Ячейки для измерения электродиффузионного потенциала при электропереносе Советский патент 1993 года по МПК G01N27/28 

Изобретение может быть использовано в научно-исследовательской работе для измерения электродиффузионного потенциала расплавов металлов и полупроводников после пропускания через них постоянного электрического тока

Цель изобретения - повышение точности измерения электродиффузионного потенциала

При исследовании электропереноса измеряемая величина ЭДС, возникающая между электродами после пропускания электрического тока, будет складываться из ЭДС-Е, вызванной диффузией в измерительном канале, и термоЭДС г,

е Е + fT

Величина i, определяется по формуле

F.T or (Ti - Та),

где (Ti - Т2) перепад температур между местами контакта электродов с расплавом а- коэффициент термоЭДС пары исследуемый материал - электрод

Причем в течение опыта, когда измеряемая зависимость Е от времени будет меняться вследствии процесса диффузии, а также будет меняться a (Ti - Т2) также из-за диффузии, даже в случае когда (Ti - Т2) остается постоянной, будет меняться величина ее Но при измерениях нас интересует только величина Е Таким образом погрешность измерений будет определяться соотношением величин Е и FI чем меньше FT по отношению к Е, тем меньше погрешность измерений Но величине FT помимо коэффициента термоЭДС а определяется ещр и пеxl О

репадом температур (Ti Га), поэтому, если (Ti Та) свести к О, к О сведется и f T независимо от величины а. Предлагаемая конструкция ячейки решает эту задачу тем, чю параллельно измерительному каналу вводится компенсационный канал, выполненный симметрично относительно оси симметрии ячейки, сама ячейка изготавливается из хорошо проводящей тепло керамики и располагается в нагревателе

симметрично тепловому полю. Это позволяет максимально приблизить места контактов исследуемого материала с электродами друг к другу, одновременно расположив их симметрично по отношению к тепловому по- лю и, тем самым, свести перепад температуры между контактами к О.

Внешний вид ячейки представлен на чертеже. Ячейка состоит из цилиндрическо- го корпуса, изготовленного из алундовой керамики, в верхней части которого имеется резервуар - питатель 2, В корпусе 1 ячейки имеются два параллельных канала 3 и 4, сообщающихся с резервуаром - питателем. Каналы 3, 4 имеются цилиндрическую форму и располагаются симметрично относительно оси корпуса 1, причем расстояние между каналами делают минимальным, исходя из технических возможностей. Каналы герметично закрываются снизу графитовыми пробками 5, 6, в нижней части которых имеются отверстия для коммутации с электрическими зондами 7, 8. Для пропускания

тока через канал в верхней части ячейки

имеется еще один электрический зонд 9. Ячейка используется следующим образом. Резервуар - питатель 2 наполняют гранулами исследуемого вещества. Электрический зонд 9 опускают в резервуар таким образом, чтобы при расплавлении исследуемого вещества обеспечивался контакт между ним и расплавом. Ячейку помещают в цилиндрический нагреватель и центрируют таким образом, чтобы ось нагревателя совпадала с осью ячейки. Нагревают до температуры выше температуры плавления исследуемого вещества. Создавая избыточное давление инертного газа добиваются заполнения каналов 3 и 4 расплавом. Пропу- екают постоянный электрический ток через зонд 9 - канал 3 и зонд 7. По окончании пропускания тока измеряют ЭДС между зондами 7 и 8. За счет равенства температур Ti и Т2 в местах контакта зондов 7 и 8 с - асплавом составляющая «(Ti Та) будет равна О. Таким образом f - Е 4 «(Ti Tj) . где Е - электродиффузионый потенциал, который необходимо определить Рассчитывают кажущийся эффективный заряд 1-го компонента при помощи

где J - плотность пропускаемого тока,

т - время пропускания тока;

х; - мольная доля 1-го компонента,

NA - число Авогадро;

а- удельная проводивость расплава:

I - длина канала;

V0 - мольный объем расплава;

t - время после отключения тока;

К - константа Больцмана;

Т - температура расплава;

Е - величина электродиффузионного потенциала в момент 0;

at - активность 1-го компонента:

D- коэффициент взаимной диффузии в растворе, который определяется из уравнения;

D (tg ее)

л2

где а-угол наклона прямолинейного участка зависимости InE f(t).

Примером конкретного выполнения заявленного изобретения может служить ячейка, где в качестве цилиндрического корпуса 1 используется стандартная 2-каналь- ная алундовая соломка диаметром 5 мм, Диаметр цилиндрических каналов равен 1 мм. Резервуар-питатель 2 изготавливается из графита. Алундовая соломка плотно вставляется в отверстия, имеющиеся в донышке питателя,и место стыка заклеивается, например,фосфат-цементом.

Электрический зонд 9 вставляется в отверстие, имеющееся в наружной стенке резервуара-питателя. В этом случае расстояние между каналами в ячейке составляет 3 мм. Соответственно расстояние между контактами электрический зонд 7 - расплав и электрический зонд 8 - расплав также примерно 3 мм. Таким образом перепад температур между контактами практически равен О, Это позволяет скомпенсировать влияние термоЭДС в ходе измерения электродиффузионного потенциала и, тем самым, повысить точность измерений

Формула изобретения Ячейка для измерения электродиффузионного потенциала при электропереносе

содержащая цилиндрический корпус из тугоплавкого диэлектрического материала, в котором выполнен параллельно оси канал, сообщающийся верхним концом с резервуаром-питателем, причем в резервуаре-питателе и в нижнем конце канала, герметично установлены токовые зонды, отличающаяся тем, что. с целью повышения

точности измерения электродиФфуэипмно го потенциала, в корпусе ячейки дот.пни тельно выполнен второй канал, идентичный первому и расположенный параллельно его оси, при этом верхним концом второй канал соединен с резервуаром, а в нижнем конце герметично установлен третий токовый зонд.

Использование измерение электродиффузионного потенциала Сущность изобретения: в корпусе ячейки имеются два параллельных канала, сообщающихся с резервуаром питателем. Каналы имеют цилиндрическую форму и располагаются симметрично относительно оси корпуса, причем расстояние между каналами делают минимальным Каналы герметично закрываются снизу графитовыми пробками и в них имеются отверстия для коммутации с электрическими зондами Для пропускания тока через канал в верхней части имеется еще один электрический зонд Ток пропускается только через один канал 1 ил СО