Способ определения теплофизических свойств металлов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к способам определения теплофизических свойств металлов и может быть использовано для нахождения коэффициента теплопр водности и теплоемкости металлов. Известен нестационарный способ определения теплофизических свойств металлов ,, основанный на закономерностях распространения тепла в материале при заданном на поверхнос ти граничнсм условии второго рода, которое реализуется путем нагрева образца потоком ускоренных электронов, при этом регистрируют зависимость изменения температуры от времени в трех точках образца, ток образца и ускоряющее напряжение, по которым рассчитывают теплофизически характеристики Однако практическая реализация этого способа не учитывает ряд особенностей,,которые присущи электронному нагреву, а именно вторичнун) электрон-электррнную эмиссию и электронно:-стимулированну десорбцию, что приводит к значитель ным сяиибкам в определении величины поступающего в образец теплового по тока и в конечном итоге к неточности определения теплофизических свойств материала. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ 2, по кото рому металлический образец в форме цилиндра нагревают потоком ускоренных и полностью поглощаемых электронов. Регистрация изменения темпёрату ры в одной точке образца в разные моменты времени, тока образца и уско ряющего напряжения позволяет определить теплофизические свойства материала, В этом способе с помощью антидинатронной сетки устранен один из вышеуказанных источников погрешности в определении теплофизических свойств - вторичная электрон-электронная эмиссия, но не учтена погреш ность, которую будет вносить в определение величины теплового потока электронно-стимулированная десорбция При облучении поверхности твердого тела электронами с энергией от 100 до 600 эВ наблюдается десорбция атомов как в нейтральном, так ив частично ионном состоянии. Этот процесс сопровождается неучитываемыми потерями энергии, что снижает точность определения теплофизических ха рактеристик. Целью изобретения является повышение точности определения теплофизических. характеристик. Цепь достигается тем, что при осу ществлении способа определения теплофизических свойств металлов в вакууме, заключающегося в тем, что металлический образец, представляющий собой полуограниченное тело, нагретвают постоянным по величине тепловым потоке путем бомбардировки одной из его поверхностей ускоренными и полностью поглощаемыми электронами, регистрируют изменение температуры в двух точках образца за время нагрева , ускоряющее напряжение, ток образца, дополнительно замеряют количество атомов различных газов, десорбированных с поверхности под действием электронного пучка. Зная это количество, определяют потери тепла образцом за счет электронно-стимулированной десорбции, что позволяет точно определить плотность теплового потока, идущегр на нагрев образца, и рассчитать теплофизические характеристики. Для того, чтобы-атом поверхностного слоя вещества мишени мог уйти с поверхности, он должен обладать энергией, достаточной для преодоления сил, удерживающих его на поверхности. Это означает, что акту испускания атомной частицы должен предшествовать акт передачи ей энергии активации, не меньшей энергии связи частищл с поверхностью. Эту энергию активации частица.может получить за счет тепловой энергии тела либо за счет кинетической энергии бомбардирующих частиц, В случае, когда, экс-, лериментальные условия исключают возможность термодесорбции, процесс -. i электронно-стимулированной десорбции может быть описан количественно уравнением Н (T| N. (11, .. i о , где N/J- - концентрация десорбированных частиц в момент времени .f после началу.электронно-стимулированнойдесорбции; N; - начальная концентрация десорбированных атомов i-ro вида при 0 , плотность электронного тока). заряд электрона; полное сечение электронно-стимулированной десорбции 1-го вида атомов. Для определения энергии, расходуемой на электронно-стимулированную десорбцию атомов газа с поверхности образца, необходимо найти количество десорбированных частиц N, каждого вида и их энергию связи на поверхности нагрева Ед . Полная энергия активации, т.е. энергия, затраченная на электронно-стимулированную десорбию всех частиц, определяется как , Ai 1 Способ реализован на установке, блок-схема которой изображена на чертеже. Металли-ческий образец 1 в форме параллелепипеда, помещенный в термо статированный вакуумный объем 2 с раэ1 ежением IQ мм рт.ст. , бомбардаруется потоком ускоренных электро нов в диапазоне энергий от 100 до 600 эВ, инжектируемых электронной пушкой 3 с электростатическим дефлектором 4, позволяющим полностью исключить нагрев образца световым потоком раскаленного катода 5 и выполняющим роль энергомонохроматора электронов. Ток образца замеряют микроамперметром 7, а энергию электронов - вольметрами 8 и 9. В проце се нагрева фиксируют изменение температуры в одной точке образца с. по мощью медь-константановой термопары 10, холодный слой которой размещает ся на стенке камеры. Сигнал с этой термопары, предварительно усиленный фотоэлектрическим усилителем 11 (ф-11б/2), подается через магазин 1 сопротивлений на самопишущий потенциометр 13 (.КСП-4 J. Вблизи образца помещается датчик 14 парциального давления газов типа И ПДО-2, сигнал от которого поступает на самопишущий потенциометр 15 КСП-24 и электр метр 16. Для того, чтобы определить количество частиц, десорбируемых с поверхности образца при электронной бомбардировке, вакуумный объем 2 изолиругат от средств откачки (цеоли товый насос 17, магниторазрядный на сос 181 спомощью высоковакуумного крана 19 и регистрируют изменение парциального давления .с помощью дат чика 14 и общего давления с помощью высоковакуумного датчика 20 типа МИ-27 в течение 5 мин после изоляции вакуумного объема при включенных электронной пушке и дефлекторе. Чтобы выделить газовую компоненту обусловленную электронно-стимулированной десорбцией, эксперимент поУ вторяют дважды: с подачей запирающего отрицательного потенциала на антидинатррнную сетку 21 и без запирающего потенциала, когда на сетку подается потенциал, необходимый только для подавления вторичной электрон ной эмиссии с образца. Разности зн,ачений давлений в камере, зарегистрированные в первом и втором эксперимента5с через равные промежутки време ни от начала эксперимента, определяют давление газа, обусловленное элек тронно-стимулированной десорбцией. Зная парциальные давления газов, выделившихсл за счет электронно-сти мулированной десорбции, можно определить количество частиц и-го вида десорбированных с поверхности ца за время fc. w (,,, ; ttCf) - парциальное давление га. зов в камере после облучения образца в течение времени f ; н парциальное давление в через промежуток времени f , обусловленное натеканием вакуумной системы;. Ic - постоянная Вольцмана; Т -. абсолютная температура. ределив энергию связи отдельных в из уравнения термодинамичесцикла - энергия связи десорбируемого атомаJ Е,.д - энергия связи десорбируемого атома с материалом . мишениJ Л4А энергия диссоциации молекул;ЕЛД - энергия связи атомов мишени, авнению 2 можно рассчитать полнергию активации, определяющую и тепла образцом за счет элеко-стимулированной десорбции, и ьтирующую плотность теплового а п tfaA-V3CA o5pV|7 «VnoA плотность теплового по тока, падающего на об. . разец; ; Зо5р ок образца; Uy - ускоряющее напряжение; CJ, - потери тепла за счет электронно-стимулированной десорбции. том случае расчетные формулы ределения коэффициента теплоности Л и теплоемкости с имеют щий вид: 0 V3( r,t(.o,r,j -r2t(o,%) Е10Я 1 irHV . - время R- длина образца t у S8203886температура . Испольэование предлагаемого спосо;плотность материгшд/ба дает возможность повысить точность коэффициент теплопроводное-определения теплофиэических свойств ти, рассчитанный по форму-металл ов за счет учета потерь тепла ле(61.5иа электронно-стимулированную десорбцию.

СПОСОБ ОПРЕДЕШЕНИЯ ТЕПЛОФИ- ЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ в вакууме, заключаюгцийся в том, что образец нагревают постоянным по величине тепловым потока-! путем бомбардировки одной из его поверхностей ускоренны-^ ми и полностью поглощаемыми электронами, регистрируют ток образца,ускоряющее напряжение, изменение температуры В двух точках образца эа время нагрева, отличающий ся тем, что, с 'Цепью повышения точности измерения за счет учета тепловых по'герь от электронно-стимулированной десорбции, дополнительно замеряют количество атомов различных газов, ^ десорбированных с поверхности под i действием Электронного пучка.(ЛсзоГчЭосо00аypxtjxaа