Способ определения содержания примесей в олове Советский патент 1983 года по МПК G01N25/02 

О СП

00

ю сд Изобретение относится к контролю качества металлов высокой чистоты и предназначено для контроля олова вы сокой чистоты по суммарному содержанию примесей, в частности, при контроле качества получаемого металла при его производстве, а также при исследовании свойств олова, .Известен химико-аналитический способ определения содержания примесей в. олове l . Однако известный способ имеет предел чувствительности определения на уровне -10 % и непригоден д;1Я контроля металлов более высокой степени чистоты. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания примесей в олове путем изм рения остаточного сопротивления. Ос таточное сопротивление,- физическое свойство металла, которое зависит от содержания в нем посторонних веществ, и поэтому может служить мерой при оценке чистоты металла. Хот экспериментальные и расчетные значения остаточных сопротивлений не очень хорошо согласуются между собой, в настоящее время этот метод практически единственный для оценки чистоты металлов, недоступных методам аналитической химии. Для измерения остаточного сопротивления измеряют сопротивление одного и того -же образца при комнатно (293 К) и гелиевой (4,2 К и ниже) т пературах прямым методом с применением контактов или бесконтактным ме тодом по закручиванию нитей с образ цом в переменном магнитном поле 2 Однако такой способ сложен в экс периментальном отношении я труднодоступен, так как требует работы с жидким гелием и гелиевой криогенной техникой, что доступно только крупным физическим лабораториям. Цель изобретения - упрощение про цесса определения суммарного содерж ния примесей в олове высокой чистоты. Поставленная цель достигается те что согласно способу определения со держания примесей в олове путем измерения физических свойств металла измеряют скорость фазового перехода белого олова в серое при за данной температуре и сравнивают ее со скоростями перехода эталонов при той же температуре. Факт влияния примесей и температуры на скорость фазового перехода .олова известен давно. Одни примеси (Sb, Pb, Bi) тормозят, другие (А2, Zn, Ge, Си) ускоряют, третьи почти не влияют на скорость переход При значительных содержаниях примесей не могло быть однозначной зависимости скорости перехода от чистоты металла, так как примеси разного характера могли вступать во взаимодействие между собой, компенсировать или усиливать свое влияние. Установлено, что если в металле высокой чистоты содержание примесей мае. % и ниже, систему металл примеси можно считать бесконе шо разбавленны 1 раствором, где примеси уже не взаимодействуют друг с другом, а действуют как точечные,отклонения от идеальности. В этом случае все точечные нарушения тормозят процесс фазового перехода и его скорость от суммарного содержания примесей зависит монотонно. Фазовый переход имеет место при температурах от +13,2 до -200 С, однако наиболее удобно производить, измерение его скорости в интервале от -5 до -40-С, так как при этих темг ературах скорость достаточно ве,лика, а криостат на эти температуры просто изготовить в любой лаборатории . Способ осуществляют следующим образом. Образцы исследуемого олова и эталоны с известными характеристиками по чистоте переплавляют в глубоком вакууме в стандартной разборной кварцевой форме. При этом все образцы оказываются с одинаковой геометрией и термической предысторией. Полученные образцы заражают с одной стороны затравкой - порошком серого олова (или In Sb, или Cd Те) вдавливанием и помещают в криостат с заданной температурой. Когда образцы затравятся, что отчетливо видно по -изменению цвета из белого в серо-черный и увеличению объема (Л 26%), и процесс перейдет в стационарный режим, произ водят замер ы скорости фазового перехода любым методом (по линейному перемещению фронта перехода, измерением сопротивления или объема образца и т.п.). Целесообразно производить последовательно несколько изме-. рений во времени, чтобы ошибку одно-го измерения исправить графическим построением, из которого определяют среднюю скорость. Полученные значения средних скоростей перехода на:носят на график зависимости скорости перехода от чистоты, например величины остаточного сопротивления, известного для эталонов. По значению скоростей перехода неизвестных образцов из графика определяют величину их остаточного сопротивления. Проверка полученного значения прямым измерением остаточного сопротивления показывает удовлетворительную сходимость этих результатов в пределах допустимой ошибки измерений 2%, Пример. При температуре -10,1 С измеряют скорость фазового

перехода для образцов олова разной . чистоты с известным отношением сопротивлений j4,2 и для неизвестного обгшзца.

Скорость перехода (W) образцов олова и их остаточйое сопро тивление jf приведены в та-блице.

W, мм/ч 1,17

1,25

Для неизвестного образца значение скорости фазового перехода равно 1,37 и соответствует значению 47.500. Измеряют отношение сопротивлений Для этого образца прямым методом. Полученное значение - 46.800, что лежит в пределах ошибки опыта. Относительная ошибка +1,5%.

П р и м е р 2. Олово из партии, взятой для примера 1, подвергают дополнительной очистке. Измеряют среднюю скорость фазового превращения полученного, образца при -10,1°С,лкак в примере 1, которая оказывается-равной 1,41 мм/ч и соответствует значению остаточного сопротивления 55-. 000. Проверка прямым измерением

1г47

1,43

1,33

1,39

дает значение 4,2 55.400. Относительная ошибка - 0,8%, допустимая 12%.

Применение предлагаемого спсЗсоба

0 контроля олова высокой чистоты путем измерения скорости фазового превращения позволяет.простыми и доступными средствами оценить содержание примесей по аналогии с методом ос5таточного сопротивления, причем для этого не требуется сложная дорогостоящая криогенная аппаратура и жидкий гелий. Построив однажды калиб- , ровочный график зависимости скорос0 .ти перехода .от чистоты по эталонным образцам, им можно пользова- ься в течение многих лет.