结晶度与晶化温度关系模型建立方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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，
[0006] (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；
[0007] (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；
[0008] (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，Iw峰为 拟合的最高峰温度，Ite为峰的起始温度，Til为峰的结束温度；
[0009] (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'
[0010] (5)将修正系数b和拟合得到T' 4|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。
[0011] 作为进一步的技术方案，所述的模里
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T4t与T' 4>的误差；当 m的绝对值小于5%时，使用模型：
为实际的最高峰温度；
[0013] 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，Iw 为拟合的最高峰温度，Ite为峰的起始温度，Til为峰的结 束温度。
[0015] 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】
[0016] 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；
[0017] 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】
[0018] 以下通过具体实例进一步说明本发明。
[0019] 实施例1
[0020] 溶胶凝胶法制备某一组分的？6203-0&0-510 2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°C、峰的结束温度943. 5°C、 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，Τ' 峰=899. 6, λ = -〇· 2553。
[0021] 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。
【主权项】
1. 一种结晶度与晶化温度关系模型建立方法，其特征在于：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 型为结晶度，b为修正系数，T为加热过程的某一温度，Τ' 为拟合 的最高峰温度，1?为峰的起始温度，T#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 Τ'峰； (5)将修正系数b和Τ'4|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。2. 如权利要求1所述的结晶度与晶化温度关系模型建立方法，其特征在于：所述的模 3通过拟合的最高峰温度与实际的最高峰温度的误差分析，验证实际 误差m ;为T峰与V峰的误差； 当m的绝对值小于5%时，使用模型：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，Τ' 4>为拟合的最高峰温度， 1?为峰的起始温度，T#为峰的结束温度。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105260503
【申请号】CN201510579089
【发明人】李彬, 陈雪东, 王永亚
【申请人】李彬
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月11日