专利名称：热分析装置和热分析方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的热分析装置以及根据权利要求21 的前序部分的热分析方法背景技术
用于材料特性表示的研究方法称作热分析，其中，试样经历受控制的温度程序。在此，例如研究尺寸变化、质量变化、热效应、比热容或者挥发的气体。
试样可通过残余氧气在此外设置在试样室中的惰性气体环境中氧化，这歪曲了结果，并且因此是不希望的。因此，惰性气体(其也称为并且/或者使用为扫气用气体 (Spuelgas))中的残余氧气在用于在名义的惰性气体环境(例如氮气、氩气或氦气)下测量的设备中的存在示出了问题。
在设备中的残余氧气通常由此最小化，即典型的真空密封的设备被抽真空并且接下以高纯度的惰性气体来填充并扫气。因此，残余氧气浓度取决于设备的真空密封性、气体输入管道的真空密封性和现存的惰性气体的纯度。扫气用气体在进入设备之前的净化由于设备自身的最终的泄漏率和残余氧气从设备的壁的解吸仅是不充分的。
相应地，根据文件DE2 340 102 A，文件DE 698 30 247 T2，文件 36 21 014 C2 和文件DE 689 10 638 T2用于将残余氧气从惰性气体中除去的的装置和方法虽然适合于基本上减少惰性气体的残余氧气含量，但是惰性气体在残余氧气方面的纯度相应地在使用惰性气体之前通过它的其它的途经在相应的设备中被再次恶化。这可能可以在一定的生产过程和生产环境中接受，如其在之前提到的公布中例如被引用为用于惰性气体的应用，但是对于测量和分析的装置及方法，尤其如热分析装置和方法因此获得不了令人满意的结果。发明内容
因此，本发明的目的为减少并因此改善在利用热分析装置和方法的测量中的残余氧气负载。
该目的利用根据权利要求1的热分析装置以及根据权利要求21的热分析方法来实现。
因此，本发明提供一种热分析装置，其带有试样室，在其中包含有试样载体和加热装置以及惰性气体，其中，此外包含有用于产生朝向试样载体的惰性气体流动的用于惰性气体的流动装置和用于将残余氧气从惰性气体中除去的吸气装置(氧气收集装置)，其在惰性气体流动中在流动方向上布置在试样载体之前在其附近。
通过吸气装置，以有利的和根据本发明的方式在分析装置中在试样那里实现了残余氧气浓度的在局部的进一步降低。
优选地，此外设置成，吸气装置在惰性气体流动中在流动方向上在试样载体之前与其相间隔地来布置。
另外，当用于惰性气体的流动装置包含至试样室的惰性气体供给部(Inertgaszufuhr)时，是优选的。
又一另外的优选的设计方案在于，吸气装置包含有吸气载体和布置在其处或其上的、尤其金属的吸气材料，其中，尤其地此外可设置成，吸气载体和/或吸气材料在惰性气体的流动方向上前置于试样载体并且至少近似轴向地与后者对齐地来布置。替代地或附加地，优选地可设置成，
-吸气材料为耐热的，
-吸气材料包含锆，
-加热装置设计(如尤其构造、成形和/或布置)成将吸气材料加热到40(TC或更高的温度。
-吸气载体至少主要由陶瓷的材料构成，其中，陶瓷的材料尤其包含IO3，
-吸气载体至少主要由不与吸气材料反应的材料构成，并且/或者
-吸气载体为杆、线或环。
另一优选的设计方案在于，加热装置确定了加热区域，试样载体连同必要时布置在其上或其处的试样布置在加热区域中，并且吸气装置、必要时吸气材料至少部分地布置在加热区域中。
另外，优选地可设置成，加热装置这样设计和布置，使得它同时加热布置在试样载体上的试样并至少部分地加热吸气装置，必要时至少加热吸气材料。
根据又一另外的优选的设计方案设置成，用于加热布置在试样载体上的试样的加热装置包含有关于在试样载体上或在试样载体处的试样侧向地与试样载体相间隔的至少一个加热元件，其中，尤其另外可设置成，一个或多个加热元件侧向上至少部分地包围试样载体。
优选地，设计并布置流动装置，以便产生至少大致竖直的惰性气体流动，并且试样载体至少大致布置在吸气装置上方，使得惰性气体侧向地流动经过试样载体以及可布置在试样载体上的试样。替换地也可设置成，设计并布置流动装置，以便产生至少大致水平的惰性气体流动，并且试样载体至少大致侧向于吸气装置来布置，使得惰性气体流动至少流经试样载体以及可布置在试样载体上的试样。
惰性气体优选地包含氩气(尤其99. 996的纯度)、氮气和/或氦气。
此外，优选地可设置成，试样载体设计成承载用于容纳待研究的试样的坩埚。
优选地，氧气收集装置包含吸气装置。
此外优选地，之前所叙述的设计方案尤其适用于吸气装置，而另外也适用于热分析装置。
本发明最后还提供一种热分析方法，其中，在试样室中试样载体和加热装置由惰性气体包围，并且其中，惰性气体被推动作为惰性气体流动在试样室中首先流动通过或者经过用于将残余氧气从惰性气体中除去的吸气装置并且然后流动至布置在吸气装置附近的试样载体。
其中的一个优选的改进方案在于，惰性气体流动利用至试样室的惰性气体供给部来产生。
此外，优选地可设置成，加热装置确定加热区域，试样载体连同必要时布置在其上或其处的试样布置在加热区域中，并且吸气装置至少部分地、必要时至少吸气材料布置在加热区域中，使得加热装置同时加热可布置在试样载体上的试样并至少部分地加热吸气装置、或包含在其中的吸气材料。
热分析方法的另一优选的设计方案在于，产生至少大致竖直的惰性气体流动，其首先流动经过吸气装置并且然后流向至少大致布置在其上的试验载体，使得惰性气体侧向地流动经过试样载体以及可布置在试样载体上的试样。替代地可设置成，产生至少大致水平的惰性气体流动，其首先流动经过吸气装置并且然后流向至少大致侧向于其布置的试验载体，使得惰性气体流动至少流经试样载体以及可布置在试样载体上的试样。
此外可设置成，热分析装置由多个加热装置组成，吸气装置和试样利用多个加热装置可彼此独立地加热。
在一附加的设计形式中，在它没有被提前抽真空的情况下来运行热分析装置。在该实施形式中，仅利用惰性气体流动作用试样室，惰性气体流动在周围冲刷吸气装置并且之后在周围冲刷试样。
本发明的其它的优选的和/或有利的设计方案从权利要求和它们的组合以及总的当前的申请材料中产生。
根据实施例接下来参考附图仅示例性地进一步阐述本发明，其中，
图1在示意图中显示了热分析装置的第一实施例，
图2在示意图中显示了热分析装置的第二实施例，以及
图3显示了用于对根据本发明的热分析装置的应用的效果加以说明的测量图表。
具体实施方式
在附图的各个图和图表中的相同的附图标记标识了相同的或相似的或相同地或相似地起作用的部件。根据附图中的图示，未设有附图标记的这些特征也变得清楚，不取决于这些特征接下来是否进行说明。另一方面，包含在本说明书中、但是在附图中不可见或未示出的特征对于专业人员也可无容易地理解。
在图1和2中示意性地显示了热分析装置1的第一或第二实施例。
该热分析装置1包含试样室2，在其中包含有试样载体3和加热装置4以及惰性气体5。另外，包含有用于产生朝向试样载体3的惰性气体流动7的用于惰性气体5的流动装置6和用于将残余氧气从惰性气体5中除去的氧气收集装置8。流动装置6包含至试样室 2的惰性气体供给部9，试样室2此外还具有惰性气体出口 10，使得惰性气体5从惰性气体供给部9朝惰性气体出口 10流动通过试样室2并且在其中又从氧气收集装置8流向试样载体3。
惰性气体5例如涉及氩气，尤其99. 996的纯度，但是其中也可使用例如氮气或氦气或者气体混合物这些气体。
氧气收集装置8包含用于将残余氧气从惰性气体5中除去的吸气装置11并且在惰性气体流动7中在流动方向上在试样载体3之前在其附近但与其相间隔地来布置。吸气装置的结构、功能和作用从现有技术中，如尤其从开头所说明的公布中基本上已知，并且这里明确地参考于此，使得吸气装置11的所有的之前已知的设计方案和尤其在文件DE 2340 102A、文件 DE 698 30 247 T2、文件 DE 36 21 014 C2 和文件 DE 689 10 638 T2 中公开的特征通过这些避免简单的重复的参考全面地吸纳到当前的材料中。
吸气装置11包含吸气载体12和布置在其处或其上的吸气材料13，其尤其包含金属。吸气载体12和/或优选的金属的吸气材料13在惰性气体5或惰性气体流动7的流动方向上前置于试样载体3，并且至少近似轴向地与后者对齐地来布置。加热装置4设计(尤其如构造、模制和/或布置)成以便将吸气材料13加热到足够高的温度(大致在400°C以上)。但是，该温度值仅示出了在本实施例的范围中的数据；可使用的吸气装置11和吸气材料13在本发明的范围中不局限于从400°C和更高的温度才工作或起作用，而是也可使用在400°C以下工作或起作用的这些吸气装置11和吸气材料13。吸气材料13为耐热的并且包含锆。吸气载体12包括陶瓷的材料，尤其IO3，并且吸气载体12由其构成的材料不与吸气材料13反应。在构型方面，吸气材料可为杆、线或环。
加热装置4确定了加热区域14，在坩埚16中试样载体3连同布置在其上(参见图1)或其处(参见图2、的的试样15和吸气装置11或通常氧气收集装置8布置在加热区域14中。因此，氧气收集装置8的吸气装置11在惰性气体5或惰性气体流动7的流动方向上与试样载体3相间隔地布置，以便避免在试样15与吸气材料13之间的反应。
此外，加热装置4这样设计或布置，使得它同时加热可布置在试样载体3上的试样 15和吸气装置11或至少加热它的尤其金属的吸气材料13。对此，加热装置4关于在试样载体3上或在试样载体3处的试样15包括侧向地与试样载体3相间隔的加热元件17，其这样成形和布置，即它侧向上至少部分地包围试样载体3。
在根据图1的第一实施例中，热分析装置1这样布置和设计，即流动装置6通过惰性气体供给部9和惰性气体出口 10的布置产生了从下向上的竖直的惰性气体流动7，那么其中，试样载体3正好布置在吸气装置11上方，使得惰性气体流动7侧向地流经试样载体 3以及布置在试样载体3上的试样15。
与之相区别，并且这是第一与第二实施例的唯一的区别，正好在根据在图2中所示出的第二实施例的热分析装置1中设置成，流动装置6通过惰性气体供给部9和惰性气体出口 10的布置来设计和布置，以便产生水平的惰性气体流动7，并且试样载体3侧向于吸气装置11来布置，使得惰性气体流动7至少流经试样载体以及可布置在试样载体上的试样。
根据本方法，即在试样室2 (其包含试样载体3和相应地由惰性气体5包围的加热装置4)中推动惰性气体作为惰性气体流动7在试样室2中首先通过或经过用于将残余氧气从惰性气体5中除去的吸气装置11并且然后流向试样载体3，其虽然与吸气装置11相间隔、但是在其附近布置。
重要的是在图1和2中惰性气体的流向、即惰性气体流动7，惰性气体5中的残余氧气通过该流动首先到达至包含金属的吸气材料13、由其吸收并且由此不到达试样15的地点处。竖直的或水平的布置的选择可通过对设备和/或测量的其它的要求来作出。
热分析装置1和因此所执行的热分析方法以及尤其根据本发明在惰性气体流7中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11的工作原理示例性地根据在图3中所显示的获得镍的TG-DSC测量曲线变得清楚。测量两个镍试样，即一镍试样利用热分析装置1和因此所执行的热分析方法以及尤其根据本发明在惰性气体流动7中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11带有通过实线示出的结果，并且一镍试样没有在惰性气体流动7中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11。
TG标识了热重分析法，即确定质量变化，并且DSC标识了差示扫描量热法，其中， 可研究热效应，例如熔化。两个测量利用纯度99. 996的氩气-扫气用气体来执行。由文献已知的1455°C的镍的熔点(Tmelt)在热分析仪器中经常用于在高的温度时的测温。但是，镍是非常易于氧化的，由此，以非限定的方式降低了熔点并且因此应不再用于测温。
利用热分析装置和因此所执行的热分析方法以及尤其根据本发明在惰性气体流动7中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11的测量提供了关于此的正确的结果，如利用实线所示出的测量曲线所显示的那样试样15未明显地氧化，这在水平伸延的TG曲线处可辨识出；没有发生重量变化。所谓的镍的DSC熔化峰值发生在1454. 9°C，即近似于1455°C的文献值，所检测的熔化焓delta H为299. 8J/g，即大约 300.OJ/go
在测量期间，在没有根据本发明在惰性气体流动7中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11的情况下试样15氧化，这在明显上升的TG曲线处根据虚线示出的测量曲线可明显地辨识出(重量增加)。DSC熔化峰值由于氧化已经发生在1443°C，即在文献值之下12°C。所测得的275J/g的熔化焓也比300J/g的文献值更低。
热分析装置1和因此所执行的热分析方法以及尤其根据本发明在惰性气体流动7 中布置在试样15和它的试样容器3之前的氧气收集装置8或吸气装置11使在热分析测量 (TGA、DSC、STA、DIL等)中残余氧气浓度的局部的降低成为可能，并且这样设计，即将尤其耐热的吸气材料13引入到热分析装置1的测量室或试样室2中。以相应必需的方式，吸气材料13通过加热元件被带到足够高的温度，以便能够起作用。在试样室2中的惰性气体5 中的残余氧气由吸气材料13吸收，并且由此有效地阻止了试样15的氧化。对此，吸气材料 13这样定位在热分析仪器中，即惰性气体首先流经吸气材料13并且然后流经试样15。吸气材料13不与坩埚16和试样15接触。耐热的吸气载体12将吸气材料13对应地定位在热分析装置1的试样室2中。吸气载体12由不与吸气材料13反应的材料构成，例如IO3 陶瓷。
8尤其地，本发明和其实施例的所有单个的特征和设计可能性是可组合的。 附图标记清单1热分析装置2试样室3试样载体4加热装置5惰性气体6流动装置7惰性气体流动8氧气收集装置9惰性气体供给部10惰性气体出
11吸气装置
12吸气载体
13吸气材料
14加热区域
15试样
16坩埚
17加热元件
权利要求
1.一种热分析装置(1)，其带有试样室O)，在其中包含有试样载体C3)和加热装置 (4)以及带有用于惰性气体(5)的惰性气体供给部(9)的流动装置(6)，其特征在于，包含有至少一个用于将残余氧气从所述惰性气体(5)中除去的吸气装置(11)，其中所述吸气装置(11)在所述惰性气体流动(7)中在流动方向(6)上布置在所述试样载体C3)之前在其附近，并且所述吸气装置(11)具有至少一个用于容纳吸气材料(13)的吸气载体(12)，其中，所述吸气材料(12)和/或所述吸气材料(13)轴向于所述试样载体(3)布置，并且所述吸气载体(1 能够由陶瓷的材料制成。
2.根据权利要求1所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述吸气材料(1)为耐热的金属的和/或包含金属的材料，优选地为锆。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述吸气载体 (12)至少部分地由陶瓷的材料构成，优选地由包含IO3的陶瓷材料构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述吸气载体 (12)由不与所述吸气材料(13)起反应的材料构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述吸气载体 (12)为杆、线或环。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述加热装置 (4)这样设计、构造、成形并且/或者布置，使得所述吸气材料(1 能够加热到400°C或更高的温度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述加热装置 (4)确定加热区域(14)，所述试样载体C3)连同布置在其上或其处的试样(1 布置在所述加热区域(14)中且所述吸气装置(11)至少部分地或者至少所述吸气材料(13)布置在所述加热区域(14)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述加热装置 (4)这样设计并且布置，使得利用所述加热装置(4)能够同时加热在所述试样载体( 上存在的试样(15)且至少部分地加热所述吸气装置(11)，必要时至少加热所述吸气材料(13)。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，用于加热存在于所述试样载体⑶上的试样(15)的所述加热装置⑷装备有侧向上与所述试样(15)相间隔的至少一个加热元件(17)。
10.根据权利要求7或8中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，一个所述加热元件(17)或多个所述加热元件(17)侧向上至少部分地包围所述试样载体(3)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述吸气装置 (11)具有单独的加热装置G)，利用所述加热装置(4)能够单独地加热并且/或者能够在一定的温度中保持所述吸气装置(11)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述流动装置 (6)这样设计，即产生大致竖直的和/或水平的惰性气体流动(7)，并且所述试样载体(3) 在所述吸气装置(11)上方并且/或者侧向于所述吸气装置(11)布置，使得所述惰性气体流动(7)在侧向并且/或者在上方流经所述试样载体(3)以及能够布置在所述试样载体 (3)上的试样(15)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述惰性气体(5)包括氩气和/或氮气和/或氦气，尤其纯度99. 996。
14.根据前述权利要求中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述试样载体(3)设计成承载用于容纳待研究的所述试样(15)的坩埚(16)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热分析装置(1)，其特征在于，所述热分析装置(I)能够仅通过所述惰性气体流动(7)的使用来运行，而所述热分析装置(1)事先不设有真空。
16.一种热分析方法，其中，在试样室(2)中试样载体⑶和加热装置⑷由惰性气体 (5)包围，其中，惰性气体流动(7)通过惰性气体供给部(9)在所述试样室( 中产生，其特征在于，>在所述试样室O)中的所述惰性气体流动(7)首先流动通过或经过用于将残余氧气从所述惰性气体(5)中除去的所述吸气装置(11)，并且然后流向所述试样载体(3)， >所述吸气装置(11)布置在所述试样载体附近，>在所述吸气装置(11)中布置有用于容纳吸气材料(13)的至少一个吸气载体(12)， 其中，所述吸气载体(12)和/或所述吸气材料(13)轴向于所述试样载体取向，以及 >所述吸气载体(12)由陶瓷的材料制成。
17.根据权利要求16所述的热分析方法，其特征在于，一个或多个所述加热装置(4)确定加热区域(14)，所述试样载体C3)连同布置在其上或其处的试样(1 和所述吸气装置(II)和/或所述吸气材料(1 这样布置在所述加热区域(14)中，使得通过所述加热装置 ⑷同时加热布置在所述试样载体⑶上的试样(15)和/或所述吸气装置(11)和/或包括在所述吸气装置(11)中的吸气材料(13)。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的热分析方法，其特征在于，产生竖直的和/ 或水平的惰性气体流动(7)，其首先流动经过所述吸气装置(11)并且然后流向在其上和/ 或在侧向布置的所述试样载体(3)，使得所述惰性气体流动(7)被引导侧向地经过所述试样载体(3)以及布置在所述试样载体C3)上的试样(1 并且/或者在其上被引导。
19.根据权利要求16至19中任一项所述的热分析方法，其特征在于，所述加热装置(4)这样布置，即利用加热装置(4)加热所述吸气装置(11)，并且利用另一加热装置(4)加热带有所述试样(1 的所述试样载体(3)。
20.根据权利要求16至20中任一项所述的热分析方法，其特征在于，所述热分析装置 (1)仅通过利用惰性气体流动(7)的扫气来运行，而所述热分析装置(1)事先不被抽真空。
全文摘要
本发明涉及一种热分析装置(1)，其带有试样室(2)，在其中包含有试样载体(3)和加热装置(4)以及惰性气体(5)，其中，此外包含有用于产生朝向试样载体(3)的惰性气体流动(7)的用于惰性气体(5)的流动装置(6)和用于将残余氧气从惰性气体(5)中除去的吸气装置(11)，该吸气装置(11)在惰性气体流动(7)中在流动方向上布置在试样载体(3)之前在其附近。此外，本发明涉及一种热分析装置(1)，其带有试样室(2)，在其中包含有试样载体(3)和加热装置(4)以及惰性气体(5)，其中，此外包含有用于产生朝向试样载体(3)的惰性气体流动(7)的用于惰性气体(5)的流动装置(6)和用于将残余氧气从惰性气体(5)中除去的氧气收集装置(8)，该氧气收集装置(8)在惰性气体流动(7)中在流动方向上布置在试样载体(3)之前在其附近。此外，本发明涉及一种热分析方法，其中，在试样室(2)中试样载体(3)和加热装置(4)由惰性气体(5)包围，并且其中，惰性气体(5)被推动作为惰性气体流动(7)在试样室(2)中首先流动通过或者经过用于将残余氧气从惰性气体(5)中除去的吸气装置(11)并且然后流动至布置在吸气装置(11)附近的试样载体(3)。
文档编号G01N25/00GK102482084SQ201080025839
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年6月5日
发明者A·申德勒, J·布卢姆 申请人:耐驰-仪器制造有限公司