Въведение
Гранулите, произведени от алуминиево-манганова руда, се използват главно в металургичната промишленост. Той служи като суровина за производството на алуминиево-манганови сплави. Тези сплави се използват за различни приложения в автомобилната, космическата, строителната и електронната промишленост. В някои случаи гранулите от алуминиево-манганова руда се използват и в стоманодобивната промишленост като легираща добавка за някои видове стомана, за да се подобрят свойствата като здравина и устойчивост на корозия.
Условия за измерване
Енергийните ефекти бяха измерени с динамичен високотемпературен диференциален калориметър, NETZSCH модел DSC 404 F1 Pegasus® . Системата с горно зареждане позволява измервания от стайна температура до 1650°C. В зависимост от приложението могат да се използват различни DSC или DTA сензори; те могат лесно да се сменят от оператора. За съответните сензори се предлагат различни видове термодвойки (E, K, S и B), чийто избор зависи от температурния диапазон и необходимата чувствителност. Уредът е вакуумиран и по този начин позволява измервания в чист инертен газ или в окислителна атмосфера. Възможни са скорости на нагряване до 50 K/min. Софтуерът позволява изчисляване на температурата на начало и пик, инфлексни точки, интегриране на площта на пика и др. Параметрите на измерването са изброени в таблица 1.
Таблица 1: Параметри на измерването
| Инструмент | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Тип сензор/сензор | DSC Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp, тип S |
| Пещ | Родий |
| Тигли | Боров нитрид (BN) с пробит капак и дискове от Al2O3 между дъното на външния тигел и сензора |
| Температурна програма | RT до 1650°C |
| Скорост на нагряване | 20 K/min |
| Тегло на пробата | 30,748 mg |
| Стандарт за калибриране | Сапфир |
Резултати от измерванията и обсъждане
За измерването алуминиевата и мангановата руда (смляна) се смесват в съотношение 1:1 и се нагряват до 1650 °С при скорост на нагряване 20 K/min, като се използва аргонова атмосфера и тигел BN с пробит капак. На фигура 1 е показан DSC сигналът, показващ ясно видими енергийни ефекти с увеличаване на температурата.
Наблюдават се два леко припокриващи се ендотермични ефекта при пиковите температури от 612°C и 674°C (вж. увеличен изглед на фигура 2). Общата енталпия на тези ендотермични ефекти възлиза на 216 J/g. Този общ ефект вероятно се дължи на топенето на алуминиевия гранулат или част от него. Друг ендотермичен ефект се открива при пикова температура от 912°C.
large Над 1000°C при пиковите температури от 1217°C и 1362°C се наблюдава екзотермичен ефект с обща енталпия от -1554 J/g. Припокриването, разпознаваемо като рамене, най-вероятно се дължи на реакция в рамките на сместа от проби. Настъпва реакция, подобна на термитната [1]. Мангановата руда реагира с разтопения алуминий при по-високи температури, като се редуцира. Това означава, че манганът реагира с алуминия, като отстранява кислорода и образува метален манган. Реакцията протича в съответствие с термодинамичната реактивност между елементите.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
Конкретните условия на реакцията зависят от точния състав на мангановата руда и температурата. Този екзотермичен ефект с енталпия от -1554 J/g се разширява в широк температурен диапазон от над 500 °C. В края на измерването пробата се претегля отново. Установява се загуба на маса от ~ 5 %.
Резюме
Благодарение на възможността за извършване на термоаналитични изследвания при високи температури, DSC 404 F1 Pegasus® позволява анализи на материали при екстремни термични условия. Освен това с този здрав, но и много чувствителен инструмент е възможно изобразяването и характеризирането на реакционните енталпии large, както е показано в примера по-горе.
Енергийните ефекти и промените в състоянието могат да бъдат прецизно измерени и анализирани, което предоставя на изследователите ценни сведения за термичното поведение и стабилността на голямо разнообразие от материали в широка температурна област.
Този инструмент намира широко приложение в области като материалознанието и геологията или металообработващата/стоманодобивната и керамичната промишленост; т.е. в области, в които разбирането и познаването както на термичните, така и на термофизичните свойства на материалите е от решаващо значение за разработването на продукти, оптимизирането на процеси и контрола на качеството.