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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410834111.2 (22)申请日 2014.12.29 G01N 25/14(2006.01) (71)申请人 成都光明光电股份有限公司 地址 610100 四川省成都市龙泉驿区成龙大 道三段 359 号 (72)发明人 欧玲 (74)专利代理机构 成都希盛知识产权代理有限 公司 51226 代理人 蒲敏 (54) 发明名称 晶化热处理的温度测量方法 (57) 摘要 本发明是提供一种晶化热处理时可以直观地 得到核化温度和晶化温度的测量方法。晶化热处 理的温度测量方法, 该方法包括以下步骤 : 1) 对 材料加热并得到差热曲线 。
2、; 2) 对差热曲线进行一 阶微分得到差热一阶微分曲线 ; 3) 所述差热曲线 的第一吸热峰值温度 Ts 为核化开始温度 ; 所述差 热一阶微分曲线的第二个放热峰开始温度Ts3*为 晶化最低温度。本发明利用差热一阶微分分析方 法, 可以快速准确地得到晶化热处理时的核化温 度、 最大核化速率温度和晶化温度 ; 本发明的方 法直观快速、 容易测量分析得到, 而且还能用分析 得到的数据进行模拟工艺实验, 寻找到最佳的核 化和晶化时间, 这对材料晶化都有极其重要的指 导意义。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (1。
3、0)申请公布号 CN 104483343 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104483343 A 1/1 页 2 1.晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 该方法包括以下步骤 : 1) 对材料加热并得到差热曲线 ; 2) 对差热曲线进行一阶微分得到差热一阶微分曲线 ; 3) 所述差热曲线的第一吸热峰值温度 Ts 为核化开始温度 ; 所述差热一阶微分曲线的 第二个放热峰开始温度 Ts3*为晶化最低温度。 2.如权利要求 1 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 所述差热一阶微分 曲线的第一个放热峰温度 Ts2*为核化的最佳温度或核化速率最大化温度。 3.如权利要。
4、求 2 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 可根据晶核尺寸在 所述 Ts Ts2*的温度范围内进行核化温度的选择。 4.如权利要求 1 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 所述差热一阶微分 曲线的第二个放热峰峰值温度 Ts4*为晶化速率最大化温度。 5.如权利要求 4 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 可根据晶体尺寸在 所述 Ts3* Ts4 *的温度范围内进行晶化温度的选择。 6.如权利要求 1 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 如果材料具有多种 晶型, 差热一阶微分曲线的第一个放热峰温度 Ts2*为核化速率最大化温度 ; 第二个放热峰 的。
5、开始温度 Ts3*是第一个晶型晶化最低温度 , 第二个放热峰的峰值温度 Ts4 *为第一个晶 型晶化速率最大化温度 ; 第三个放热峰的开始温度 Ts5*是第二个晶型晶化最低温度 , 第三 个放热峰的峰值温度 Ts6*为第二个晶型晶化速率最大化温度, 依此类推。 7.如权利要求 6 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 可根据晶体尺寸在 所述 Ts5* Ts6 *的温度范围内进行晶化温度的选择。 8.如权利要求 6 所述的晶化热处理的温度测量方法, 其特征在于, 所述第一个晶型与 第二个晶型的比例可根据二个晶型晶化所恒温的时间来确定。 权 利 要 求 书 CN 104483343 A 。
6、2 1/4 页 3 晶化热处理的温度测量方法 技术领域 0001 本发明涉及一种对材料进行晶化热处理的工艺, 特别是涉及一种对玻璃或陶瓷材 料进行晶化热处理时的温度测量方法。 背景技术 0002 对玻璃或陶瓷通过控制晶化而制得微晶玻璃或陶瓷, 具有突破的力学、 热学及电 学等性能, 而材料的外在性能取决于其内在结构, 其内在结构与晶化热处理时的核化温度 和晶化温度息息相关。 0003 现有对玻璃或陶瓷进行晶化热处理时, 其核化温度和晶化温度是利用差热法或 膨胀仪对玻璃转变温度 (Tg)、 驰垂温度 (Ts) 以及析晶放热峰值的温度测量来获取的, 玻 璃进行晶化热处理时的差热曲线如图 1 所示,。
7、 核化温度一般定在 Ts 附近, 或根据核化温 度 Tg+2/3(Ts-Tg) 来确定 ; 晶化温度一般定在析晶峰附近, 或根据晶化温度核化温度 +100 150来确定, 这样获取的温度不直观也不准确, 另外, 最大核化速率及其温度是不 可知的, 而最大核化速率温度一直是玻璃或陶瓷进行晶化热处理时需要得到的重要参数。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种晶化热处理时可以直观地得到核化温度 和晶化温度的测量方法。 0005 本发明解决技术问题所采用的技术方案是 : 晶化热处理的温度测量方法, 该方法 包括以下步骤 : 0006 1) 对材料加热并得到差热曲线 ; 0007 2)。
8、 对差热曲线进行一阶微分得到差热一阶微分曲线 ; 0008 3) 所述差热曲线的第一吸热峰值温度 Ts 为核化开始温度 ; 所述差热一阶微分曲 线的第二个放热峰开始温度 Ts3*为晶化最低温度。 0009 进一步的, 所述差热一阶微分曲线的第一个放热峰温度 Ts2*为核化的最佳温度或 核化速率最大化温度。 0010 进一步的, 可根据晶核尺寸在所述 Ts Ts2*的温度范围内进行核化温度的选择。 0011 进一步的, 所述差热一阶微分曲线的第二个放热峰峰值温度 Ts4*为晶化速率最大 化温度。 0012 进一步的, 可根据晶体尺寸在所述 Ts3* Ts4 *的温度范围内进行晶化温度的选 择。 。
9、0013 进一步的, 如果材料具有多种晶型, 差热一阶微分曲线的第一个放热峰温度 Ts2* 为核化速率最大化温度 ; 第二个放热峰的开始温度 Ts3*是第一个晶型晶化最低温度 , 第二 个放热峰的峰值温度 Ts4*为第一个晶型晶化速率最大化温度 ; 第三个放热峰的开始温度 Ts5*是第二个晶型晶化最低温度 , 第三个放热峰的峰值温度 Ts6 *为第二个晶型晶化速率 最大化温度, 依此类推。 说 明 书 CN 104483343 A 3 2/4 页 4 0014 进一步的, 可根据晶体尺寸在所述 Ts5* Ts6 *的温度范围内进行晶化温度的选 择。 0015 进一步的, 所述第一个晶型与第二个。
10、晶型的比例可根据二个晶型晶化所恒温的时 间来确定。 0016 本发明的有益效果是 : 利用差热一阶微分分析方法, 可以快速准确地得到晶化热 处理时的核化温度、 最大核化速率温度和晶化温度 ; 通过数据分析和模拟实验还能得到最 佳核化时间和晶化时间 ; 根据不同配方的玻璃差热曲线和模拟实验, 能得到控制微晶大小 和晶型的不同温度和时间 ; 本发明的方法直观快速、 容易测量分析得到, 而且还能用分析得 到的数据进行模拟工艺实验, 寻找到最佳的核化和晶化时间, 这对材料晶化都有极其重要 的指导意义 ; 对于有两种以上晶型的材料 , 可根据差热一阶微分曲线分析得到的数据进行 准确温度控制 , 从而得到。
11、所需的材料晶型与晶型配比以及所需的晶体尺寸 ; 本发明方法不 仅可以用于对玻璃和陶瓷的晶化热处理, 还可用于其它材料。 附图说明 0017 图 1 是玻璃样品 5 /min 的差热曲线图 ; 0018 图 2 是实施例 1 的玻璃样品 5 /min 的差热曲线图与差热一阶微分曲线图 ; 0019 图 3 是实施例 2 的玻璃样品 5 /min 的差热曲线图与差热一阶微分曲线图 ; 0020 图 4 是同一种玻璃样品 10 /min 与 2 /min 的差热曲线图 ; 0021 图 5 利用本发明的方法所得到的核化温度、 核化速率最大化温度和晶化温度对 3 种玻璃样品进行晶化热处理后得到的 10。
12、 /min 差热曲线图 ; 0022 图 6 是图 5 中 1# 玻璃晶化热处理后的图片 ; 0023 图 7 是图 5 中 2# 玻璃晶化热处理后的图片 ; 0024 图 8 是图 5 中 3# 玻璃晶化热处理后的图片。 具体实施方式 0025 根据热力学第一定律 : 内能的变化 () 热能 (Q) 对外做功 (W), 对该定律 进行时间一阶微分 : dQ/dt d()/dt dw/dt, 对外做功 (W) 可视为热膨胀功, 而热膨 胀功与温度几乎是线性关系, 其对时间微分基本为零, 这从微分曲线也可看出。因此, 上述 一阶微分可以得到 : dQ/dt d()/dt, 即单位时间的热量变化等。
13、于单位时间的内能变 化, 也即为 : 物质结构改变的能量晶体形成的能量。 0026 本发明的方法是根据在加温测量中材料的微观物态变化, 得知在这一过程中随物 态变化而引起的热值变化, 推断其相对应的最佳核化温度和最大核化速率温度以及最佳晶 化温度。 具体地, 就是采用差热曲线的一阶微分分析技术来体现材料在加热过程中, 由于核 化和晶化而引起的热值变化, 并由不同的变化来确定材料在核化或晶化以及核化或晶化最 大化时的温度值。 0027 实施例 1 : 0028 在热分析仪器的样品坩埚内加入玻璃样品, 进行玻璃样品测试, 玻璃样品要求熔 化均匀无析晶, 得到玻璃 5 /min 的差热曲线 , 然后。
14、进行曲线的一阶微分分析并得到差热 一阶微分曲线, 如图 2 所示。 说 明 书 CN 104483343 A 4 3/4 页 5 0029 1) 核化温度与核化最大速率的确定 0030 从玻璃5/min的差热曲线和一阶微分曲线可以看到, 当玻璃加热到驰垂温度Ts 时, 能量达到玻璃晶核所需的活化能, 即有晶核开始生成, 也就是说相分离开始 ; 当玻璃加 热到 Ts1*时, 一阶微分曲线显示由吸热转向了放热, 即玻璃微观结构的变化出现了拐点, 也 就是说, 高于此温度玻璃将开始有物理状态的改变, 玻璃微观结构的排列在此时将向能量 (自由能)较低有序排列的晶体转化(这一过程在曲线上表现出放热现象)。
15、 ; 第一个放热峰 温度 Ts2*可认为是玻璃微观结构变化最大化的温度, 也是玻璃加热过程中放热量最大的温 度, 这是由于晶体的自由能低于玻璃体, 在此转化过程中, 会有放热现象, 晶核生长的速率 越快即数量越多, 则放热变化值也越大, 当每分钟放热变化值达最大的 Ts2*时, 应该是晶核 生成速率最大即晶核数生成最多的温度。 0031 因此, 玻璃5/min的差热曲线的第一吸热峰值温度Ts可作为微晶玻璃的核化开 始温度 ; 差热一阶微分曲线的第一个放热峰温度Ts2*可作为核化的最佳温度或核化速率最 大化温度。 这是微晶玻璃或陶瓷在晶化之前最重要的核化温度参数, 知道了该温度, 玻璃或 陶瓷才。
16、能进行很好地核化, 才能得到纳米级的晶核, 其是玻璃或陶瓷晶体材料形成最重要 的参数。 0032 图 2 的差热曲线可看出这种玻璃配方只有一种晶型, 因为晶核尺寸与温度大小成 正比, 即 : 温度越高晶核尺寸越大, 因此可根据晶核尺寸在上述 Ts Ts2*的温度范围内进 行核化温度的选择。 0033 2) 晶化温度的确定 0034 从玻璃5/min的差热一阶微分曲线可以看到, 第二个放热峰开始温度Ts3*是晶 化最低温度 , 第二个放热峰峰值温度 Ts4*就可作为晶化速率最大化温度。因为晶体尺寸 与温度大小成正比, 即 : 温度越高晶体尺寸越大, 因此可根据晶体尺寸在Ts3*Ts4 *的温度 。
17、范围内进行晶化温度的选择 , 如需较大晶体尺寸也可选择大于 Ts4*。 0035 实施例 2 : 0036 在热分析仪器的样品坩埚内加入玻璃样品, 进行玻璃样品测试, 得到玻璃 5 / min的差热曲线与差热一阶微分曲线, 如图3所示, 从图3可以看出, 这种玻璃材料具有三种 晶型。 0037 从图 3 可以看出, 差热一阶微分曲线的第一个放热峰温度 Ts2*就可作为核化速率 最大化温度, 可根据晶核尺寸在 Ts Ts2*的温度范围内进行核化温度的选择 ; 第二个放热 峰的开始温度 Ts3*是第一个晶型晶化最低温度 , 峰值温度 Ts4 *就可作为第一个晶型晶化 速率最大化温度, 可根据晶体尺。
18、寸在 Ts3* Ts4 *的温度范围内进行晶化温度的选择 ; 第三 个放热峰的开始温度 Ts5*是第二个晶型晶化最低温度 , 峰值温度 Ts6 *就可作为第二个晶 型晶化速率最大化温度, 可根据晶体尺寸在 Ts5* Ts6 *的温度范围内进行晶化温度的选 择 ; 如需较大晶体尺寸也可选择大于 Ts6*。第一个晶型与第二个晶型的比例可根据二个晶 型晶化所恒温的时间来确定。 0038 玻璃晶化一般都是在 5 /min 或 2 /min 的升温速率下晶化的, 同一种玻璃在不 同的加热速率下得到的Tg、 Ts是不同的, 如图4所示, 并由此得到的核化与晶化温度也不相 同, 因此, 测量差热曲线时, 使。
19、用的差热升温速率与晶化升温速率必须一致。 0039 实施例 3 : 说 明 书 CN 104483343 A 5 4/4 页 6 0040 利用本发明的方法所得到的核化温度、 核化速率最大化温度和晶化温度, 对 3 种 玻璃样品 (1# 玻璃、 2# 玻璃、 3# 玻璃 ) 进行晶化热处理工艺 , 对晶化处理后的样品作差热 分析得到玻璃晶化后的 10 /min 差热曲线图, 如图 5 所示, 从图 5 可以看出玻璃几乎完全 晶化, 通过晶化热处理工艺得到了想要的晶体, 如图 6、 7、 8 所示。 0041 从以上理论和实验测量数据分析可得出 : 本发明由差热一阶微分曲线分析方法得 到的核化温度、 最大核化速率和晶化温度均最佳。 说 明 书 CN 104483343 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104483343 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104483343 A 8 3/3 页 9 图 5 图 6图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104483343 A 9 。