Устройство для определения теплоемкости тугоплавких материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/20 

г

О5

сл

4;

со

Изобретение относится к измерения з теплофиэических свойств тугоплавких материалов при высоких температурах, вплоть до температур плавления и, в частности к определению тешюемкости Ср, к может быть использовано в энергетической, теплотехнической, металлургической прсмьппленностях и других областях наукл я текНИКИ,

Известно устройство для определения теплоемкости материалов импульсным методом при высоких температурах, содержащее вакуумн то камеру, энутри которой образец из исследуемого материала зaжи 5aeтcя в цанговых контактах токоподводов, что не дает иоэможносги свободного расшнрения образца пр} быстром нагреве. Компенсация расширения образца осупцеств- JQ без

ляегся за с-;ет проскальзывазшя одной j ;з liEHr в н(подв -пкмом контактном конусе, что позможно для таких материалов, металль,, но не может бььть примелено для хрупких н трудно обрабатывай--jj ляет материахюв типа карбидов боридо нитридов и различных | омпозициоиньсх материалов 1 j. Наиболее близким по технической сугдиости и ,з,о тигаемому результату fS предлгггаекому является уст.ройстgc для определения теплоемкости туго рлавкик материалов, содержащее вакуу аугс камеру с paзмeщeн 5ьE и в ней токо яодвода{.1и Ti компенсатор расширени.г1 образца, связа} ный с одним -э .тока(Тюдйодов , Б качестве компенсатора расширения образца используется силь фонС2 3.. Недостаток этого устройства для определения теплофизнческкх свойств материалов состоит в том что око не позволяет проводить исследование свойств тугоплавких хрупк -к соединен И композиционных материалов при высоких температурах (вплоть до температур гшазления), так как тонкостенные сильроны не позволяют подводить к образцу большие токи (порядка 2000-4000 А) и ке обеспечивают горизонтальн.ого смеп(ения образца во время импульсного нагрева. Цель изобретения - расширение области примеягния устройства для оп.ределения теплоемкости тугоплавких хрупких СОСДКНеНИЙ и КОМПОЗИЦИОН 5ЫХ материалов nim импульсном кагреве об разца вплоть до температур плавления

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем вакуумную камеру с размещенными в ней токоподводами и компенсатор расширения

образца, связанный с одним из токоподводов, токоподвод, связанный с компенсатором, выполнен в виде стакана я расположенной внутри него с зазором втулки для крепления образца,

соединенной со стаканом гибкими элементами.

Наличие токоподнода, состоящего из неподвижной и подвижной частей, расположенных относительно друг

друга с зазором и соединенньтх между собой гибкими элементами, позволяет образцу при нагреве свободно расширяться а вертикальном направлении и перемещаться в горизонтальном

оказывается возможным исследовать хрупкие материалы типа карбидов,, боридов, нитридов и др.. Суммарное поперечное сечение элементов позвоповремодений, благодаря чеиу подводить к образцу греющие токи до 2000-4000 А и,, следовательно, нагревать егО вплоть до температур (злавлекия. чертеже изображено устройство, продольный разрез. .В вакуумной камере 1 верхнлй конец исследуемого образца 2 зажат з верхнем неподвилаюм водоохлаж,даемом токоподаоде 3, Нижний конец образ.ца 2 зажат в подвижной втулка 4, выполненной из меди, и которая соединена с неподв { :нь М стаканом 5 с nof oщьш гибких элементов 6, Между подвижной втулкой 4 и неподвижными стаканоМ 5 имеется зазор. Элементы 6 закреплены на цилиндрических поверхностях втулки 4 и стакана 5, Вес подвижной вту.пки 4 и элементов 6 компенсируется пружиной 7. Устройство содержит также графитовые конусы 8, малые гайки 9, источник 10 тока, контактор 11, с.мотровое окно 2. Опреде.пение теплоемкости тугоплавких материалов с использованием предлагаемого устройства осуществ.пяется следующим образом. Образец 2 в виде трубки зажимается в графитовые конусы 8 с помощью накидных медных гаек 9 i-t нагревается от комнатной температуры до температуры, близкой к температуре плавления, пропусканием через него короткого импульса (длительное гью порядка 1 с).тока большой (порядка 2000-4000 А) от источника 10 тока при замыкании контактора 11, Расширение образца 2 в вертикальном направлении при нагревании обеспечивается за счет системы гибких медных элементов 6, позволякицих втулке 4 из меди свободно перемещаться и неподвижном стакане 5. Температура образца в процессе нагрева измеряется быстродействующим фотоэлектрическим пирометром. Прямоугольное отверстие в стенке образца играет роль модели черного тела, излучение которого г}опадает на пирометр через смотровое окно 12 в стенки вакуумной камеры 1.

Помимо температуры в процессе нагрева аналого-цифровым преобразователем измеряется ток 3 , протекающий через образец, и напряжение у

на нем, а также скорость изменения температуры образца dT/dT . По полученным данным рассчитывается теплоемкость образца по формуле

ио

Ср

(

m

где - масса образца

Г продолжительность нагрева.

Таким образом были определены теплоемкости образцов из карбида ниобия и карбида титана. Длина образцов составляла около 100 мм. В качестве источника тока использовались

система аккумуляторт ьгх батарей типа GCT-f32, соединенных параллельно последовательно, при этом выходное напряжение составляло 48 В.

Полученные результаты приведены

е таблице.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней токоподводами и компенсатор расширения образца, связанньлй с .одним из токоподводон, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства для определения теплоемкости тугоплавких хрупких соединений и композиционных материалов при импульсном нагреве образца вплоть до температур плавления, токо подвод, связанный с компенсатором, выполнен в виде стакана и расположенной внутри него с зазором втулки для крепления образца, соединенной со ста(О каном гибкими элементами.

Эти данные подтверждают возможност использования предлагаемого устройства для определения теплоемкости хрупких тугоплавких материалов при высоких температурах (1600-2400 К). Применение предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с прототипом расширить область использования устройства, так как оно позволяет исследовать такие материалы, как карбиды, нитриды, бориды и другие ком позиционные материалы вплоть до температур плавления. Устройство позволяет пропускать большие (порядка 2000-4000 А) токи через образец, что обеспечивает высокую скорость его нагрева, достигающую 5000-10000 град/с. Необходимое свободное расширение образца при таких высоких скоростях нагрева обеспечивается за счет системы гибких медных элементов, соединяющих неподвижную и подвижную части нижнего токоподвода. Центровка образца при расширении сохраняется, так как подвижная медная втулка свободно перемещается вертикально вниз Р неподвижном медном стакане благодаря небольшому (около 1 мм) зазору между ними.

/2