结晶度与晶化温度关系模型建立方法

摘要

本发明公开了结晶度与晶化温度关系模型建立方法，步骤如下：(1)利用DSC分析仪器，通过实际玻璃热处理，获得玻璃晶化dsc曲线；(2)通过DSC曲线的晶化峰确定峰的起始温度、最高峰温度、峰的结束温度；(3)确立结晶度和温度曲线变化的函数类别，推导出结晶度和温度之间的关系，建立模型；(4)对模型编写程序，使用编写好的程序进行运算，通过曲线拟合，确定修正后的参数；(5)将修正后的参数代入模型，即可估算在峰的起始温度与峰的结束温度之间任意温度下的结晶度。本发明可为由不同组分组成的玻璃体系建立晶化峰的起始温度、最高峰温度、峰结束温度与结晶度之间的关系，并提供结晶度的估算方法，为热处理工艺设计和动力学研究提供一个方便可行的参数计算方法。

说明书

技术领域

本发明涉及属于无机非金属材料领域，主要指适应于非晶体材料热处理加工中玻璃晶化过程结晶度与温度变化关系的建立和结晶度的估算方法。

背景技术

结晶度是材料里含有晶体多少的量度，对材料的物理和化学性能有很大影响，同时结晶度也是设计热处理工艺和研究动力学的重要参数，而它的变化是与晶化的起始温度，放热的最大温度都有关系。对微晶玻璃制备来说，需要一定的晶体和玻璃相比例，对高聚物制备来说，结晶度越大，尺寸稳定性越好，强度、韧性和刚性越好。所以，结晶度的估算及与温度的关系对微晶玻璃，高聚物材料及金属玻璃晶化的工艺和性能设计都有应用。对于成核晶化的研究形成了以Johnson-Mehl-Avrami模型为主，经过不断地修正和发展形成的适用于不同条件、不同体系的一些晶化理论，这些理论的基本元素是结晶度和时间的关系，经过发展可得到结晶度和温度的关系。在测试手段上，可采用DTA，DSC和XRD。DSC和DTA是材料领域用得最为广泛的测试结晶度技术，在分析金属玻璃晶化，高聚物晶化和微晶玻璃中玻璃晶化机理研究方面经常用到。但该理论只能在理论模型上进行转换，不能直接计算或估算温度与结晶度的关系，且需要计算的参数也非常多，比如能量，指前因子，升温速度，指数等。

著名的Logistic方程在生长发育、繁殖、动态率、剂量反应率、人口数量、农林和医学预测等方面有广泛应用，并根据上述领域建立不同的专用模型，计算数据可为实际应用过程提供有价值依据，如农林模型可为制定精细的栽培方案和对生长作深入的分析提供依据。而结晶度和温度关系近似有Logistic方程的特点，可以由上述领域发展到材料领域，但在实际中，还有大量数据分布呈现偏态、倾斜的特征，需要引入一个带有调节参数的新的密度函数。在工艺设计中和测量中，由于温度变化参杂其他因素的影响，往往使曲线变化不是非常有规律，使结晶度的计算有一定的偏差，普通计算时需要转换几个过程，要不断地重复在机器或曲线上读取面积，非常麻烦。同时，由于在工艺和动力学研究中，需要随时考虑结晶度对结构和性能的影响，材料合成的机理的研究也要对结晶度进行了解，以便建立动力学模型。通过对结晶度进行估算，利用理论方程，可有效地判断能量变化，根据这种变化，在实际制备和生产中就可选取能量低的组分进行有效晶化，对高能量的可以配晶核剂促进晶化，使研究和设计更为直接和方便。

发明内容

本发明的目的是基于目前结晶度使用较多，计算不方便的的特点，提供一种结晶度与晶化温度关系模型建立方法，根据建立的模型，为估算玻璃晶化过程中某一温度下的结晶度和动力学研究建立基础。

本发明解决所述技术问题的方案为：一种结晶度与晶化温度关系模型建立方法，包括如下步骤，

(1)利用DSC分析仪器，通过实际玻璃热处理，获得玻璃晶化dsc曲线；

(2)通过DSC曲线的晶化峰确定峰的起始温度、最高峰温度、峰的结束温度；

(3)确立结晶度和温度曲线变化的函数类别，推导出结晶度和温度之间的关系，建立模型α为结晶度，b为修正系数，T为加热过程的某一温度，T′_峰为拟合的最高峰温度，T_始为峰的起始温度，T_终为峰的结束温度；

(4)对模型编写程序，使用编写好的程序进行运算，通过曲线拟合，确定修正系数b和拟合得到的T′_峰；

(5)将修正系数b和拟合得到T′_峰代入模型即可估算在峰的起始温度与峰的结束温度之间任意温度下的结晶度。

作为进一步的技术方案，所述的模型通过拟合最高峰温度与实际最高峰温度的误差分析，验证实际误差m；m为T_峰与T′_峰的误差；当m的绝对值小于5％时,使用模型：

T_峰为实际的最高峰温度；

当m的绝对值大于5％时，改用以下双修正系数模型：

α为结晶度，b，λ为修正系数，T为加热过程的某一温度，T′_峰为拟合的最高峰温度，T_始为峰的起始温度，T_终为峰的结束温度。

本发明的优点是：给出了结晶度与晶化温度关系模型的建立方法，可以用于玻璃在热处理晶化时，了解结晶度与晶化温度关系和估算晶体的变化程度，对指导材料热处理工艺设计和动力学理论研究有较大帮助。

附图说明

图1为实施例1的dsc曲线样图，它是峰的起始温度、最高峰温度和峰的结束温度的来源；

图2为实际测定的结晶度与用模型估算的结晶度的比较。

具体实施方式

以下通过具体实例进一步说明本发明。

实施例1

溶胶凝胶法制备某一组分的Fe₂O₃-CaO-SiO₂体系微晶玻璃的过程中，玻璃晶化时，需要在一定升温速度下在晶化峰值温度保温1小时左右的热处理。峰值温度是利用dsc测定曲线读取最高峰温度，同时得到峰的起始温度859.6℃、峰的结束温度943.5℃、某一温度面积和总面积(如图1)，根据面积计算出结晶度。将温度、不同温度的峰面积、根据面积计算的结晶度输入程序，得到分布状况(如图2)。从图2可以看出，与实际测定一致度非常好，分布参数为b＝9.3,T′_峰＝896.7，T_峰＝895.6，误差m的绝对值0.12％，小于5％，得到模型为当m的绝对值大于5％时，则使用模型，该体系经拟合得该体系备用模型参数为：b＝9.11,T′_峰＝899.6，λ＝-0.2553。

由于实施例1的m小于5％，直接使用模型经曲线比较发现三个曲线非常接近，误差小时，2个模型是是一致的。