結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，主要指適應(yīng)于非晶體材料熱處理加工中玻 璃晶化過程結(jié)晶度與溫度變化關(guān)系的建立和結(jié)晶度的估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)晶度是材料里含有晶體多少的量度，對材料的物理和化學(xué)性能有很大影響，同 時結(jié)晶度也是設(shè)計熱處理工藝和研究動力學(xué)的重要參數(shù)，而它的變化是與晶化的起始溫 度，放熱的最大溫度都有關(guān)系。對微晶玻璃制備來說，需要一定的晶體和玻璃相比例，對高 聚物制備來說，結(jié)晶度越大，尺寸穩(wěn)定性越好，強度、韌性和剛性越好。所以，結(jié)晶度的估算 及與溫度的關(guān)系對微晶玻璃，高聚物材料及金屬玻璃晶化的工藝和性能設(shè)計都有應(yīng)用。對 于成核晶化的研究形成了以Johnson-Mehl-Avrami模型為主，經(jīng)過不斷地修正和發(fā)展形成 的適用于不同條件、不同體系的一些晶化理論，這些理論的基本元素是結(jié)晶度和時間的關(guān) 系，經(jīng)過發(fā)展可得到結(jié)晶度和溫度的關(guān)系。在測試手段上，可采用DTA，DSC和XRD。DSC和 DTA是材料領(lǐng)域用得最為廣泛的測試結(jié)晶度技術(shù)，在分析金屬玻璃晶化，高聚物晶化和微晶 玻璃中玻璃晶化機理研究方面經(jīng)常用到。但該理論只能在理論模型上進行轉(zhuǎn)換，不能直接 計算或估算溫度與結(jié)晶度的關(guān)系，且需要計算的參數(shù)也非常多，比如能量，指前因子，升溫 速度，指數(shù)等。
[0003] 著名的Logistic方程在生長發(fā)育、繁殖、動態(tài)率、劑量反應(yīng)率、人口數(shù)量、農(nóng)林和 醫(yī)學(xué)預(yù)測等方面有廣泛應(yīng)用，并根據(jù)上述領(lǐng)域建立不同的專用模型，計算數(shù)據(jù)可為實際應(yīng) 用過程提供有價值依據(jù)，如農(nóng)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(jù)。而結(jié)晶度和溫度關(guān)系近似有Logistic方程的特點，可以由上述領(lǐng)域發(fā)展到材料領(lǐng) 域，但在實際中，還有大量數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)偏態(tài)、傾斜的特征，需要引入一個帶有調(diào)節(jié)參數(shù)的 新的密度函數(shù)。在工藝設(shè)計中和測量中，由于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(guī)律，使結(jié)晶度的計算有一定的偏差，普通計算時需要轉(zhuǎn)換幾個過程，要不斷 地重復(fù)在機器或曲線上讀取面積，非常麻煩。同時，由于在工藝和動力學(xué)研究中，需要隨時 考慮結(jié)晶度對結(jié)構(gòu)和性能的影響，材料合成的機理的研究也要對結(jié)晶度進行了解，以便建 立動力學(xué)模型。通過對結(jié)晶度進行估算，利用理論方程，可有效地判斷能量變化，根據(jù)這種 變化，在實際制備和生產(chǎn)中就可選取能量低的組分進行有效晶化，對高能量的可以配晶核 劑促進晶化，使研究和設(shè)計更為直接和方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是基于目前結(jié)晶度使用較多，計算不方便的的特點，提供一種結(jié)晶 度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法，根據(jù)建立的模型，為估算玻璃晶化過程中某一溫度下的 結(jié)晶度和動力學(xué)研究建立基礎(chǔ)。
[0005] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的方案為：一種結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法， 包括如下步驟，
[0006] (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；
[0007] (2)通過DSC曲線的晶化峰確定峰的起始溫度、最高峰溫度、峰的結(jié)束溫度；
[0008] (3)確立結(jié)晶度和溫度曲線變化的函數(shù)類別，推導(dǎo)出結(jié)晶度和溫度之間的關(guān)系，建 立模型
α為結(jié)晶度，b為修正系數(shù)，T為加熱過程的某一溫度，Iw峰為 擬合的最高峰溫度，Ite為峰的起始溫度，Til為峰的結(jié)束溫度；
[0009] (4)對模型編寫程序，使用編寫好的程序進行運算，通過曲線擬合，確定修正系數(shù) b和擬合得到的T'
[0010] (5)將修正系數(shù)b和擬合得到T' 4|代入模型
即可估算在峰的 起始溫度與峰的結(jié)束溫度之間任意溫度下的結(jié)晶度。
[0011] 作為進一步的技術(shù)方案，所述的模里
通過擬合最高峰溫度與實 際最高峰溫度的誤差分析，驗證實際誤差m;
m為T4t與T' 4>的誤差；當(dāng) m的絕對值小于5%時，使用模型：
為實際的最高峰溫度；
[0013] 當(dāng)m的絕對值大于5 %時，改用以下雙修正系數(shù)模型：
α為結(jié)晶度，b，λ為修正系 數(shù)，T為加熱過程的某一溫度，Iw 為擬合的最高峰溫度，Ite為峰的起始溫度，Til為峰的結(jié) 束溫度。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點是：給出了結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型的建立方法，可以用于玻璃 在熱處理晶化時，了解結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系和估算晶體的變化程度，對指導(dǎo)材料熱處理 工藝設(shè)計和動力學(xué)理論研究有較大幫助。
【附圖說明】
[0016] 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(jié)束溫度 的來源；
[0017] 圖2為實際測定的結(jié)晶度與用模型估算的結(jié)晶度的比較。
【具體實施方式】
[0018] 以下通過具體實例進一步說明本發(fā)明。
[0019] 實施例1
[0020] 溶膠凝膠法制備某一組分的？6203-0&0-510 2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，同時得到峰的起始溫度859. 6°C、峰的結(jié)束溫度943. 5°C、 某一溫度面積和總面積（如圖1)，根據(jù)面積計算出結(jié)晶度。將溫度、不同溫度的峰面積、 根據(jù)面積計算的結(jié)晶度輸入程序，得到分布狀況（如圖2)。從圖2可以看出，與實際測定 一致度非常好，分布參數(shù)為b = 9.3, T'峰=896.7, T峰=895. 6,誤差m的絕對值0· 12%， 小于5%，得到模型為
當(dāng)m的絕對值大于5 %時，則使用模型，
該體系經(jīng)擬合得該體系備用模型參數(shù)
為：b = 9. 11，Τ' 峰=899. 6, λ = -〇· 2553。
[0021] 由于實施例1的m小于5%，直接使用模型 經(jīng)曲線比較發(fā)現(xiàn) 三個曲線非常接近，誤差小時，2個模型是是一致的。
【主權(quán)項】
1. 一種結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法，其特征在于：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、峰的結(jié)束溫度； (3)確立結(jié)晶度和溫度曲線變化的函數(shù)類別，推導(dǎo)出結(jié)晶度和溫度之間的關(guān)系，建立模 型為結(jié)晶度，b為修正系數(shù)，T為加熱過程的某一溫度，Τ' 為擬合 的最高峰溫度，1?為峰的起始溫度，T#為峰的結(jié)束溫度； (4)對模型編寫程序，使用編寫好的程序進行運算，通過曲線擬合，確定修正系數(shù)b和 Τ'峰； (5)將修正系數(shù)b和Τ'4|代入模型'即可估算在峰的起始溫度與峰 的結(jié)束溫度之間任意溫度下的結(jié)晶度。2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法，其特征在于：所述的模 3通過擬合的最高峰溫度與實際的最高峰溫度的誤差分析，驗證實際 誤差m ;為T峰與V峰的誤差； 當(dāng)m的絕對值小于5%時，使用模型：為實際的最高峰溫度； 當(dāng)m的絕對值大于5 %時，改用以下雙修正系數(shù)模型：，α為結(jié)晶度，b，λ為修正系數(shù)，T為加熱過程的某一溫度，Τ' 4>為擬合的最高峰溫度， 1?為峰的起始溫度，T#為峰的結(jié)束溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了結(jié)晶度與晶化溫度關(guān)系模型建立方法，步驟如下：(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、峰的結(jié)束溫度；(3)確立結(jié)晶度和溫度曲線變化的函數(shù)類別，推導(dǎo)出結(jié)晶度和溫度之間的關(guān)系，建立模型；(4)對模型編寫程序，使用編寫好的程序進行運算，通過曲線擬合，確定修正后的參數(shù)；(5)將修正后的參數(shù)代入模型，即可估算在峰的起始溫度與峰的結(jié)束溫度之間任意溫度下的結(jié)晶度。本發(fā)明可為由不同組分組成的玻璃體系建立晶化峰的起始溫度、最高峰溫度、峰結(jié)束溫度與結(jié)晶度之間的關(guān)系，并提供結(jié)晶度的估算方法，為熱處理工藝設(shè)計和動力學(xué)研究提供一個方便可行的參數(shù)計算方法。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105260503
【申請?zhí)枴緾N201510579089
【發(fā)明人】李彬, 陳雪東, 王永亞
【申請人】李彬
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月11日