Устройство для определения коэффициента объемного термического расширения материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к дилатометрии, а именно к устройствам для определения коэффициента объемного термического расширения (КОТР) материалов различной степени дисперсности и формы, что необходимо в связи с развитием порошковой металлургии, полупроводниковой технологии создания многослойных структур типа МДП и МОП, повышением требований к.прокату различных металлов и сплавов, при отливке различных деталей, в строительной технологии и т.д.

Цель изобретения - повышение точности и надежности определения при исследовании твердых материалов разнообразной формы.

При отношении объема жидкости V к объему материала V более 2 к

х() указанная жидкость вносит

м

большой вклад в суммарное тепловое расширение исследуемого материала и данной жидкости, что отрицательно сказывается на точности определения КОТР.исследуемого материала. Например,- для порошкообразного при

V,

-- 2 погрешность определения

м

увеличивается на 7-10%.

Vtc

При - : 1 существенно снижается «

30 Устройство содержит весы 1, на коромысле 2 которых с помощью держателя 3 закреплен под углом об сосуд 4, выполненный в виде герметичной трубки с отростком, заполненной исследуемым порошкообразным ленточным или другими

точность определения, а порой и сама

возможность надежного определения gg

КОТР веществ из-за возможных разрывов материалами 5 неправильной формы и

инертной по отношению к данному материалу жиж,цкостью 6. Материал 5 помещается в отросток Г-образной трубдля соединения (порощок) вели- до оставшаяся часть последней заполняется инертной жидкостью так, что

сплошности жидкости, а также ненадежности ее контакта со всей поверхностью исследуемого материала. Так,

чцна ft X 10

тт

при - равна (70 + 5) х

VM . .

град

V,

Кроме того, при при повышен.V

ных температурах определения КОТР не исключается частичное перемещение части мелкодисперсных порошков по объему сосуда, что может вызвать изменение параметров системы и, как следствие, изменение моментов сил, что снижает точность определения КОТР (погрешность увеличивается на 4-5%).

Увеличение диапазона изменения угла сб от 12 до 65 вместо 25 до 65 связано с изменением вязкости жидкостей, используемых в предлагаемом устройстве. Вязкость большинства жидпосле герметизации в верхней части трубки остается свободный объем (15- 20%), необходимый как место для раз- д мещения инертной жидкости при увеличении ее объема за счет собственного расширения при нагревании, а также расширения образца при нагревании. Сосуд с материалом и жидкостью помещают в нагревательное устройство 7. Для сохранения чувствительности весов на стрелке 8 весов установлен противовес 9, контроль чувствительности определяется с помощью шкалы 10,

50

55

Устройство работает следующим образом.

После закрепления сосуда 4 с материалом 5 и жидкостью 6 под углом об на коромысле 2 весов и компенсации

костей составляет величину П, тогда как вязкость расплавов на много порядков больше. Существенно различны и плотности расплавов и инертных жидкостей. Поэтому для предлагаемого устройства диапазон угла oL определяется неравенством О,2F Fsinoi 0,9F, что даел- oi от 12 до 65° . .

Увеличение диапазона измененияci улучшает работу устройства в целом, делает ее менее критичной.

Укрепление сосуда под углом oi к коромыслу весов приводит к образованию составляющей F- sin сб выталкивающей силы F вдоль трубки сосуда. При этом пузырьки газовой фазы всплывают, т.е. уходят из жидкости. Для эффективного и быстрого удаления пузырьков газа угол об следует брать из интервала 12 ос 65°, для которого справедливо неравенство 0,2F

F.sinoi :0,9F, показывающее, что для данного интервала составляющая F-sinsi

выталкивающей силы вдоль трубки сосуда по порядку величины совпадает с величиной F выталкивающей силы.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит весы 1, на коромысле 2 которых с помощью держателя 3 закреплен под углом об сосуд 4, выполненный в виде герметичной трубки с отростком, заполненной исследуемым порошкообразным ленточным или другими

после герметизации в верхней части трубки остается свободный объем (15- 20%), необходимый как место для раз- мещения инертной жидкости при увеличении ее объема за счет собственного расширения при нагревании, а также расширения образца при нагревании. Сосуд с материалом и жидкостью помещают в нагревательное устройство 7. Для сохранения чувствительности весов на стрелке 8 весов установлен противовес 9, контроль чувствительности определяется с помощью шкалы 10,

55

Устройство работает следующим образом.

После закрепления сосуда 4 с материалом 5 и жидкостью 6 под углом об на коромысле 2 весов и компенсации

веса сосуда с материалом и жидкостью противовесом 9 с помощью разновесов (гирь) устанавливается равновесие весов и задается рабочая температура с помощью нагревательного устройства 7. С ростом температуры за счёт суммарного теплового расширения исследуемого материала-и инертной жидкости в направлении свободного объема V пря- мой части Г-образной трубки, оставляеморо при заполнении сосуда исследуемым материалом и жидкостью, меняется уровень жидкости в трубке, что приводит к нарушению равновесия весов 1, которое восстанавливается изменением веса гирь. Сияв показания весов при двух рабочих температурах Т, и Т, можно вычислить искомый КОТР исследуемого материала по формуле

(Рг - Р,)

а к-----/ ()

где К - константа, численное значение которой определяется геометрией сосуда, температурньш интервалом определения КОТР, а также индивидуальностью жидкости и исследуемого материала J

Р, иВ. -показания весов при темпера1

туре Т, и Т соответственно.

Р - масса исследуемого образца. Использование предлагаемого устройства позволит определять коэффициент объемного термического расширения порошкообразных, ленточных и других материалов неправильной формы с повьшенной точностью и надежностью в твердом состоянии, измерять с одинаково высокой точностью и надежностью как положительные, так и отрицательные определения КОТР, расширить тем- пературньй интервал определения КОТР указанных материалов: он лимитируется с нижней стороны температурой замерзания инертной жидкости, с верхней - температурой плавления веществ или кипения жидкости, при этом устройство обеспечивает одну и ту же точность определения КОТР, определять КОТР образцов без потери ими первоначальной

формы, что позволяет проводить с ними дальнейшие измерения или использовать их для практических применений, упростить конструкцию устройства для определения КОТР порошкообразных, ленточных и других материалов неправильной формы в твердом состоянии, сократить время определения КОТР указанных материалов, расширить угол наклона сосуда по отношению к коромыслу весов, определять КОТР химически активных веществ, имеющих порошкообразную, ленточную или другую неправильную форму, и КОТР веществ, обладающих высокими давлениями насыщенного пара и имеющих порошкообразную, ленточную или другую неправильную форму, исключить загрязнение окружающей среды парами исследуемых порошкообразных, ленточных и других материалов неправильной формы, а также парами жидкостей, используемых для определения КОТР.

Фор.мула .изобретения

Устройство для определения коэффициента объемного термического расширения материалов., содержащее весы, герметичный сосуд в виде трубки для исследуемого материала, укрепленной под углом 12-65 к коромыслу весов и размещенной в нагревательном устройстве, о-тличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения при исследовании твердых материалов разнообразной формы, конец трубки снабжен со- общаюпщмся с ней вертикально расположенным вниз отростком для размещения исследуемого материала, трубка частично заполнена инертной по отношению к исследуемому материалу жидкостью, причем объем жидкости удовлетворяет соотношению

1 V о

v: 2,

50

где объем жидкости V - объем материала.

/7

(Vy (Л

К X x3w X Ч X X x4.X X

Изобретение относится к дилатометрии. Целью изобретения является повышение точности и надежности определения при исследовании твердых материалов разнообразной формы. Устройство содержит весы, сосуд с исследуемым материалом, выполненный в виде Г-образной трубки, помещенный в нагревательное устройство и укрепленный над плечами коромысла весов. Отросток сосуда заполняется исследуемым материалом, оставшаяся часть - инертной по отношению к данному материалу жидкостью. Устройство позволяет с повышенной точностью и надежностью определить коэффициент объемного термического расширения порошкообразных, ленточных и других материалов различной формы и степени дисперсности, химически активных, обладающих высоким давлением насыщенных паров без потери ими первоначальной формы и в температурном интервале, где ранее возможно было определение только- линейного коэффициента термического расширения. Изобретение может найти применение при изучении теплового расширения материалов, металлов и сплавов различ- ной степени дисперсности. 1 ил. (Л

Ю

Редактор И.Горная

Составитель В.Филатова

Техред И.Попович Корректор В.Бутяга

Заказ 5686/38Тираж 776Подписное

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, 4