CN110568007A - 用于对样本进行热分析的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对样本(P)进行热分析的测量装置，其具有坩埚(10)以及传感器(20)，坩埚用于使样本(P)放置在坩埚(10)中，传感器用于测量布置在传感器(20)上的坩埚(10)中的样本(P)的样本温度。为了降低由于化学或物理反应对使用的构件造成损害、甚至破坏的风险，根据本发明的设置成，测量装置还具有外坩埚(30‑1)，外坩埚用于使坩埚(10)支承在外坩埚(30‑1)中，其中，坩埚(10)由坩埚材料构成并且外坩埚(30‑1)由与坩埚材料不同的外坩埚材料构成。此外，本发明提出在使用这种测量装置的情况下进行的用于对样本(P)进行热分析的方法。

Description

用于对样本进行热分析的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于热分析的测量装置以及根据权利要求10的前序部分所述的用于热分析的方法。

背景技术

用于对样本进行热分析的这种测量装置以及借此实现的方法在现有技术中的多种实施方式中被公开。

此处相关方法的共同点是，布置在样本腔中的至少一个样本根据温度程序被调温，在该过程中在样本腔内部中的腔温度发生改变，其中，在温度程序的进程中借助与相应样本对应的传感器测量该样本的至少一个样本温度。

在这种用于布置样本以及用于测量样本温度的方法中可用的并且为此布置在样本腔中的测量装置具有坩埚和传感器，坩埚用于将样本支承在坩埚中，传感器用于测量布置在传感器上的坩埚中的样本的样本温度。

在多种热分析方法中，在相关的样本腔中需要两个这种测量装置，例如以便在该方法中同时根据温度程序在同一样本腔中对“实际的(需要分析的)样本”以及另一样本进行调温，另一样本通常也称为“参考物”或“参考样本”。

代替将参考样本如此布置在第二测量装置的坩埚中，也可考虑，在这种方法中使第二测量装置的坩埚“空”(即，在里面没有样本或参考样本的情况下)运行。

对于所述类型的两种测量装置的用于热分析的方法的示例例如是差动热分析(DTA)以及例如从中推导出的方法，所谓的差示扫描量热法(DSC)。

该测量装置或每种测量装置除了提及的用于测量样本温度的传感器以外，还可具有用于在温度程序运行中测量一种或多种物理变量的其他器件。相应的方法通常总结为术语同步热分析(STA)。对此的示例是借助DSC得出样本的与温度相关的卡路里效应同时借助热重分析法(TG)得出样本的与温度相关的质量。

在已知的测量装置以及借此实现的用于在多种应用情况下、尤其在温度程序的进程中用于热分析的方法中出现的问题是，在样本腔内部中温度相对高或由此产生的相对高的样本温度，使得会在样本材料和坩埚材料以及在坩埚和传感器材料之间发生不期望的化学反应和/或物理反应(例如扩散或焊接过程)。

因此实际上大多情况下，在预先给定样本材料的情况下通过合适地选择坩埚材料确保在样本材料和坩埚材料之间的相应的“材料兼容性”(从而少量地、甚至完全没有发生所谓的不期望的反应)。作为坩埚材料，例如通常选择金属或金属合金，石墨或陶瓷。在此处例如在高温下发生材料之间的反应，则这损害样本和/或坩埚。

但是特别有问题的是在坩埚材料和传感器材料之间的反应，该反应通常造成对非常昂贵的传感器的破坏。

发明内容

本发明的目的是，在前述类型的用于热分析的测量装置和方法中降低由于化学或物理反应而对使用的构件造成损害、甚至破坏的风险。

根据本发明的第一方案，该目的在开头所述类型的测量装置中通过以下方式实现，即，该测量装置还具有外坩埚，其用于使坩埚支承在外坩埚中，其中，坩埚由坩埚材料构成并且外坩埚由与坩埚材料不同的外坩埚材料构成。

在本发明中“坩埚”由基体、下面也称为坩埚主体构成或包括基体、下面也称为坩埚主体，其至少近似地具有碗或盆的形状。关于坩埚布置在传感器上的应用情况，坩埚主体具有下面称为“底部”的区段以及下面称为“侧面”的区段，称为“底部”的区段是坩埚主体的(在应用情况下)面对传感器的下端部区段，称为“侧面”的区段是坩埚主体的侧向边界并且从底部朝离开传感器的方向(向上)延伸。坩埚的底部和侧面限定坩埚的内部空间，在内部空间中在底部上必要时支承有样本。坩埚能(可选地)设有遮盖件，遮盖件(完全或部分地)封闭坩埚的否则在侧面上端处的开口。这种遮盖件例如可构造成单独的部件并且(能松脱或不可松脱地)可安装在侧面的上边缘处。在本发明中例如可尤其使用这样的坩埚，其坩埚主体具有至少近似圆柱形或截锥形的外形。坩埚例如可具有在3至15mm范围中的最大侧向伸展和/或在2至10mm范围中的高度，优选地侧向伸展/高的比例在1.0至1.5的范围中。坩埚主体的壁厚例如可在50至300μm的范围中。

在本发明中的“外坩埚”由基体、下面也称为“外坩埚主体”构成或包括基体、下面也称为“外坩埚主体”，其至少近似地具有碗或盆的形状，其中，关于使用目的(支承坩埚)，外坩埚主体具有至少一个称为(外坩埚)“侧面”的区段，其是外坩埚主体的侧向边界，以及可选地具有称为(外坩埚)“底部”的区段，其是外坩埚主体的(在使用情况下)面对传感器的下端区段并且连接在侧面的下侧。外坩埚的在侧面的内侧上由侧面(以及必要时存在的底部)限定的内部空间在此如此确定尺寸，使得测量装置的坩埚可支承在其中。

在外坩埚的优选实施方式中，外坩埚在俯视图中看具有圆形轮廓。在本发明中例如可尤其使用这样的外坩埚，其外坩埚主体具有至少近似圆柱形或截锥形的外形。外坩埚例如可具有在3至15mm范围中的最大侧向伸展和/或在2至5mm范围中的高度，优选地侧向伸展/高的比例在1至10的范围中。外坩埚侧面的壁厚和/或外坩埚底部的壁厚尤其例如可在50至250μm的范围中。

参考应用情况，“传感器”包括上侧，在其上可支承(支承在外坩埚中的)坩埚。该上侧可如下面还将阐述地构造成平坦的或不平坦的并且尤其例如至少可在表面上由金属材料构成。为了可借助传感器测量位于坩埚中的样本的样本温度，传感器例如在提及的表面之下可尤其例如具有热电偶或适用于温度测量的其他器件。在特殊的实施方式中，传感器由至少两种不同的材料、尤其金属材料构成，其如此布置，使得借此已经构成用于测量样本温度的热电偶。在本发明中，例如可尤其使用具有至少近似圆盘形外形的传感器。传感器例如可具有的最大侧向伸展在坩埚的最大侧向伸展的1.0倍至1.5倍的范围中。

根据本发明的对外坩埚的使用能够有利地避免在坩埚和传感器之间的直接接触，从而避免在坩埚材料和传感器材料之间的反应。支承坩埚的外坩埚可由与相关的坩埚材料特别良好兼容并且与相关传感器材料特别良好兼容的材料构成。适宜地，坩埚和外坩埚如此构造且坩埚如此支承在外坩埚中，使得在应用情况下坩埚仅接触外坩埚的内侧并且传感器仅接触外坩埚的外侧。

在一种实施方式中设置成，外坩埚的底部整面地贴靠在坩埚的底部上。

为此，在外坩埚底部的内侧上设置造型，其相应于在坩埚底部的外侧上的造型。例如对此外坩埚底部的内侧以及坩埚底部的外侧都可设置成平坦的(或可替代地例如同样弯曲)。

整面贴靠具有在坩埚和外坩埚之间良好热接触的优点。

在另一实施方式中设置成，外坩埚的底部仅在一个或多个接触面上贴靠在坩埚底部上，坩埚底部的整个面明显小于外坩埚底部的内侧的整个面(例如小于该面的50％、尤其小于25％)。

在一种实施方式中设置成，外坩埚的底部沿着环形的接触面贴靠在坩埚的底部上。尤其在此环形的接触面可小于外坩埚底部的内侧的整个面的50％、尤其小于25％。

这种“部分面”贴靠具有的优点是，即使存在一定的制造公差和/或由热引起的形状变化通常也实现了在坩埚和外坩埚之间的更好限定的或可很好重现的接触。

在一种实施方式中设置成，外坩埚的侧面整面地贴靠在坩埚的侧面上。

为此，在外坩埚侧面的内侧上设置造型，其相应于在坩埚底部侧面的外侧上的造型。例如对此外坩埚侧面的内侧以及坩埚侧面的外侧都可设置成圆柱形(或可替代地例如同样为截锥形或其他碗形的弯曲)。

整面贴靠有助于在坩埚和外坩埚之间的良好热接触，并且有利地额外地实现了坩埚在外坩埚中的对中。

在一种实施方式中设置成，外坩埚和坩埚如此造型，由此通过形状配合连接实现了坩埚在外坩埚中的对中。

该措施有助于改进测量条件的可重现性，例如在这种情况下：从外坩埚中取出坩埚，以便之后(为了另一测量)将坩埚置入另一外坩埚中，或在该外坩埚中置入另一坩埚。

在一种实施方式中设置成，外坩埚的高度的尺寸如此确定，使得外坩埚与坩埚高度的1％至60％、尤其10％至40％重叠。

尽可能小的重叠度有助于使得测量装置的由于使用外坩埚引起的“额外质量”以及同时“额外的热容量”保持得很低，这大多是有利的。

另一方面，在传感器具有向上突出的传感器边缘或另一边缘边界(例如再下面还将阐述)时，此时重叠度应选择成至少如此大，使得由此可靠地避免了在坩埚和提及的传感器边缘或边缘边界之间的不期望的接触。

在一种实施方式中设置成，使得传感器的上侧具有向上突出的传感器边缘或另一边缘边界并且由此通过形状配合连接实现外坩埚在传感器上的对中。

对此，可根据向上突出的传感器边缘或另一边缘边界的具体外形合适地确定外坩埚的侧向伸展的尺寸(以便实现外坩埚在传感器上的对中)。

对此，所述传感器边缘(或另一边缘边界)例如可构造成环形闭合地在传感器的整个圆周上延伸。可替代地，向上突出的传感器边缘(或边缘边界)在传感器的圆周上看也可例如仅构造在圆周的单个部位上，例如在三个(或更多个)等距地分布在圆周上的部位处。

在一种实施方式中设置成，外坩埚材料是金属或金属合金，尤其钨或钨合金。

在另一实施方式中设置成，外坩埚金属是陶瓷材料，尤其基于Al₂O₃或Y₂O₃的陶瓷材料。

有利地，通过使用前述两种材料中的其中一种作为外坩埚材料，金属或金属合金或陶瓷材料，对于大多的应用情况并且通常直至高温都可确保外坩埚材料与相关坩埚以及与相关传感器(或其上侧)的良好材料兼容性。

在一种实施方式中，坩埚(或至少其底部)由石墨构成。尤其在这种情况下外坩埚材料可有利地例如选择为金属或金属合金。

在一种实施方式中，相关坩埚材料是陶瓷材料。尤其在这种情况下，外坩埚材料可有利地例如选择为金属或金属合金。

在一种实施方式中，相关坩埚材料是金属或金属合金。尤其在这种情况下，外坩埚材料可有利地例如选择为陶瓷材料。可替代地也例如想到石墨。

在一种实施方式中，传感器(至少在与外坩埚接触的区域中)由金属或金属合金构成。尤其在这种情况下外坩埚材料可有利地例如选择为陶瓷材料。

在一种实施方式中，传感器在重要区域中由陶瓷材料构成。尤其在这种情况下，外坩埚材料可有利地例如选择为金属或金属合金。

在本发明的改进方案中，在关于坩埚材料和传感器材料的某些材料组合中可通过以下方式实现进一步改进，即，在坩埚和传感器之间设置加入的“垫片组件”，垫片组件具有接触坩埚的由第一材料构成的“第一层”和接触传感器的由与第一材料不同的第二材料构成的“第二层”，其中，第一层由外坩埚形成并且相应地第一材料由外坩埚材料构成，而第二层由额外的层或额外的垫片(在外坩埚和传感器之间)形成。

在该改进方案中，外坩埚和“第二垫片”(第二层)可有利地例如由“外坩埚-垫片-组”产生，其包括至少一个外坩埚和多个第二垫片和/或至少一个第二垫片和多个外坩埚。

优选地，根据本发明的测量装置的垫片组件在此由外坩埚和第二垫片(即在坩埚和传感器之间没有其他垫片的情况下)构成。

在变型方案中设置成，垫片组件是复合垫片结构，其包括(尤其不可松脱地)彼此连接的外坩埚和第二层。由此垫片组件有利地组成为“可立即使用的”。优选地，复合垫片结构仅包含外坩埚和第二层。但是不应排除，在其之间包含另一层，其材料与外坩埚材料以及第二层的材料不同(例如用作“适配层”，其两侧可特别好地连接外坩埚材料和第二材料)。

在复合垫片结构的一种实施方式中设置成，第二层是通过对外坩埚的外侧喷溅(在其侧面和/或底部上)制成的层。

垫片组件(例如复合垫片结构)优选如此构造，使得在使用情况下外坩埚仅接触坩埚(和第二层、但是不接触传感器)并且第二层仅接触传感器(和外坩埚，但是不接触坩埚)。

垫片组件的侧向伸展可与具有已经提及的突出的传感器边缘或另一边缘边界的传感器组合尤其例如具有以下尺寸，即，由此通过形状配合连接可实现垫片组件在传感器上的对中。在该实施方式中优选地设置成，垫片组件的第二层在竖直方向上看向上突出到传感器边缘或边缘边界上。

在一种实施方式中，传感器(至少在与第二层接触的区域中)由金属或金属合金构成。尤其在这种情况下第二材料可有利地例如选择为陶瓷材料。

在一种实施方式中，传感器在重要的区域中由陶瓷材料构成。尤其在这种情况下第二材料有利地例如选择为金属或金属合金。

根据本发明的另一方案，开头提及的目的在开头所述类型的用于对样本进行热分析的方法中通过以下方式实现，在样本腔中置入此处描述类型的用于布置样本以及用于测量样本温度的测量装置。

针对根据本发明的测量装置此处描述的实施方式和特殊构造方案可单个地或任意组合地以类似方式也可设置成根据本发明的用于热分析的方法的实施方式或特殊构造方案。

在一种实施方式中，根据本发明的方法在进行所述步骤之前包括将坩埚布置在外坩埚中并且将如此构造的外坩埚布置在位于样本腔中的传感器上。

在改进方案中，在此外坩埚作为(上述类型的)垫片组件的组成部分布置在传感器上。

“对样本调温”一般可包含样本的加热和/或冷却，其中，也可同时设置时间阶段，在其中基于调温的温度程序设有恒定的温度。

在一种实施方式中，温度程序定义在样本腔内部中的腔温度，为此该方法例如可包括测量腔温度以及基于此对调温机构的操控，优选具有对腔温度的调节(例如PID-调节)。

与此不同，可替代地，温度程序也可定义样本温度的预定的时间进程，为此相应地例如基于测量的样本温度可相应地操控(尤其调节)调温机构。

优选地，该方法包括记录在温度程序的进程中的测量数据、尤其表示腔温度和样本温度的至少一个温度(优选二者)的与温度相关和/或与时间相关的进程的数据。通过在调温期间和/或在温度程序结束之后评估这种数据，可得出经历该方法的样本的至少一个在热分析中需要的特性(例如材料参数)。

根据需要具体执行的热分析，在根据本发明的方法中可设置成，在样本腔中布置所述类型的两个测量装置，即，两个所述类型的传感器和相应布置在其上的所述类型的坩埚(其中，每个坩埚支承在一个外坩埚中)。在这种情况下，在该方法中两个坩埚同时或必要时两个样本同时(例如“实际的样本”和“参考样本”)在样本腔中经历共同的调温。代替同时对两个样本调温，例如也可使第二坩埚在根据本发明的方法期间用于“空”载(即，其中没有支承样本或参考样本)。

应理解的是，在这种使用两个所述类型的测量装置的情况下在用于进行热分析的方法中在大多应用情况下这两个测量装置应构造成彼此相同。

在温度程序的进程中，假设腔温度在至少一个时间点为最小值并且假设腔温度在至少另一时间点为最大值。

本发明的应用特别有利的是，在温度程序中出现相对高的温度或高的最大值。

在一种实施方式中设置成，腔温度在温度程序的进程中具有的最大值至少为500℃。

对于多种应用情况，该最大值也可至少为750℃，甚至至少1000℃。

另一方面对于大多应用情况，在温度程序的进程中设置的腔温度的最大值最高为2000℃是足够的。

关于在温度程序的进程中的最小值，该最小值例如可在“室温”下或例如处于室温以上(例如在20℃至100℃的范围中)，尤其在该方法中使用的调温机构没有用于冷却到室温以下的可能性的情况下。

在其他情况下，对于大多应用情况可轻松实现腔温度的最小值在例如-150℃至100℃的范围中(例如借助珀耳帖冷却和/或例如借助液氮冷却)。

在特别有利的实施方式中，用于热分析的方法是DSC(差示扫描量热)方法，为此所述测量装置双倍地存在于样本腔中并且在评估测量结果(例如已经提及的测量数据)时尤其得出借助两个传感器测量的温度的差值的与时间相关的走向，尤其以便能够得出样本的相关能量效应和/或例如与温度相关的比热容。

在改进方案中，根据本发明的用于热分析的方法将DSC与至少另一热分析方法、例如尤其TGA(热重分析法)相结合。

在一种实施方式中，用于热分析的方法是“高温”DSC或“高温”DSC和TGA的组合，其中，腔温度和/或样本温度在温度程序的进程中具有的最大值至少为500℃、尤其至少750℃、甚至至少1000℃。

附图说明

下面根据实施例以及参考附图进一步描述本发明。分别示意性地示出了：

图1示出了根据现有技术的实施方式的用于对样本进行热分析的测量装置，该测量装置具有坩埚和传感器，

图2示出了类似于图1的、但是根据改型的实施例的测量装置，

图3示出了类似于图1的、但是根据改型的实施例的测量装置，

图4示出了类似于图1的、但是根据改型的实施例的测量装置，

图5示出了根据另一实施例的测量装置，

图6示出了根据另一实施例的测量装置，

图7示出了根据另一(根据本发明的)实施例的测量装置，

图8示出了根据另一(根据本发明的)实施例的测量装置，

图9示出了根据另一(根据本发明的)实施例的测量装置，

图10示出了根据另一(根据本发明的)实施例的测量装置，

图11示出了根据一种实施例的可在测量装置中使用的坩埚的横截面轮廓，以及

图12示出了类似于图11的、但是根据改型的实施例的横截面轮廓。

具体实施方式

图1示出了由现有技术已知的用于对样本P进行热分析的测量装置的构造的示意性的侧面图。测量装置具有坩埚10以及传感器20，坩埚用于使样本P支承在坩埚10中，传感器用于在将坩埚10布置在传感器20上时测量样本P的样本温度。

坩埚10由通常例如石墨或金属这样的坩埚材料构成并且在示出的实施例中具有包括圆盘形底部12的圆柱形状，在圆盘形底部的边缘上向上耸起地连接圆柱形侧面14。

在此使用的术语，如“上”或“上侧”、“下”或“下侧”、“侧向”等分别涉及相关构件在使用状态(在进行热分析时)下的布置。

坩埚10(可选地)还可具有在图1中用虚线示出的罩盖16，罩盖使否则朝上打开的、坩埚10的由底部12和侧面14限定的内部空间闭合。在某些应用情况下，在这种罩盖16中形成孔，以便设置在坩埚10的包含样本P的内部空间和外部空间之间的压力平衡。

传感器20在测量装置的应用状态下用于可将坩埚、例如示出的坩埚10布置在其上，由此使坩埚以及必要时包括的样本P(包括“参考样本”)按限定地布置在样本腔中，并且用于测量在坩埚10的下侧的温度以及由此测量样本温度(在坩埚10包含样本P的情况下)。后者需要有或多或少的少量热阻，其从样本P继续经由坩埚10的底部12直至在传感器20的表面上或内部中的实际温度测量机构(例如热电偶)的温度测量机构。

在示出的实施例中，传感器20具有厚度一致的平坦圆盘的形状，从而在与坩埚10的同样圆盘形的底部12共同作用时产生在样本P和传感器20之间的良好热接触。

但是，不同于示出的底部12在传感器20的上侧的整面贴靠也可设置不同方式的热接触，例如沿着底部12和传感器20之间的环形接触面、例如使底部12整个地或至少在其下侧设置凹处或拱曲部。

在示出的示例中，传感器20的侧向伸展作为圆盘形状的直径测得并且至少与坩埚10的在其底部12的区域中的相应侧向伸展一样大或如所示地还更大。

前面参考图1的实施例描述的坩埚10和传感器20以及相应描述的变型方案的所有特征也可设置在根据本发明的测量装置的坩埚和传感器中。下面还将参考图7、8、9和10描述本发明的实施例。

在图1中示出的已知的测量装置的缺点尤其例如为由于在坩埚材料和传感器材料之间存在的接触面上的化学和/或物理反应有损害、甚至破坏传感器20的风险。此外，在样本材料和坩埚材料之间的接触面上产生类似的问题。

此外不利的是，在图1的测量装置中在侧向方向上看在传感器20上没有坩埚10的很好限定的布置位置，从而在传感器20上反复移走以及再次重新布置坩埚10时影响热分析的相应测量过程的可重复性。

图2至图4示出了相对于图1的示例经改型的某些实施例，其基于申请人的内部现有技术。

在下面对根据图2至图4的实施例以及根据图5至图12的另外实施例的描述中对于相应测量装置的作用相同的构件使用相同的附图标记。对此，主要仅讨论与所述实施例的不同之处，另外对此明确参考对前述实施例的描述。

图2示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，但是其中，相对于图1的示例有第一改型，即，在例如金属样本P和例如金属坩埚10之间加入“内坩埚”18，以避免高温下样本P的材料和坩埚10的材料之间的反应。在示出的示例中内坩埚18由陶瓷材料构成。

关于这种内坩埚的造型优选地，如在示出的内坩埚18中一样，为了尽可能好地限定和/或尽可能大面积地贴靠(内坩埚18的外侧在坩埚10的内侧上)使内坩埚的造型匹配坩埚10的造型。示出的内坩埚18类似坩埚10具有圆盘形的底部和向上耸起地连接在其上的圆柱形侧面，其中，在示出的示例中底部以及侧面分别整面地贴靠在坩埚10的底部或侧面的相应内侧上。

该改型例如具有的优点是，在选择坩埚10的坩埚材料时提供较大的自由度。

第二改型是，测量装置还具有加入坩埚10和传感器20之间的垫片30-1，垫片具有在坩埚的底部12接触坩埚10的上侧和在传感器的上侧接触传感器20的下侧。

该改型例如具有的优点是，由此在选择坩埚材料和传感器材料时提供较大的自由度。

在示出的示例中，垫片30-1由陶瓷材料构成。借助垫片30-1防止在坩埚材料和传感器的传感器材料(通常非常“昂贵”)之间的扩散焊接和化学反应，这尤其在具有同时出现相对高温度的应用情况下很为有利。

根据图1和图2的示例也具有以下缺点，即，坩埚10不可相对于传感器10自对中，而是坩埚10例如会滑落或会通过使用者例如以不同的侧向位置布置在传感器20上，这对在热分析中进行的测量的可重现性是不利的。

为了避免该缺点考虑在图3和图4中示例性示出的实施方式。

图3示出了相对于图1的示例如此改型的测量装置，即，传感器20的上侧具有向上突出的传感器边缘22以及通过形状配合连接实现坩埚10在传感器20上的对中。传感器边缘22例如可环形闭合地在传感器20的整个圆周上延伸。

不同于根据图3的实施方式，向上突出的传感器边缘22在传感器20的圆周上看也可仅构造在该圆周的单个部位上。

不同于示出的示例，形状配合连接不是通过传感器边缘22、而是也可通过另一边缘界限实现，对此可理解为测量装置的相对于传感器20如此静止布置的构件，即，该构件对于坩埚10来说在侧向方向上来看是界限，这涉及坩埚在传感器20上的可布置性。

图4示出了一种测量装置，在该测量装置中传感器20的上侧具有向上突出的传感器边缘22(类似于图3)，从而由此通过形状配合连接又实现了坩埚10在传感器20上的对中。此外设有垫片30-1(类似于图2)，其中，相对于图2的示例，改型在于，垫片30-1在其侧向伸展中如此变小，使得在由传感器边缘20限定的空间中有垫片的位置。

借助示出类型的内坩埚18和/或垫片30-1，在实际中不能最佳地保证所有的期望的传感器-坩埚-样本-材料组合，这涉及在传感器和坩埚之间以及在坩埚和样本之间的不期望的反应。例如某些样本必须布置在石墨构成的坩埚10中，由此会在高温的情况下与传感器20发生反应。陶瓷的垫片30-1虽然提供了一定的辅助，但是在温度非常高的情况下会与石墨坩埚反应。

此外在根据图2和图4的设有垫片30-1的测量装置中或者(图2)在侧向上看坩埚10在传感器20上均没有良好限定的布置位置，从而影响相应的测量过程的可重现性，或(图4)在坩埚10和传感器20之间(在其传感器边缘22处)有不利的接触的风险。

为了避免最后的问题可设置更下面例如参考图7、8、9和10描述的实施方式。

图5示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，其中，相对于图1的示例特别之处在于，测量装置还具有加入坩埚10和传感器20之间的垫片组件30，垫片组件具有接触坩埚10的由第一材料构成的第一层30-1和接触传感器20的由与第一材料不同的第二材料构成的第二层30-2。

垫片组件30在此可具有形成第一层30-1的第一垫片和与其分开的形成第二层30-2的第二垫片。

该变型方案也可看作是图2的示例的改型，其中，根据图5的实施方式的不同点此时在于，在坩埚10和传感器20之间加入另一(第二)垫片(层30-2)。

在该变型方案中尤其可在作为坩埚材料的石墨中设置，使得第一垫片或第一层30-1由金属材料(例如钨或例如钨合金)构成并且第二垫片或第二层30-2由陶瓷材料构成。

与此不同，在图5的变型方案中垫片组件30是复合垫片，复合垫片保持第一层30-1和第二层30-2彼此连接(例如彼此焊接)。

该变型方案例如非常适用于可将第一材料与第二材料彼此焊接的情况，即，对此例如选择两种金属或金属合金的合适组合。

复合垫片的彼此连接的层例如也可构造成，使得一层作为喷镀层构造在另一层上。

在图5的示例中传感器20还构造成具有已经(参考图3和图4)描述的类型的向上突出的传感器边缘22，由此经由形状配合连接至少使第二层30-2或在使用复合垫片(层30-1和30-2彼此连接)的情况下使垫片组件30如此在传感器20上对中。

此外，在图5的示例中第一层30-1的侧向伸展选择为小于第二层30-2的侧向伸展，以便通过第二层30-2的圆周环形地围绕第一层30-1的圆周的侧向突出可靠地避免第一层30-1与传感器20(在传感器边缘22处)的接触。

尤其为了即使在两个层30-1和30-2单独构造的情况下也避免上层30-1的滑落或错误定位，或为了不同于图5此时也实现上层30-1的对中，可使用如在图6中示例性示出的实施方式。

图6示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，其中，相对于图5的示例改型在于，在垫片组件30中使第一层30-1嵌入在第二层30-2的上侧。

在此在图6的示例中设置成，在垫片组件30中第一层30-1向上朝过第二层30-2。第一垫片或第一层30-1向上突出稍微超过第二垫片或第二层30-2的边缘，从而防止在坩埚10(例如由石墨构成)和层30-2(例如由陶瓷材料构成)之间的不期望的接触。

关于在图5和图6(如下面也在图8和图10中)描述的垫片组件(具有层30-1、30-2)，除了具有两个彼此分开的垫片的构造方式尤其例如涉及复合垫片，在复合垫片中第一层30-1和第二层30-2其中一个通过喷溅或另外涂层(例如与这两个层不同的层)构成。例如，在陶瓷的第二层30-2的上侧可通过喷溅由金属材料(金属或金属合金)形成第一层30-1。

两个单独的垫片30-1、30-2的堆叠具有的优点是，根据应用情况也可单独地(或与另一第二垫片结合地)利用每个单个的垫片，并且在其中一个垫片(尤其例如垫片30-1)脏污的情况下仅需要更换该垫片。在后者的情况下受污染的层在某种程度上是可轻易且成本有利地替换的有效层。

所述垫片组件尤其在以下应用情况下是有利的，在这些应用情况下坩埚材料是石墨并且传感器材料是金属材料。但是不同的是，例如也可设置由金属材料(尤其例如钨或钨合金)构成的坩埚和/或额外的内坩埚(尤其例如由石墨构成)。

图7示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，该测量装置的特殊之处在于，该测量装置还具有用于使坩埚10支承在外坩埚30-1中的“外坩埚30-1”，其中，坩埚10由坩埚材料构成且外材料30-1由与坩埚材料不同的外坩埚材料构成。

与图2和图4的示例相比，该改型在于，代替平板形的“垫片”30-1(图2和图4)设置所述“外坩埚”30-1(图7)，以避免在坩埚材料和传感器材料之间的接触。

在图7的实施例中，外坩埚30-1具有包括圆盘形底部的圆柱形状，在其边缘上向上耸起地连接圆柱形侧面。

在示出的示例中，外坩埚30-1的底部整面地贴靠在坩埚10的底部12上。但是可替代地，例如也可设置成，外坩埚30-1的底部沿着环形的接触面贴靠在坩埚12的底部12上。

这例如可通过以下方式实现，不同于根据图7的示例，底部12整个地或至少在其下侧设置凹处或拱曲部。可替代地或额外地，例如外坩埚30-1的底部在其上侧可设有相应的凹处或拱曲部。此外例如外坩埚30-1的底部的在侧向上看中间的区域中设有材料凹空部(在底部中的凹陷部、甚至通孔)，从而坩埚10此时支承在外坩埚30-1的圆环形底部区段上。

在上下文中，不同于根据图7的示例，外坩埚也可完全没有底部地造型，尤其例如包括在竖直方向上从上向下逐渐变细的侧面，在其内侧上放置以及由此支承相关的坩埚。在该变型方案中优选的是，相关的传感器没有如在图7中所示具有大部分平坦的上侧，而是在侧向上看中间的区域中具有(例如圆形的)凹处或凹空部，在其边缘(例如环形闭合延伸地)处支承外坩埚。对此，传感器的凹处或凹空部可设置或造型如此深，使得即使坩埚的一个区段向下突出到外坩埚侧面的下端上，也没有相关坩埚的区段接触传感器。

返回到图7的示例，在该示例中设置成，外坩埚30-1的侧面整面的贴靠在坩埚10的侧面14上。换句话说，在此如此根据侧面14的外直径调节外坩埚30-1的侧面的内直径，使得坩埚10可以在所有情况下都很小的间隙被推入外坩埚30中。

在坩埚的侧面和外坩埚的侧面之间的这种整面贴靠(与图7不同)在两个侧面例如从上向下看逐渐变细、例如二者具有截锥形造型(具有相同的倾斜角)时也可为有利的。

在这种实施方式中也可有利地设置这样的构造方案，即，该构造方案在图7的示例中也可实现并且在于，外坩埚和坩埚如此造型，使得借此通过形状配合连接实现坩埚在外坩埚中的对中。该措施改进了借助测量装置进行的测量的可重现性。

此外，在图7示出的示例中设置成，外坩埚30-1大致与坩埚10的高度的30％重叠。大多情况，这种重叠在10％至40％的范围中是优选的。

例如假设坩埚10以及传感器20都由金属材料构成，作为外坩埚材料尤其适合的是例如陶瓷材料。在这种情况下，外坩埚30-1在某种程度上承担图2中示出的垫片30-1的功能(仅在图7的示例中没有设置内坩埚)。外坩埚(图7)有利地防止了在坩埚10和传感器20之间以及在坩埚10的侧部上的不期望的接触。

图8示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，其中，相对于图7的示例改型在于，测量装置还具有加入外坩埚30-1和传感器20之间的垫片30-2。

相对于根据图7的实施方式，通过该措施尤其实现了以下优点，即，在选择坩埚材料和/或传感器材料时提供较大的自由度。

图8的示例以一种替代的方式也可看作是前述具有“垫片组件”(参见图5、6和10)的实施方式的改型。在该方案中，外坩埚30-1或至少其底部成为垫片组件30的“第一层”30-1并且垫片30-2成为垫片组件30的“第二层”30-2。

关于该可替代的方案，不同于根据图8的示例，两个构件30-1、30-2也可设置成(例如不可松脱地)彼此连接。对此，构件30-1、30-2的连接可如针对“复合垫片”所述地那样构造/实现。

在图8的示例中，在坩埚10和传感器20之间设置“垫片组件”30-1、30-2，垫片组件具有接触坩埚10的由第一材料构成的“第一层”和接触传感器20的由与第一材料不同的第二材料构成的“第二层”30-2，其中，第一层由外坩埚30-1形成以及相应地第一材料由外坩埚材料形成，而在该示例中第二层由垫片30-2形成。

在图7和图8示出的测量装置中，坩埚10相对于传感器20不能自对中。为了使其实现，采用例如在图9和图10中示出的实施方式。

图9示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，其中，相对于图7的示例，改型在于，借助传感器边缘22通过形状配合连接实现了外坩埚30-1在传感器20上的对中。

在图9的示例中，外坩埚30-1通过其直接贴靠在传感器边缘22上进行对中。在此处假设的外坩埚30-1和向上突出的传感器边缘22为圆柱形造型的情况下，这意味着在外坩埚30-1的外直径和传感器边缘22的内直径之间的对应尺寸。

图10示出了具有坩埚10和传感器20的测量装置，其中，相对于图8的示例改型在于，垫片30-2(或垫片组件30的第二层30-2)借助传感器边缘22通过形状配合连接在传感器20上对中。另一改型在于，在垫片30-2(或第二层30-2)的上侧设置外坩埚30-1(或第一层30-1)的“嵌入部”(参考图6所述的类型)。

在可替代的相关方式中，根据图10的实施方式也可看作是相对于图6的改型，其在于，代替第一层30-1(图6)设置外坩埚30-1(图10)，由此，在该示例中最终实现坩埚10的对中。

在图10的示例中，外坩埚30-1类似于在图9中那样通过形状配合连接在传感器20上对中，但是没有通过使外坩埚30-1直接贴靠在传感器边缘22上，而是间接地经由垫片30-2(或垫片组件30的第二层30-2)的明显对中进行对中。垫片30-2直接贴靠在传感器边缘22上。

为了与相关坩埚10的材料以及向下邻接的材料、例如传感器材料或必要时垫片30-2或第二层30-2的材料的相应材料兼容性，有利地可适当地选择外坩埚材料。

在相应的应用情况下，外坩埚30-1的外坩埚材料例如可为金属或金属合金，尤其例如钨或钨合金。

在其他的应用情况下例如外坩埚30-1的外坩埚材料选择陶瓷材料、例如基于Al₂O₃或Y₂O₃也可更为有利。

在根据本发明的测量装置中，前面关于图1至图10描述的各个构件的特征和构造细节可彼此任意组合，只要相关的特征或构造方式彼此兼容。

在根据图1至图10的示例中已经讨论的坩埚10的对中方案仅涉及坩埚10在传感器20上的侧向定位。为了提高在热分析中进行的测量的可重现性，也有利的是，坩埚10以简单的方式为了这种测量可始终以相对于传感器20预定的转动位置布置。尤其在已知的测量装置中的坩埚构造成至少近似旋转对称时，实际上是基于，使用者使坩埚相对于传感器以任意或偶然的转动位置布置。

为了消除该问题，测量装置、尤其例如参考图1至图10在此所述类型的测量装置可构造有用于坩埚的防转动保护，以便在坩埚10布置在传感器20上时设置坩埚相对于传感器20的预定转动位置。这种防转动保护的示例性实施例参考图11和图12描述。

图11在示意性的俯视图中示出了坩埚10的基本为圆形的外轮廓，该坩埚布置在(虚线示出的)传感器20上。

在该实施例中，通过使突出部21形状配合连接地接合到凹陷部19中确保坩埚10关于传感器20的预定转动位置，其中，在图11中突出部21布置在传感器20(或相关测量装置的相对于传感器20静止地布置的其他构件)上并且凹陷部19直接布置在坩埚10的侧面的外侧上。

代替所示的使凹陷部19直接布置在坩埚侧面的外侧上，也可想到，使凹陷部19布置在坩埚10的外侧的区域中的其他位置，例如上述类型的“外坩埚”的包围坩埚10的构件的外侧上。

假设在一个或多个热分析中的不同测量之间坩埚10没有与对应的外坩埚分开，此时仅针对外坩埚直接设置的防转动保护等同借助用于坩埚10的防转动保护。

代替外坩埚作为用于确保防转动保护的凹陷部的安装位置还可想到的是，将这种凹陷部布置在本身为此设置的、皮碗状包围相关坩埚10的构件上。

关于突出部21在传感器20(或相对于传感器20固定布置的另一构件)上的布置，在存在所述类型的在传感器20的上侧向上突出的“传感器边缘”的情况下尤其可设置成，使得突出部21直接地布置在传感器边缘的内侧(内圆周)上。

图12示出了例如在根据图1至图10中任一个的测量装置中的在传感器20上的坩埚10的一种实施例，其中，相对于图11的示例在某种程度上改型仅在于，突出部和凹陷部的布置部位彼此进行了交换。因此在图12的示例中在坩埚10的外侧的区域中布置突出部19’并且在传感器20(或相对于其固定布置的构件)上布置凹陷部21’，在突出部和凹陷部之间的形状配合接合确保坩埚10相对于传感器20的预定转动位置。

关于图11的凹陷部19和突出部21描述的构造方式(尤其具体的布置部位)可以类似的方式用于在图12的示例中的突出部19’或凹陷部21’的构造或布置。

在图11和图12的示例中，凹陷部(19或21’)和对应造型的突出部(21或19’)在与接合方向正交的平面中看具有长形延伸的横截面。在这种情况下凹陷部尤其可形成直线延伸的凹槽，在凹槽中接入尺寸合适的直线延伸的肋。

凹陷部(19或21’)以及与其对应的突出部(21或19’)的前述长形延伸的横截面的直线延伸优选在测量装置的竖向方向上取向。

此外优选的是，如在图11和图12的示例中也可看出地，凹陷部(19或21’)和与其对应的突出部(21或19’)具有经倒圆的凹陷部底部或经倒圆的突出部端部。可替代地或额外地例如可设置成，凹陷部的横截面以及与其对应的突出部的横截面在接合方向上看变小(如在图11和图12的示例中可见)。

不同于根据图11和图12的示例，凹陷部19或21’和与其对应的突出部21或19’例如也分别具有非长形延伸的横截面，例如至少近似圆形的横截面。尤其为此凹陷部和突出部例如可分别至少近似截锥形或近似半球形地造型。

代替或除了在根据图11和图12的示例中所述的具有突出部形状配合地接合到凹陷部中的构造方式，也可通过以下方式实现坩埚10相对于传感器20的预定转动位置，使得坩埚10在其外侧的区域中具有(使用者可见的)“标记”，以便使用者能够根据标记将坩埚10以坩埚10的预定转动位置布置在传感器20上。

这种标记尤其例如可构造成突出标记或凹陷标记。就此，对于防转动保护的这种简化实施方式也合适地构造在图11和图12中示出的坩埚10。在这种坩埚10中，凹陷部19或突出部19’(即使没有相应的突出部21或凹陷部21’)可为这种可见的标记。

前面关于图11和图12所述的防转动保护的构造方式可应用在上述测量装置的每一种实施例(图1至图10)中。

Claims (11)

1.用于对样本进行热分析的测量装置，其具有-坩埚(10)，所述坩埚用于使样本(P)放置在所述坩埚(10)中，

-传感器(20)，所述传感器用于测量布置在所述传感器(20)上的坩埚(10)中的样本(P)的样本温度，

其特征在于，所述测量装置还具有外坩埚(30-1)，所述外坩埚用于使所述坩埚(10)支承在所述外坩埚(30-1)中，其中，所述坩埚(10)由坩埚材料构成并且所述外坩埚(30-1)由与所述坩埚材料不同的外坩埚材料构成。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚(30-1)的底部整面地贴靠在所述坩埚(10)的底部上。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚(30-1)的底部沿着环形的接触面贴靠在所述坩埚(10)的底部上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚(30-1)的侧面整面地贴靠在所述坩埚(10)的侧面上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚(30-1)和所述坩埚(10)如此造型，使得由此通过形状配合连接实现所述坩埚(10)在所述外坩埚(30-1)中的对中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚(30-1)的高度的尺寸如此确定，使得所述外坩埚(30-1)与所述坩埚(10)的高度的1％至60％、尤其10％至40％重叠。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述传感器(20)的上侧具有向上突出的传感器边缘(22)或另一边缘边界并且借此通过形状配合连接实现所述外坩埚(30-1)在所述传感器(20)上的对中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚材料是金属或金属合金，尤其钨或钨合金。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述外坩埚材料是陶瓷材料，尤其基于Al₂O₃或Y₂O₃的陶瓷材料。

10.用于对样本进行热分析的方法，包括

-根据温度程序对布置在样本腔中的样本(P)调温，在温度程序的进程中改变在样本腔内部的腔温度，

-在温度程序的进程中测量所述样本(P)的样本温度，

其特征在于，在所述样本腔中装入根据权利要求1至9中任一项所述的测量装置，所述测量装置用于设置所述样本(P)并且用于测量样本温度。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述腔温度在温度程序的进程中所具有的最大值至少为500℃。