Устройство для определения скорости испарения нестехиометрических оксидов Советский патент 1982 года по МПК G01N5/04 

I

Изобретение относится к использованию термодинамических 1 характеристик материалов и может быть использовано при определении скорости испарения оксидов в газовых средах с контролируемым кислородом потенциалом, в частности для определения потерь за счет испарения оксидов урана, плутония или их твердых растворов при приготовлении изделий, а также при их работе в устройствах с известным кислородным потенциалом.

Извеетно устройство для определения скорости испарения нecтexиoмeтpичeckиx оксидов в потоке газа с контролируемой величиной кислородного потенциала, содержащее три концентричных, герметично соединеных в вертикальном положении трубы, на нижнем конце средней трубы имеется перфорированный вольф рамовый держатель, на котором расположен порошок исследуемого оксида, во внешней трубе имеется вход для газа, а во внутренней конденсорной трубе - выход для газа-носителя Г.

Недостатками известного устройства являют ся низкая точность измерений из-за неполной

конденсации металлосодержащих паров в конденсорной трубе, невозможность учета количества испарившегося молекулярного и атомарного кислорода, дискретиость измерений, результатом чего являются большой расход исследуемого оксида и низкая производительность измерений.

Известно также устройство для определения скорости испарения оксидов, содержащее вертикальный корпус с днищем, держатель для

10 образца, установленный на днище по оси корпуса, нагреватель, расположенный снаружи держателя и кварцевый частотный датчик измерения потерь массы образца, размешенный в корпусе соосно над держате;1ем 2.

15

Недостатком данного устройства является существенное увеличение погреишости измерения скорости испарения нестехиометрических оксидов,; обусловленное их неконгруэнтным испарением, при котором в паре находятся

20 металлосодержащие молекулы и атомарный и молекулярный кислород. Поскольку кислород не конденсируется на мшиени, то появляется систематическая погрешность измерения скорое,ти испарения, величина которой гем больше, чем иьиие степень отклонения от стехнометрического состава исследуемого оксида, причем при изменении величины отношения кислород металл всего на 1% гфоисходит изменение давления компонентов более чем в 10 раз, что является причиной значительного увеличения погрешности измерений. Цель изобретения - повышение точности определения. Цель достигается тем, что устройство снабжено дизлектротеским кольдом, пометенным внутри держателя, выполненного металлическим твердоэлектролитной таблеткой, закрепленной в кольце и отделяющей от верхнего торца дер жателя пространство для образца, кулонометри ческими дозировочными и измерительным зпек тродами в виде покрытий, нанесенных на верхнюю и нижнюю поверхности таблетки, и злектродами для дозировки и измере гия количества кислорода, в виде покрытий , нанесен ных против друг друга на внешнюю и внутреннюю поверхности корпуса, выполненного керамическим. На чертеже схематически изоэражено устройство для определения скорости испарения нестехиометрических оксидов, продольный разрез.Устройство содержит керамический корпус 1, имеющий дозировочные и измерительные злектроды 2 и 3, кварцевый частотный датчик 4,укрепленный в водоохлаждаемом держателе 5,исследуемый образец 6, выполненный в вид тонкой таблетки, держатель образца в виде втулки 7, в которой расположены кольцо 8 из оксида бериллия к твердоэлектролитная таблет ка 9, на рабочем торце которой нанесены дозировочный электрод 10, на противоположный торец - измерительный и дозировочный злектроды И и 12, выполненные из пористой пластины, системы питания кислородного насоса и твердоэлектролитной кулонометрической ячейки, состоящие из амперметра 13, источник тока 14 и регулятора напряжения 15, вольтметры 16 и 17 для измерения ЭДС на измерительных электродах 3 кислородного насоса и злектродах Ни втулке 7 кулонометрической ячейки, нагр евательный индуктор 18, представляющий собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки, служащий для индукционного нагрева молибденовой втулки внутри которой расположен исследуемый образец, термопару 19. Устройство работает следующим образом. Исследуелпай образец 6 устанавливают внут ри втулки 7 на твердозлектролитную таблетку 9, герметизируют устройство и откачивают 9 4 до ланления 1-5 МПа,.включакп нагрей и с помощью кислородного насоса в газовой среде устанавливают такое парциальное давление кислорода, при котором величина ЭДС между электродами 7--11 Е. находится вблизи нулевого значения, по величине ЭДС Е« на измерительных электродах 3 кислородного насоса определяют кислородный потен1шал исследуемого образца и степень его нестехиометричности. Во время выдери ки образца при заданной температуре одновременно с измерением частоты колебаний кварцевого датчика 4 к поверхности раздела образец 6 - тв ,доэлектролитная таблетка 9 подают путем пропускания постоянного тока через твердый электролит такое коли ество кислорода, которое испаряется с открытой поверхности образца и по пслнчине перенесенного; количества электричества судят о массе испарившегося кислорода с отк1)ьггой поверхности образца, а по изме1 ению частоты колебаний кварцевого датчика 4 определяют скорость испарения металлосодержаишх парой. На одном и том же образце можно измерить скорость испарения для разных значений величины отношения кислород-металл и получить зависимость скорости испарения от степени нестехиометричности исследуемого оксида. Предлагаемое устройство позволяет определять скорость испарения нестехиометрических окисдов в температурном интернапе 800200()К и в диапазоне значений кислородного потенциала от -10 до -800 кДж/моль с погрешностью, не превышающей 4-59f. Формула изобретения Устройство для определения с-сорости испарения нестехиометрических оксидов , содержащее вертикальный корпус с днищем, держатель для образца, установленный на днище по оси корпуса, нагреватель, расположенный снаружи держателя, и кварцевый частотный датчик измерения потерь массы образца, ра ме- щенный в корпусе над держателем соосно с ним, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности О11ределений, оно снабжено, диэлектрическим кольцом, помещенным внутри держателя, выполненного металлическим, твердоэлектролитной таблеткой, закрепленной в кольце и отде.ляющей от верхнего торца держателя пространство для образца, кулонометрическими дозировочными и измерительным электродами, в виде покрытий нанесенных на верхнюю и нижнюю поверхности таблетки, и электродами для дозировки и измерения количества кислорода в виде покрытий, нанесенных против друг яру5Ч()573«6

га на внешнюю и инуфсипюю монсрхмосги 1. J. Chemical Physics, 1978. гом 49,

корпуса, выполненного ксчшмичсским.N 11, с. 4739-4744.

Источники информации,2. Авторское свидетельстпо СССР N 421914,

принятые во внимание гфи экспертизекл. G 01 N 5/05, 09.03.72.