Кювета атомизатора для анализа высокотемпературных материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N21/31 

(St) КЮВЕТА АТОМИЗАТОРА ДЛЯ АНАЛИЗА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

I

Изобретение относится к элементам конструкции устройств для спектрального анализа материалов и может быть использовано при изготовлении кювет для исследования карбидообразующих высокотемпературных материалов методами атомно-абсорбционной и атомно-флуоресцентной спектроскопии, высокотемпературной массспектрометрии и ТоД.

Известна кювета атомизатора для анализа высокотемпературных материалов, представляющая собой небольшую цилиндрическую графитовую трубку, футерованную на внутренней поверхности танталовой фольгой. При нагреве трубки до рабочей температуры (2500 С происходит карбидизация тантала и на внутренней поверхности трубки создается защитный слой карбида танта,ла 1.

Однако футеровка стенок кюветы атомизатора танталовой фольгой непри

емлема, так как она не устраняет контакт паров исследуемого вещества с графитом и их диффузию через стенки кюветы.

Наиболее близкой к предлагаемой является кювета атомизатора для анализа высокотемпературных материалов, выполненная в виде трубчатой графитовой основы с защитным покрытием, содержащим карбиды ниобия и тантала.

10 Графитовая трубка покрыта изнутри пленкой, состоящей из смеси карбидов тантала и ниобия, полученной восстановлением металлоорганики Ta(Nb)Cp5. при .

15

Недостатком указанной кюветы является невысокая точность и чувствительность анализа и невысокая устойчивость к термоударам.

Испытания таких кювет в работе

20 показали, что их покрытия не обладают достаточной плотностью, вследствие, чего из-за высокой газопроницаемости удерживается при анализе только 25% 3 определяемого элемента. В результате нанесения защитного покрытия путем создания вначале металлического слоя и его последующей карбидизации не обеспечивается достаточно высокая стойкость покрытия к тепловым ударам Кроме того, наличие примесных фаз в смешанном карбидном покрытии снижает стойкость кюветы атомизатора к воздействию агрессивных сред. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности анализа и повышение устойчивости к термо ударам. Поставленная цель достигается тем что в кювете, выполненной в виде графитовой основы с защитным покрытием, содержащим карбиды ниобия и тантала, покрытие состоит из последовательно нанесенных слоев карбида ниобия и карбида тантала с соотношением их толщин от 1:1 до 1:5 и соотношением углерода к металлу в карбиде ниобия 0,98-0,96, а в карбиде тантала 0,950,90. В предлагаемой кювете указанные защитные слои создают путем высокотемпературной реакции между соответствующим пентахлоридом металла и подложкой (в начале процесса это графит, в дальнейшем - карбидные слои). Создание двухслойного защитного покрытия способствует достижению ука занной цели в силу следующих причин. Газопроницаемость карбидных покрытий, полученных газофазнодиффузионным методом, является сложной функ цией толщины покрытия. При малых толщинах покрытия (до 100 мкм) газопроницаемость высока вследствие наличия пор. в покрытии, при толщинах 1AQ-250 мкм формируются плотные защи ные покрытия с минимальной газопроница емостью.При больших толщинах,в результате образования вторичных дефектов (микротрещины,отслоения) газопроница емость вновь резко возрастает С другой стороны, наибольшая устойчивость к многократным термоударам обнаружена в покрытиях толщиной 90-120 мкм. Совместить в тонком карбидном покрытии низкую газопроницаемость с высокой устойчивостью к многократным термоударам возможно путем последовательного нанесения термодинамически более устойчивого карбида ТАС на слой менее устойчивог карбида . В этом случае при относительно низких для газофазнодиффузионного процесса температурах (2200-2300С) , когда лимитирующей стадией процесса является диффузия углерода, более высокая скорость формирования карбидного слоя. ТаС наблюдается в местах, более богатых углеродом, т.е. в порах, вследствие чего происходит залечивание пор в покрытии из карбида ниобия. Эффект залечивания пор наблюдается лишь при определенных соотношениях толщин карбидов ниобия и тантала. Опытным путем установлено, что наибольший положительный эффект в отношении устойчивости к многократным термоударам и низкой газопроницаемости наблюдается при общей толщине защитного покрытия 30-120 мкм и соотношении толщин слоев карбида ниобия и карбида тантала от 1:1 до 1:5. С точки зрения диффузионной подвижности углерода в карбидах металлов IY-Y групп предпочтительна нестехиометрия карбидов, поэтому, начиная с определенной толщины, для замедления диффузии углерода из графитовой основы в защитное покрытие, а затем и в анализируемую среду наружное покрытие из карбида тантала должно обладать пониженным содержанием углерода (ТаС о-ТаС) ), что достигается повышением температуры процесса и увеличением хлорида в смеси. Экспериментальные исследования, проведенные по подбору марки графита в качестве основы кюветы, показали, что наилучшим комплексом свойств в сочетании с двухслойным покрытием из карбида ниобия и карбида тантала обладает кювета на основе графита с коэффициентом линейного термического расширения/ 6,6 И 0. Электросопротивление кюветы, изготовленной из такого графита с двухслойным защитным покрытием,составляет 1 о ,5 ом-мм / /м, что близко по абсолют.ному значению к электросопротивлению графитовой кюветы (10 ом-мм м) , изготовленной из плотного и высокочистого графита импортных кювет фирмы Перкэн-Элмер (США). Высокая фазовая чистота и химическая чистота по примесям может быть обеспечена газофазно-диффузионным получением карбидных слоев по реакции между летучим хлоридом металла и углеродом графитовой основы

при высоких температурах (ZZOG ZifOO C). Содержания примесных фаз не наблюдается, а содержание примесей (Zr, Hf, Mo, As, Ni, Fe, Co, Zn, Cu , Mn и С г) составляет xvl , 1 .10-5 весЛ.

Пример. Кювету атомизатора выполняют в виде полого цилиндра с внутренним диаметром 9 мм и длиной 55 мм с толщиной стенки 1 мм и эффузионным отверстием диаметром 2 мм.

В качестве основы используют графит марки МГ. Внутренние стенки кюве ты и эффузионного отверстия имеют защитное карбидное покрытие из последовательно нанесенных слоев карби890168«

дов ниобия и карбида тантала. Суммарная толщина защитного покрытия сос тавляет 90 мкм при толщине карбида ниобия 5 мкм и карбида тантала S kS мкм, что соответствует соотношению толщин карбидных слоев 1:1. Состав карбида ниобия NbC

Состав

997

карбида тантала TaC Q Указанную кювету изготавливают методом газофазно-диффузионного нанесения карбидов ниобия и тантала на графитовую заготовку по реакции МеСЕ5 4-С МеС+ 5/2 Условия нанесения карбидного по-, крытия приведены в табл.1.

Таблица 1

Испытания этой кюветы показывают, что она обладает низкой газопроницаемостью и повышенной устойчивостью к термоударам.

--11

22,0

it-10

11

3-1СГ

В табл.2 приведены данные сравнительных испытании различных кювет для анализа высокотемпературных материалов.

Таблица 2

10

100

10

12

50