I
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройству приборов, измеряющих тепловое расширение твердых материалов при использовании малогабаритнь|х образцов, и может быть применено как при материаловедческих исследованиях, так и в производственной практике дшл контроля коэффициентов теплового расишрения (КТР) поставляемых материалов.
Известны приборы, предназначенные для измерения КТР твердых материалов, принцип которых, основан на использовании по.пяризационно-оптического метода исследования напря жений.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поляризационно-оптический дапатометр, содержащий источник поляризованного света, нагревательную камеру и компенсатор.
Принщт работы поляризационно-оптического дилатометра заключается в измерении двойного лучепреломления в зависимости от температуры в спае стекла с другим материалом простой формы (плоский двойной спай, бусинковый спай, спай типа сандвич и т.д.). Зная КТР одного з компонентов спая, по измеренным значениям двойного лучепреломления в нем, с помощью сравнительно простых формул вычисляют КТР второго компонента спая.
Несмотря на простоту и высокую точность поляриза11л5; шо-оптические дилатометры не нащли широкого распространения, так как образцы для измерения КТР должны быть выполнены в виде спая двух материалов, причем один из них должен быть прозрачиым стеклом, и, кроме того, КТР одного из компонентов спая должен быть точно известен. Стекло образует надежные спаи с очень ограниченным числом ма., териалов с близкими к нему значениями КТР, но даже в этом случае. технология получения спая связана с определенными трудностями. Каждое стекло из специальной группы стекол, предназначенных для: спаивания с другими ма20 териалами (так )яазьшаемые ;электровакуумные стекла), может быть спаяно только с одним типом материала (как правило металлом определенной марки). Вследствие этих ограничений поляризационно-оптический метод определения
КТР материалов используется только при входном контроле поставляемых на электровакуумные заводы стекол и металлов, предназначенных для спаивания друг с другом. Ограничения на применение этого метода для измерения абсолютных значений КТР накладывается также из-за того, что при изготовлении спая необхоДИМ нагрев обоих его компонентов до сравнительно высоких температур (800-1200°С). При этом КТР опорного компонента спая (компонента с известным КТР) может измениться на неопределенную величину (например, в резуль тате процессов стабилизации для стекла, либо в результате фазовых превращений для других материалов).
Для обеспечения универсальности поляризационно-оптическим измерениям КТР твердых материалов при сохранности точности, характерной для этого метода, и уменьшения габаритов измеряемых образцов, в схему поляризационнооптического дилатометра введен дополнительньш элемент - преобразователь деформаций, изго. товленный из оптически активного материала, например кварцевого стекла, обхватывающий образец в направлении контролируемого изменения.
На фиг. 1 дана при1щипиальная блок-схема предлагаемого устройства на фиг. 2 изображен измерительный узел с образцом.
Предлагаемый поляризационно- оптиче ский микродилатометр состоит из четырех основных узлов (см. фиг. 1): источника 1 поляризованного света, нагревательной камеры 2, измерительного узла 3 и компенсатора 4.
Измерительный узел 3 выполнен в виде тела, обхватьшающего образец в направлении контролируемого изменения (в виде гкобы, разрезного кольца и т.д.). Он может быть изготовлен из любого оптически-активного материала, например стекла (в частности кварцевого).
Образец .5 из исследуемого материала, выполненный в виде плоско-параллельной пластины, вставляют в прорезь узла 3 с некоторым натягом. При этом в перемычке х)бхватывакнцего тела возникают напряже1шя изгиба, вызывающие двойное лз гепреломление, которое з точках, указанных на чертеже фиг. 2, легко измеряется с помощью компенсатора. Величина двойного лучепреломления в перемычке является функцией ширины прорези.
Узел 3 с образцом 5 помещают в нагревательную камеру прибора так, чтобы ось перемычки с плоскостью поляризации света составляла угол в 45°. При нагреве вследствие разницы КТР материалов узла 3 и образца 5 в перемычке узла 3 меняется величина двойного лучепреломления од следующему .закону: Д КаДТ.
где ДФ - измерение величины двойного лучепреломления а перемычке; ДТ - измерение температуры; а - искомый КТР материала образца 5; К - коэффициент пропорциональности.
Коэффициент пропорциональности К определяется индивидуально для каждого обхватьшающего узла 3 в опытах по измерению материала с известным КТР, например монокристалла
лейкосапфира, вырезанного перпендикулярно или параллельно к оптической оси.
Измеряя двойное лучепреломление в перемычке узла 3 в зависимости от температуры, по приведенной выще формуле легко определяют КТР исследуемого материала, т.е. материала образца 5. Достоинством предлагаемого устройства наряду с простотой и высокой точностью является возможность проводить измереция КТР на миниатюрных образцах вплоть до размеров 1x1x1 мм.
Возможны различные варианты осуществления предлагаемого устройства. Так, образец может быть изготовлен точно в размер прорези и установлен без натяга,обхватьтающее тело; может быть вьшолнен в форме кольца Одинга или упрощенного кольца Одкнга и т.д.; регистравдя деформации в обхватывающем теле может вестись другим способом, например рентгено-структурным или тензометрическим; само обхватывающее тело может быть изготовлено не из оптически активного к деформации материала, а, например, из электрически активного и т.д.
Один из возможных вариантов предлагаемого устройства реа;шзован авторами в лабораторных условиях. При анализе точности прибо ра установлено, что доверительный интервал измеренных значений КТР для серии из трех измерений составляет ±0,440 К при вероятности 0,95, при этом рабочая длина образца не превыщала 1 мм. При измерении КТР известными устройствами величина доверительного интервала обычно находится в пределах ±1. , 3 длина образца должна быть не менее 15 мм.
Предлагаемый микродилатометр позволит; обеспечить универсальность поляризационнооптических дилатометрических измерений, а также уменьшить габариты измеряемых образцов.
Формула измеретения
Поляриэационно- оптический микродилатометр, Х)держащий источник поляризованного света.
57294936
нагревательную камеру и компенсатор, о т л и- обхватывающий образец в направлении контрочающийся тем, что, с целью увеличе-лируемого изменения, изготовленный из оптиния точности дилатометрических измерений,чески активного к деформациям материала, нав него введен преобразователь дефоомации,пример кварцевого стекла.
/тодЩ Шё
/Точка просиот/гл
Л
Напрабмние
т
npotte4u8aHug
