Способ определения теплопроводности жидкого металла Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к тепло- . физическим измерениям, в частности, для определения теплопроводности жидких металлов. Известен способ определения коэф фициента теплопроводности жидких металлов, сущность которого заключается в регистрации- установившихся колебаний температуры, создавае 1ыx в цилиндрическом образце, повер ность которого подвергается периодическому нагреву с помощью элект ронной бомбардировки ij . Недостатком известного способа является наличие металлического контейнера, что исключает возможность исследования агрессивных расплавов, взаимодействующих с материалом ампулы, и ограничение температуры измерения (alSOO К). Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента теплопроводности жидкого .металла, включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового потока. Этим способом при выращивании кристаллов по методу Чохральского температуру измеряют двумя термопарами, одна из которых помещена в жидкой, друга в твердой фазах. Кристаллы выращивают одинаковых размеров с двумя .разными скоростями, при этом измеряют температурные градиенты у границы раздела- фаз. Коэффициенты теплопроводности твердого тела и расплава определяют из системы уравнений тепловрго баланса для двух скоростей кристаллизации 2 , Задачу о распределении температур вблизи границы раздела фаз можн свести к одномерному случаю при наличии лишь только осевых тепловых п токов у фронта кристаллизации, чему с наибольшей полнотой отвечает плос кий фронт кристаллизации. Однако с изменением скорости роста фронт кристаллизации искривлялся. Особен . но заметные изменения имеют место в экспериментах с кремнием, т.е.с повышением температуры эксперимент Это является одним из источников ошибки в определении коэффициента . теплопроводности. Наличие тепловых потерь за счет излучения с поверхности кристалла, которые увеличиваются с повышением температуры эксперимента, ограничи вает применения спос (только для сравнительно легкоплав ких металлов). Необходимость измерения градиен темпе затур в расплаве и кристалле увеличивает ошибку эксперимента, а необходимость проведения двух экспериментов с различными скоростями .кристаллизации значительно повышае время, затрачиваемое :ia определени коэффициента теплопроводности и может привести к дополнительной ошиб- , ке за счет изменения условий эксперимента. Цель изобретения - повышение точности при определении теплопроводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижение времени. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента теплопроводности .жидкого металла,включающему нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового .потока, образец облучают пучком -излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического у-излучения от времени и температуры в процессе нагрева. При этом предусмотрено дополнительное теплоизолирование торцов образца. На фиг.1 изображена общая схема устройства для определения коэффициента теплопроводности; на фиг.2 продвижение фронта плавления цилиндрического образца в тигле; на фиг.З - кривая изменения интенсивности проникающего излучения от температуры при фазовом превращении; на фиг.4 - кинетическая : кривая плавления. Устройство содержит источник 1 излучения, детектор 2 излучения, нагреватель 3, жидкий расплав 4 в тигле, теплоизолирующую засыпку 5, огнеупорную подставку б и термопаРУ 7. Металл расплавляют, так, что он принимает форму тигля, и затем охлаждают до земпературы ниже температуры плавления. Далееобразец нагревают с постоянной скоростью и в процессе его плавления регистрируют . изменение интенсивности проходящего через образец j -излучения от температуры у стенки ТИГ.ЛЯ и времени. Коэффициент теплопроводности жидкого металла определяют по формулеEn(m/3т8) Je еп(1,г,1я 1 jgh:) fu.iT-v7« e«tiv.,n,B) удельная теплота плавления;, массовый коэффициент поглощения, характеризующий исследуемый металл; интенсивность у -излучения, проходящего через пустой тигель;

Jie- интенсивность у -излучения,

проходящего через металл в , жидком и твердом состояниях при температуре плавления; 3 - интенсивность Jf-излучения в выбранный момент времени в двухфазной области; Т - температура, соответствуюшая значению интенсивности J в выбранный момент времени;

Тпд- температура плавления металла;

С - коэффициент, определяющийся размерами тигля (для тигля 0 30 мм ,1164, 0 40 мм ,150),

предотвращения осевых теплосто-. , в том числе за счет излучения.

оверхность металла теплоизолируют с помощью алундовой засыпки.

Тепловой поток, проходящий через слой жидкого металла пропорционален скорости изменения интенсивности

V-излучения в процессе плавления, которую находят в кинетической кривой (фиг.4). По температурной зависимости интенсивности в двухфазной области определяют раэчость ДТ Т-Тпк (фйг.З).

Предлагаемый способ позволяет более точно определить коэффициент теплопроводности жидких железа, кобальта, никеля и сплавов на их основе (погрешность в эксперименте не превышала 10%) йри сокращении времени эксперимента.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового потока., отличающийс я тем, что, с целью повышения точности при определении теплоп эоводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижения времени, образец облучают пучком у-излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки тигля и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического У-излучения от времени и температуры в S процессе нагрева. 2. Способ ПО.П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что определение производят при теплоизолированных торцах образца. О 1СП 1 X) N3 эо

rm

Фиг. 2

Тпл Т Фиг.З

tfiJ in УЖ

tnl