ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПРИСТАВКА К РЕНТГЕНОВСКОМУ Советский патент 1968 года по МПК G01N23/207 G01N23/02 

Изобретение относится к устройствам, применяемым при исследованиях фазового состава твердых веществ, находящихся в заданных температурных условиях, а также при исследованиях зависимости кинетики реакций в твердой фазе от состава и количества .подаваемого к образцу реакционного газа.

Известен ряд конструкций камер-приставок к рентгеновским дифрактОМетрам, предназначенных для высокотемпературных исследований фазового состава. Обычно такие приставки имеют герметичный корпус и допускают работу в вакууме или контролируемой атмосфере. Однако нагреватель, отражательные экраны, термопары и другие детали камерыприставки находятся в той же атмосфере, что и образец. Поэтому с помощью этих камерприставок нельзя изучать фазовые превращения в образцах, выделяющих агрессивные газы, разрущающие внутренние детали камеры.

Нельзя применять известные коиструкции камер-приставок и в тех случаях, когда изучаемая реакция проходит с участием подаваемого к образцу реакционного газа, причем характеристики реакции завнсят (при данной температуре) от количества реакционного газа, подаваемого к Образцу.

температурной камеры-приставки к дифрактометру предлагаемая приставка содержит проточный реакционный сосуд, снабженный секторными вырезами для пропускания первич.ного и дифрагированных рентгеновских пучков и изолирующий образец с окружающей его реакционной зоной от нагревателя, термопар и деталей корпуса приставки. В оболочку камеры встроены штуцера, обеспечивающие

подачу инертного газа в зазор между реакционным сосудом и корпусом под давлением, больщим давления агрессивного газа в реакционной зоне. С целью улучшения температурного режима в приставке проточный реакционный сосуд окружен кварцевой трубкой в виде змеевика-теплообменника.

На фиг. 1 изображена приставка в сечении ее плоскостью, проходящей через ось рентгеновского гониометра; на фиг. 2 - приставка

в сечении ее плоскостью, перпендикулярной оси гониометра.

Образец 1 устанавливают на кварцевом блоке-держателе 2, который с помощью керамического диска 3 укреплен на водоохлаждаемом основании 4 приставки. Вблизи образца размещена термопара 5 в кварцевом чехле. На блоке-держателе установлен кварцевый цилиндрический реакционный сосуд 6, зазор между которым и блоком-держателем гермесосуд укреплен в водоохлаждаемом переходнике 5 герметичного водоохлаждаемого съемного корпуса 9 с помощью кольцевого уплот нителя 10 с прокладкой из вакуумной резины. Кварцевая трубка // для подачи реакциоиного газа к образцу вплавлена в верхней части в реакционный сосуд и проходит в нем до области высоких температур, где выведена в наружную Стенку реакционного сосуда и уложена на нем в форме змеевика в непосредственной близости от нагревателя 12. Нижний конец трубки // выполнен в форме узкого оопла 13 и расположен на таком расстоянии от поверхности образца, чтобы отсутствовало экранирование первичного и отраженных рентгеновских пучков в рабочем интервале углов. В верхнюю часть реакционного сосуда вплавлен патрубок 14 для вывода инертного газа, остатков реакционного газа из реакционного сосуда. Секториальный вырез 15 для рентгено-вских лучей в реакционном сосуде имеет угол раскрытия около 180° и высоту, несколько меньшую высоты образца. Вырезы - окна 16 для рентгеновских лучей в корпусе герметично закрыты вакуумно-плотным бериллием. Зазор между корпусом и основанием приставки герметизирован резиновым кольцом 17. Переходник 8 имеет штуцер 18 для подачи инертного газа в корпус. Нагреватель и отражательные экраны 19 укреплены в корпусе коаксиально реакционному сосуду. Фиг. 2 иллюстрирует геометрию съемки: фокус рентгеновской трубки 20, ш;ель 21 счетчика,- первичный пучок 22 рентгеновских лучей и дифрагированный пучок 23. Нриставка работает следующим образом. После сборки приставки ее юстируют как обычно для выведения рабочей плоскости образца на совпадение с осью гониометра и центральным лучом рентгеновского пучка при нулевом положении гониометра. Юстировку приставки проводят при снятом корпусе 9. Градуировку термопары, т. е. установление зависимости показаний термопары от истинной температуры образца, проводят также известным способом по эталонному образцу с ранее установленной зависимостью параметров решетки от температуры. Нагрев образца ведут в атмосфере инертного газа, который подают внутрь приставки через штуцер 18 или одновременно через штуцер 18, кварцевую трубку-змееви-к /). Рабочий интервал температур: от комнатной до 1000°С при нихромовом нагревателе и до 1200°С при платиновом. При этом газ выходит через отводный патрубок 14. После достижения заданной температуры, которую затем поддерлшвают постоянной в течение индивидуального оныта, через кварцевую трубкузмеевик 11 на образец подают регулируемое количество реакционного газа (при изучении реакций окисления - кислород или воздух). Газообразные продукты реакции и остатки реакционного газа выносятся потоком инертного газа через отводной патрубок 14 к .какому-либо газоанализатору в поглотитель или атмосферу. В течение всего оныта дифрактометр записывает прямым и обратным ходом выбранный угловой интервал рентгенограммы, в котором расположены одна или несколько линий изучаемых фаз. По изменению интенсивности линии в ходе реакции судят об изменении содержания соответствующей фазы в дифрагирующем объеме. Кривая, огибающая пик выбранной линии, характеризует изменения во времени содержания изучаемой фазы. Если изучается рост содержания вновь образующейся фазы, то опыт ведется при стабильных условиях до наступления равновесия, что отмечается на рентгенограмме как прекращение изменения интенсивности записываемой линии. Отнощение ординаты кривой к высоте «равновесного пика является функцией содержания фазы в данный мОМент времени. Очевидно, что на вид этой функции оказывает влияние изменение суммарного коэффициента поглощения образца. В простейшем случае (что не характерно для реакций типа «твердое - газ), когда реакция идет без изменения суммарного массового коэффициента поглощения и проходит до конца, содержание фиксируемой фазы в данный момент времени просто равно отношению соответствующей ординаты к ординате конечной «ЮОс/о точки. Полученные таким образом кривые временной зависимости содержания некоторой фазы при различных условиях опыта дают возможпость вычислить константы скорости реакции при этих условиях. Таким образом, предлагаемая приставка дает возможность получать при заданных температурах и расходах реакционного газа кривые зависимости содержания изучаемой твердой фазы от времени в реакциях твердого вещества с газом, т. е. изучать кинетику указанных реакций в дифрагирующем слое. Само собой разумеется, что с помощью приставки можно получать данные о равновесном фазовом составе твердого вещества при заданных условиях, что является первым и более протым этапом исследования. При наличии подходящего газоанализатора одновременно с получением данных для твердого вещества можно фиксировать изменения фазового состава азообразных продуктов реакции, т. е. полуать прямой ответ на вопрос, -какие фазовые изменения в твердой фазе соответствуют измеениям в газовой. В принципе не исключена возможность фикации и промежуточных твердых фаз, тем боее, что в реакциях типа «твердое - газ, ожно «растянуть реакцию во времени пу5Предмет изобретения 1. Высокотемпературная приставка к рентгеновскому дифрактометру, содержащая герметизированный корпус, нагреватель, отражательные экраны, систему охлаждения, систему юстировки положения образца, систему качания или колебания образца вокруг рентгеновского гониометра, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности исследования фазового состава твердого образца при высоких температурах и в присутствии агрессивных газов, а также возможности исследования кинетики реакций в твердых телах, идущих с выделением или поглощением агрессивных газов, она содержит проточный реакционный сосуд, снабженный секторными вырезами для пускания первичного и дифрагированых рентгеновских пучков и изолирующий образец с окружающей его реакционной зоной от нагревателя, термопар и деталей корпуса приставки, а в оболочку камеры встроены штуцера, обеспечивающие подачу инертного газа в зазор между реакционным сосудом и корпусом под давлением, большим давления агреосивлого газа в реакционной зоне. 2. Приставка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью улучшения температурного режима, в ней проточный реакционный сосуд окружен кварцевой трубкой в виде змеевика-теплообменника.

Bot

.2