速、准确、重复性好，已成为DTA仪发展的特点。对矿物在加热过程中的物理-化学现象，DTA仪器均能做出相应准确的测定以供分析。差热分析在陶瓷生产中的应用有：
（1）陶瓷原料的定性和定量分析。由于矿物在各自特定的温度范围内产生相应的热效应值，通过测定矿物这些热效应值，就可以了解各种矿物受热变化的特征及变化的实质，作为鉴定矿物类型的依据：并且在一定条件下，还可根据热效应曲线中的峰谷面积与产生这一效应的作用物质的质量之间的比例关系进行定量分析。
（2）制定合理的工艺制度。由于差热分析不仅能鉴定矿物种类，而且能掌握它们在加热过程中的变化，因此测定坯料的差热曲线，以便改进配方和制定合理的烧成制度，保证产品质量。
（3）DTA可鉴别陶瓷材料。DTA用来比较待测材料和参考材料的热效应随着温度变化，两种材料置于以恒定速率变化的温度环境中（例如，10℃/min），每一给定材料反应时产生的热交换量（热力学中称焓）和温度是固定的，是该材料的特征。所出现的材料“指纹信息”是受吸热或放热反应所影响。利用DTA进行的定性分析包括材料分解、氧化、晶相转变、居里点、熔点及其它化学反应。
2失重分析（TGA）
生产陶瓷所用的许多矿物原料如黏土矿物，在加热时，会排除诸如吸附水、结晶水、结构水等；分解释放出二氧化碳等各种气体，还有升华等反应，使质量减少。而某些矿物，由于加热中的氧化，又使质量有所增加。失重分析法就是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度变化的一种试验技术。失重分析方法有静态法、动态法。静态法是将试样在各个给定的温度下加热至恒重，然后计算试样的质量损失的百分数；动态法是在升温过程中连续称出样品的质量变化，分别以温度及对应的质量损失为横、纵坐标，即可得出温度-质量变化曲线。由于大多数物质，在加热过程中都是质量减少，所以习惯于叫这种曲线为失重曲线。失重分析在陶瓷生产中的应用有：
a、利用TGA可以研究物质热变化过程中试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解增物及推知反应机理等内容。实践证明，在加热过程中，不同的原料，由于物质的化学组成和结构的不同，都具有各自的热失重特征，这也是失重分析的基础。如果测定出被测原料的热失重曲线，与有关的矿物典型热
失重曲线（可从有关资料中获得或实际测出）进行比较，可以鉴别该原料的矿物类型，从而为陶瓷配方和制定烧成制度提供一定的依据。
b、利用TGA了解陶瓷烧成反应。TGA测量样品的质量（重量）与温度的函数关系，该热谱图为相鉴别或研究反应过程提供了有用的信息。这些反应包括氧化、还原、分解、挥发、升华以及与炉子气氛的反应。
3热膨胀分析（TDA）
TDA是测定材料尺寸随温度的变化关系。很多材料加热或冷却时的尺寸变化决定了这种材料的用途，加工的尺寸和形状，与其它材料的匹配，以及为最佳工艺条件提供数据。这些工艺条件包括材质成份，可以加工的尺寸和形状以及烧成制度。
4综合热分析
科学技术的发展，要求在不同的试样条件下，尽可能多地获得表征试样的特征的各种信息，以便于分析、比较，从而对所测试样做出比较正确的判断。因此仪器的综合化是分析仪器发展的方向。为适应科学研究和生产实践的需要，热分析法也有必要把各个单独的仪器组合在一起，使之在相同的试样条件下，得到关于试样热变化的各种信息数据，这就是综合热分析仪。把差热分析、失重分析、线膨胀系数分析组合在一起，在相同的试验条件下得到差热曲线、失重曲线、体积变化曲线以及升温曲线。
利用综合热分析试验可做如下分析：①当有吸热效应并佯有质量损失时，可能是物质脱水或分解：有放热反应，伴有质量增加时为氧化过程。②当有热效应而无质量变化时，为晶型转变所致，同时伴有体积变化。
③当有放热效应，并伴有体积收缩时，表示有新物质形式。④当没有明显的热效应，开始收缩或以膨胀转为收缩时，表示烧结开始，收缩越大，表示烧结进行得越剧烈。
5热分析用于消除陶瓷烧成缺陷实例
某陶瓷公司生产含有3.5%左右结合剂的不同尺寸形状的干压成形氧化铝小部件（2.54～10.16cm），在隧道窑中以24小时为周期进行烧成，由于发生丝状裂纹而导致40%的废品率。为了考察结合剂的燃烧效应，该公司分别在空气和氮中对加结合剂的氧化铝样品用DTA/TGA综合热分析仪及热膨胀仪（TDA）进行分析。表明了烧成过程中有空气与否的显著区别。在空气中350-500℃期间，由于结合剂燃烧导致的放热反应很剧烈，使得样品温度超过炉温，并因结合剂燃烧留下的气孔空间被烧结助剂和氧化铝的共熔物所填充，产生巨大收缩。这样一方面制品温度急剧上升，另一方面又急剧收缩，致使制品容易产生裂纹；，在氮气中350～600℃期间，样品是吸热反应，表明结合剂是分解而非氧化反应，此吸热反应强度远低于空气中的放热反应的强度，TDA曲线表明样品在氮气中没有产生巨大收缩，所以样品在氮气中，整个升温过程比较平稳，没有急剧升温和收缩现象，不会产生裂纹缺陷。
解决方法：
根据热分析结果，确认在结合剂燃烧区要尽量减少窑炉气氛中的氧含量，以便更好地控制结合剂的燃烧反应，使结合剂产生分解反应。烧成试验表明，将氧含量降至5%以下时结合剂燃烧反应弱，制品基本上不出现裂纹。具体实现措施是：
在隧道窑300至600℃区间进行遮挡，不让外界空气流入和减少助燃空气量。
参考文献
[1]周王主编.材料分析方法.北京:机械工业出版社,2007,3
[2]李家驹主编.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社,2001,1