Способ определения типа фазового превращения в твердых кристаллах Советский патент 1986 года по МПК G01N25/02 

1

Изобретение относится к области физико-химического анализа фазовых превращений (ФП) твердых тел и может быть использовано при создании и прогнозировании свойств новых мате- 5 риалов в области температур их фазовых превращений, в частности сегнег тоэлектриков, сегнетоэластиков, ферромагнетиков , антиферромагнетиков, металлов и сплавов. Ю

Целью изобретения является упро щение способа, снижение его трудоемкости и повышение достоверности определения.

Ба чертеже представлена блок-схе- 15 ма устройства для реализации способа.

Устройство включает образец 1, цанговые зажимы 2, термостатированную :измерительнуюi камеру 3, электромагнитные датчики 4 возбуждения колеба- 20 ний, фотоэлектрические датчики 5 малых деформаций, емкостные датчики 6 больших деформаций, термопару 7, нагреватель 8, платиновый термометр 9 сопротивления, нуль-термостат 10 25 для холодного спая контрольной термопары, согласующий усилитель и источник П питания фотодатчиков, преобразователь емкость-напряжение 12,, усилитель 13, генератор 1А низкой 30 частоты, регулятор 15 температуры, цифровой микровольтметр Щ-68000 16, амплитудный дискриминатор 17, частотомер 43-35 18, блок 19 кбммутации видов работы, двухкоординатный само- 35 писец ПЛС-02 М 20, осциллограф 21.

Исследуемый образец закрепляют в цанговых зажимах 2 и помещают EI центре герметичной измерительной ка- меры 3, Один из цанговых зажимов закреплен неподвижно, а другой через скручивающий стержень соединен с инерционной системой маятника. С помощью электромагнитных датчиков 4 создают внешнее механическое напряжение, приложенное к подвижной части крутильного маятника, и возбуждают низкочастотные крутильные колебания маятника. Затем возбуж,цающее напря- 50 кение, создаваемое генератором 14 низкой частоты и усилителем 13, от- |Кпючают от датчиков 4, и образец вместе с маятниковой системой совершает свободные затухающие колебания SS частотой uJ , логарифмический декре- ,мент которых измеряется при помощи :фотоэлектрйческих 5 или емкостных 6

123302J . 2

датчиков деформации электромеханическим счетчиком колебаний, прошедших через амплитудный дискриминатор 17, а период колебаний - электронно-счетным частотомером 18. Внутреннее трение Q вычисляют по формуле

ннее трение; уровни дискриминации;

колебаний, соответствующее изменению амплитуды от А до А, Уровни дискриминации А, и А в а}4плитудном дискриминаторе 17 выбирают такими, чтобы In () П , тогда Q 1 /N.

Далее включают программное регулирующее устройство 15, обеспечивающее требуемую скорость нагрева (или охлаждения) Т и регистрируют температурную зависимость , проходящую через максимум вблизи точки ФП. Затем нагреватель 8 отключают и образец охлаждают, после чего вновь нагревают с другой скоростью нагрева и регистрируют зависимость Q (Т). Для определенная рода ФП в исследованном образце сравнивают величины пиков на кривых Q (f)S снятых при разных Т, котЪрые разнятся при ФП 1-го рода и не отл;ичаются друг от друга при ФП

й-го рода. Таким образом, ряд после - довательных измерений Q (Т) в исследуемом материале позволяет определить род структурного ФП.

Тип ФП определяют также и из измерений (Т), по величине скачка спонтанной деформации х в точке ФП, определенной по параметрам пика Q (его высоте , ширине ьТ,

положению на температурной оси Т) и скорости определения температуры Т по формуле

х„

- 9.Г.

S V 2тг5Дт

Значение

Xg 0

отвечает ФП 1-го рода, а Xj - О - ФП 2-го рода.

Опыты на представителях различных классов сегнетозлектриков, сегнето- зластиков, металлов и сплавов показывают наличие линейной зависимости Q от Т при ФП 1-го рода и отсутствие какой-либо зависимости Q от Т при ФП 2-го рода.

На фиг.2 представлены температурные зависимости внутреннего трения для крист.аллов RbH АзО (кривая 22),

ннее трение; уровни дискриминации

колебаний, сооветствующее изменени амплитуды от А до А, Уровни дискриминации А, и А в а}4плитудном дискриминаторе 17 выбирают такими, чтобы In () П , тогда Q 1 /N.

Далее включают программное регулирующее устройство 15, обеспечивающее требуемую скорость нагрева (или охлаждения) Т и регистрируют температурную зависимость , проходящую через максимум вблизи точки ФП. Зате нагреватель 8 отключают и образец охлаждают, после чего вновь нагревают с другой скоростью нагрева и регистрируют зависимость Q (Т). Для определенная рода ФП в исследованном образце сравнивают величины пиков на кривых Q (f)S снятых при разных Т, котЪрые разнятся при ФП 1-го рода и не отл;ичаются друг от друга при ФП

й-го рода. Таким образом, ряд после - довательных измерений Q (Т) в исследуемом материале позволяет определить род структурного ФП.

Тип ФП определяют также и из измерений (Т), по величине скачка спонтанной деформации х в точке ФП, определенной по параметрам пика Q (его высоте , ширине ьТ,

положению на температурной оси Т) и скорости определения температуры Т по формуле

х„

- 9.Г.

S V 2тг5Дт

Значение

Xg 0

отвечает ФП 1-го рода, а Xj - О - ФП 2-го рода.

Опыты на представителях различных классов сегнетозлектриков, сегнето- зластиков, металлов и сплавов показывают наличие линейной зависимости Q от Т при ФП 1-го рода и отсутствие какой-либо зависимости Q от Т при ФП 2-го рода.

На фиг.2 представлены температурные зависимости внутреннего трения для крист.аллов RbH АзО (кривая 22)

кн.

вая

Р( (кривая 23), RbH,,Pq (кри- i 24) и

КД/0,

(кривая 25), измеренные по частоте крутильных колебаний Гц и скорости нагрева Т 0,3 К/мин.

Изоморфные и изоструктурные кристаплы отличаются друг от друга величиной скачка спонтанной деформации Xj в точке ФП, Xg 15 10 для RbHiAsOj, XstS-lO для и . .SMO - для . Для RbH2,PO;, высота пика Q не зависит от Т, и величина Xj О, выявляя ФП 2-го ро- Да.

При последовательном увеличении .признаков фазового перехода 1-го рода .(увеличении Xg) высота пика

С

возрастает.

В случае ФП 2-го рода пик Q не зависит от скорости измерения температуры, что видно из температурных :зависимостей Q для чистого собственного сегнетоэлектрика тригли- :цйнсульфатапри различньи Tz 0,2 К/мин (кривая 26), 0,3 К/мин (кривая 27), 0,6 К/мин (кривая 28) и 0,9 К/мин (кривая 29), представленных на фиг.3ft, а также зависимости высоты

пика О фиг.35.

-1

от Т, представленной на

Формула изобретения

1, Способ определения типа фазового превращения в твердых кристаллах, заключакмцийся в равномерном нагреве исследуемого образца в области температур фазового превращения, измерении скорости , зависимости изменения объемных свойств образца от температуры и определении искомой величины, о тли чающий - с я тем, что, с целью упрощения способа и повышения достоверности определения, измеряют температурную зависимость низкочастотного внутреннего трения разных ског ростях нагрева и определяют искомую величину по зависимости высоты пика внутреннего трения Q от скорости нагрева.

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что измеряют температурную зависимость внутреннего трения , по скйрости нагрева и параметрам пика внутреннего трения Q рассчитывают величину скаЧка спонтанной деформации Xg и определяют искомую величину по отношению х„ : :Хд О или Xj 0.

Изобретение относится к изучёг,: нию фазовых переходов кристаллических твердых тел. Оно позволяет повысить точность и надежность определения рода фазового перехода. Проводят несколько последовательных измерений аномального низкочастотного внутреннего трения в окрестности точки фазового перехода с различными скоростями нагрева на образцах, ориентированных относительно кристал- лофизнческих осей кристалла таким образом, что внешнее механическое напряжение оказывается связанным со спонтанной деформацией. Величину скачка спонтанной деформации производят по высоте пика внутреннего трения . 3 ил. л ts9 оо со о N3

lin l

(

ЯК)

я

25

т - 150 т -по

Фиг.2

Ш 30 50 Т,С 0,250.5 0,75 Г С/мин

Фиг.З

Составитель Т.Титова Редактор В.Иванова Техред Л. Сердюкова Корректор Е.Сирохман

Заказ 2761/44 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035,.Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 5

-ff-50

50 гД