Способ определения поверхностного натяжения жидкостей и расплавов Советский патент 1987 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к области исследования физико-химических свойств жидкостей и расплавов и может быть использовано в металлургии и научно-исследовательской практике для определения поверхностного нат51- жения расплавов.

Цель изобретения - повышение точности определения при повышенных температурах, когда свечение капли затрудняет определение ее геометрических параметров.

Способ осуществляют следующим образом.

Формирование симметричной капли осуществляют на подложке из . Подложку устанавливают в вакуумной камере высоковакуумной установки внутри нагревателя на молибденовом столике. Сверху к камере подсоединяют высокотемпературный микроскоп. Горизонт регулируют микровинтами и проверяют уровнем, установленным на подложке. Вакуум в печи создают форвакуумным и диффузионным насосом работающим с азотной ловушкой. При проведении опыта камеру откачивают до 5-10 мм рт.ст., после чего заполняют гелием до давления 0,1 атм. Гелий предварительно проходит систему газоочистки, очищаясь от паров воды и кислорода. После этого осуществляют нагрев до нужной температуры и производят измерения.

Предлагаемьм способ опробывают на 99,99%-ном серебре, для этого на подложке диаметром 2г 10,8 мм формируют каплю серебра. Измерения производят при 1000°С. Перед измерениями осуществляют контроль симметрии, для этого автоколлимационное изображение точечной диафрагмы совмещают с перекрестьем окуляра, перемещая микроскоп по горизонтали и вертикали, тем самым определяют положение вершины капли. Далее измеряют радиу- сы экватора в двух взаимно перпенди- iкулярных направлениях. Если радиусы равны, капля симметрична. После го начинают обмер симметричной капли Для измерения радиуса кривизны в вер шине капли по микрометрической шкале вертикального перемещения микроскопа определяют расстояние между автоколлимационными изображениями точечной диафрагмы в центре кривизны вершины капли Z и на поверхности Z RZ Z, - Z,, .

Повторяют измерения десять раз и находят среднее R . Ввиду того, что поверхность капли асферична, расстояние R отличается от радиуса кривиз- ны в вершине капли R на величину наименьшей волновой аберрации дК Для определения U.R используют

НБн

расстояние до плоскости наименьшей волновой аберрации R и уравнение поверхности капли вблизи вершины

у2 Х Y D i. „л ,±

о 2Z 32Za2 1152Za2 + ..„+,

где X и Z - координаты поверхности каплиJ

а - капиллярная постоянная. После этого вычисляют радиус кривизны в вершине капли

R R + R „,

о г НВА

Для определения максимального диаметра капли (диаметра экватора) по автоколлимационному изображению в центре кривизны вершины капли находят положение оси вращения и , перемещая микроскоп вдоль одного горизонтального и вертикального направлений, находят резкое изображение границы экватора. По микрометрической шкале горизонтального перемещения вдоль оси У делают отсчет для правой и левой границ экватора и находят диаметр экватора

D 2г У„р - Измерения повторяют десять раз и на- ходят среднее значение диаметра экватора 2г.

По измеренным величинам с помощью таблиц Башфррта и Адамса, отражающих зависимость

R

ft

определяют капиллярную постоянную а

Для определения ошибки измерения 45 капиллярной постоянной а используют формулу, полученную из зависимости R.

«(JL)

50

a J()) + k4f )S

Ф r , где k -- - (alli) n(n-1)

55 . R J-7;::fr. -

среднеквадратичные ошибки среднего арифметического для десяти измере31288550

НИИ. Для измерений используют объектив с апертурой А О,1.

Размеры капли удовлетворяют от- i ношению

п с в ж

5а D,

AR г

де В„ 2AR, D, 2г.

А - апертура объектива микроскопа.

Поверхностное натяжение О рассчиывают по выражению 8,

де р - плотность расплава (берется из таблицы), g - ускорение свободного падения .

Получают следукщие данные: Аберрация &R, мм 0,03 Радиус кривизны R, мм 8,36

Ошибка , % 0,17 Диаметр экватора 2г, мм10,97

Ошибка Sj,, % 0,04 Dn/2r0,152

Капиллярная постоянная а, мм 9,95

R , мм 2г,. мм

8,38 8,29 8,32 8,27 8,37 8,35 8,40 8,28 8,30 8,34 8,33 10,98 10,99 10,99 10,97 10,96 10,96 10,96 10,98 10,95 10,96 10,97

912 0,6

Не осуществим 9153

ВНИИПИ Заказ 7799/40

Проиэв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ошибка 2, % 0,51 Плотность р,г/см 9,34

i

Кроме того, экспериментальные данные по серебру при Т 1000°С приведены в табл. 1 и 2, из которых следует, что предлагаемый способ позволяет измерять поверхностное натяжение с ошибкой менее 1%.

I. .

Формула изобретения

Способ определения поверхностного натяжения жидкостей и расплавов,

заключающийся в формировании симметрично лежащей капли, измерении с помощью оптического микроскопа двух ее геометрических параметров, одним из которых является максимальный

диаметр, и вычислении поверхностного натяжения по измеренным величинам, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности определения при повьщ1енных температуpax, измерение параметров капли осуществляют при наблюдении капли сверху, а в качестве второго параметра автоколлимационным методом измеряют радиус кривизны в вершине капли.

Таблица 1

Таблица 210,97

I I . Тираж 799

Подписное

Изобретение касается физики поверхностных явлений и может быть использовано при исследовании физико- химических свойств жидкостей и расплавов. Целью предлагаемого изобретения является повьппение точности определения при повышенных температурах. Формируют симметрично лежащую каплю. Измеряют геометрические параметры при наблюдении капли сверху. При этом определяют максимальный диаметр, радиус кривизны автоколлимационным методом. Осуществляют контроль симметрии капли. 1 табл. i (Л tc эо эо ел 01