Способ определения объема химически активного халькогенидного стеклообразного материала Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к дилатометрии, а именно к способам определения объема материала при изменении температуры, и может быть использовано при изучении процессов кристаллизации химически активных халькогенидных стекол в широком интервале температур.

Известен способ определения обьема материала при изменении температуры, включающий заполнение сосуда с капилляром исследуемым материалом и диламетри- ческой жидкостью с последующим нагреванием.

Однако данный способ не позволяетоп- ределять температуру начала кристаллизации и долю закристаллизованного обьема при заданной скорости нагревания химически активного халькогенидного стекла в области высоких температур.

Это связано с тем, что в известном способе применяются дилатометрические жидкости, к которым предъявляется ряд жестких требований. В частности, они должны иметь определенный коэффициент термического расширения, быть термически устойчивыми и химически инертными по отношению к объектам измерения при высоких температурах.

Кроме того, в случае смачивания поверхности кристаллизирующегося материала дилатометрической жидкостью изменение свободной энергии гомогенного зародыше- образования сильно уменьшается. Это ускоряет процесс кристаллизации и изменяет температуру начала кристаллизации при заданной скорости нагревания..

Наиболее близким к предложенному является способ определения обьема материала при изменении температуры, включающий заполнение сосуда материалом, нагревание, взвешивание и определепне объема материала при изменении температуры.

Однако существующий способ не позволяет определять с достаточной точностью долю закристаллизованного объема хэлькогенидного стекла, а обеспечивает только точное определение изменения объема стеклообразующего расплава при изменении температуры.

Согласно уравнению коэффициент объемного термического расширения/ определяется изменением объема материала, отнесенным к интервалутемператур, в котором это изменение произошло V2 - Vi

ftО)

Vi(T2-Ti)

где V2 и Vi -- объем материала при температурах Т2 и Тч соответственно.

В известном способе для расчета/3 применяется уравнение (P2-Pi),21

Р УР(Т2-ТО w

где у - постоянная сосуда, определяемая геометрией, формой сосуда;

Pi и Р2 - массы разновесов при температурах материала Ti и Т2 соответственно; Р - масса материала.

Из уравнений (1) и (2) следует уравнение (3), согласно которому

V2-V1 2(P2-Pi)-,3ч

ViYР1

.точность определения доли закристаллизованного объема материала

У2-У1 Vi

от сохранения пропорциональности изменения ее объема изменению момента сил на

2(P2-Pi)

коромысле весов при сохранении значения у, а это возможно, если материал сохраняет форму сосуда, форму, приобретенную в жидком состоянии.

Переход стеклообразных материалов в кристаллическое состояние в условиях постоянного нагрева с постоянной скоростью имеет свои особенности. Выше температуры размягчения стекла существуют раздельно определенные интервалы температур, в которых образование центров кристаллизации и их рост происходит с заметной скоростью. В этих условиях формирование структуры кристалла и его формы зависит от скорости нагревания и от равномерности нагревания всего объема размягченного стекла.

В известном способе кристаллизация может начаться в любой части объема сосуда, занятого стеклом, где случайно возникнут условия для образования и роста зародышей.

На гомогенное зародышеобразование в объеме размягченного стекла накладывается также гетерогенное зародышеобразование, которое индуцируется присутствием

5 примесных частиц и чаще всего происходит на поверхности размягченного стекла.

Это приводит к нарушению рельефа поверхности, к нарушению формы материала, неправильному расположению материала в

10 сосуде, образованию пустот и других дефектов, нарушающих условие уравнения (3). При этом уменьшается точность определения доли закристаллизованного объема стекла при заданной скорости нагревания.

15Цель изобретения - повышение точности определения доли закристаллизованного объема материала.

Нагревание сосуда с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщи20 не исследуемого вещества не более 1-3 К/см, создает условия для точного определения доли закристаллизованного объема при заданной скорости нагревания, при которых уменьшение объема кристаллизирую25 щего стекла в нижней части сосуда приводит к равномерному снижению материала в сосуде за счет заполнения освободившегося объема размягченным стеклом. Уменьшение уровня материала в сосуде, за30 крепленном на коромысле весов, изменяет момент сил коромысла и служит сигналом для определения температуры начала кристаллизации, температуры, при которой зависит объемная доля кристаллической фазы до35 стигает. минимальной экспериментально обнаруживаемой величины.

Увеличение градиента температур больше, чем 3 К/см, приводит к росту вязкости размягченного стекла, текучесть которого

40 становится недостаточной для сохранения материалом формы сосуда.

При градиенте температур меньше, чем 1 К/см, возрастает вероятность образования и роста кристалла на свободной повер45 хности стекла.

Принципиальное отличие предлагаемой операции от прототипа заключается в том, что используемое разделение температурных диапазонов образования зародышей и

50 их роста за счет создания градиента температур при нагревании стекла позволяет сформировать зародыши и провести кристаллизацию с сохранением формы материала, необходимой для создания эффекта

55 пропорционального изменения момента сил в образце, закрепленном на коромысле весов, доли закристаллизованного объема. На чертеже приведена зависимость доли закристаллизованного объема материала от температуры при различных скоростях

нагревания (V)(. К/мин; .7 x х К/мин).

Определение температуры начала кристаллизации и объема кристаллизирующего стекла проводилось следующим образом.

После закрепления сосуда с материалом на коромысле весов под углом 45° и компенсации веса сосуда противовесом с помощью разновесов устанавливалось равновесие весов. Дополнительным нагревателем, установленным в нижней части нагревательного устройства, создавался необходимый градиент температур и задавалась необходимая скорость нагревания. С ростом температуры за счет теплового расширения менялся уровень материала в сосуде, что приводило к нарушению равновесия весов. Сняв показания весов при двух рабочих температурах Ti и Та, вычисляли необходимый объем по уравнению (3). Температуру начала кристаллизации Тн определяли по минимальному отклонению от экспериментальной кривой, характеризующей температурное изменение объема, при скорости нагревания выше критической (см. чертеж). Долю закристаллизованного объема а рассчитывали как отношение разности объемов кристаллизованного и незакристаллизованного стекла к разности между объемами кристалла и стекла при данной температуре (см. чертеж).

Ниже в таблице приведена температура начала кристаллизации и доля закристаллизованного объема химически активного халькогенидного стекла А125ез. определенные предлагаемым и известным способами, а также указана погрешность определения этих величин.

Использование предлагаемого способа определения объема материала при изменении температуры обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: повышение точности определения доли закристаллизованного объема ота+ 0,04 до сс+ 0,01; возможность определения критической скорости нагревания, как скорости, при которой доля закристаллизованного объема минимальна.

Формула изобретения Способ определения объема химически

активного халькогенидного стеклообразного материала, включающий заполнение сосуда исследуемым материалом, его нагрев, взвешивание и определение зависимости искомой характеристики от температуры,

отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения доли закристаллизованного объема материала, нагрев сосуда осуществляют с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по

толщине исследуемого материала не более 1-3 К/см.

47J

523

573

623 KK

Изобретение относится к дилатометрии и может быть использовано при исследовании процессов кристаллизации химически активных халькогенидных стекол в широком интервале температур. Цель изобретения - повышение точности определения доли закристаллизованного объема материала. Рабочий сосуд заполняют исследуемым материалом, нагревают сосуд с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщине исследуемого материала не более К/см, взвешивают сосуд и определяют зависимость искомой характеристики от температуры. 1 ил.