Способ определения объема химически активного халькогенидного стеклообразного материала
Изобретение относится к дилатометрии и может быть использовано при исследовании процессов кристаллизации химически активных халькогенидных стекол в широком интервале температур. Цель изобретения - повышение точности определения доли закристаллизованного объема материала. Рабочий сосуд заполняют исследуемым материалом, нагревают сосуд с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщине исследуемого материала не более К/см, взвешивают сосуд и определяют зависимость искомой характеристики от температуры. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)s G 01 N 25/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4757831/25 (22) 10.11.89 (46) 30.03.92.Бюл. № 12 (71) Ленинградский государственный технический университет (72) В.А.Ананичев, А.И.Демидов и Л.Н,Блинов (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 842529, кл. G 01 N 25/16, 1981.
Авторское свидетельство СССР
¹ 987487;-кл. G 01 N 25/16, 1983, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЬЕМА ХИМИЧЕСКИ АКТИВНОГО ХАЛЬКОГЕНИДНОГО СТЕКЛООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА
Изобретение относится к дилатометрии, а именно к способам определения объема материала при изменении температуры, и может быть использовано при изучении процессов кристаллизации химически активных халькогенидных стекол в широком интервале температур.
Известен способ определения объема материала при изменении температуры, включающий заполнение сосуда с капилляром исследуемым материалом и диламетрической жидкостью с последующим нагреванием.
Однакоданный способ не позволяетопределять температуру начала кристаллизации и долю закристаллизованного объема при заданной скорости нагревания химически активного халькогенидного стекла в области высоких температур.
Это связано с тем, что в известном cnocobe применяются дилатометрические жид„„Ы/ „„1 723509 А1 (57) Изобретение относится к дилатометрии и может быть использовано при исследовании процессов кристаллизации химически активных халькогенидных стекол в широком интервале температур. Цель изобретения— повышение точности определения доли закристаллизованного объема материала. Рабочий сосуд заполняют исследуемым материалом, нагревают сосуд с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщине исследуемого материала не более
1 — 3 К/см, взвешивают сосуд и определяют зависимость искомой характеристики от температуры. 1 ил. кости, к которым предъявляется ряд жестких требований. В частности, они должны иметь оп ределенный коэффициент термического расширения, быть термически устойчивыми и химически инертными по отношению к объектам измерения при высо- ких температурах.
Кроме того, в случае смачивания поверхности кристалл изирующегося материала дилатометрической жидкостью изменение свободной энергии гомогенного зародышеобразования сильно уменьшается. Это ускоряет процесс кристаллизации и изменяет температуру начала кристаллизации при заданной скорости нагревания., Наиболее близким к предложенному является способ определения обьема материала при изменении температуры, включающий заполнение сосуда материалом, нагревание, взвешивание и определе1723509
10
20
30
40
50 ние объема материала при изменении температуры.
Однако существующий способ не позволяет определять с достаточной точностью долю закристаллизованного объема халькогенидного стекла, а обеспечивает только точное определение изменения объема стеклообразующего расплава при изменении температуры.
Согласно уравнению коэффициент объемного термического расширения Ропределяется изменением объема материала, отнесенным к интервалу температур, в котором это изменение произошло /2 /1 (1)
V1 (Т2 Т1 ) где Vz и V1 — объем материала при температурах Tz и Т1 соответственно, В известном способе для расчета Р применяется уравнение р, 2(Р P > р
УР(Т2 — Т1 ) где y — постоянная сосуда, определяемая геометрией, формой сосуда;
Р1 и P2 — массы разновесов при температурах материала Т1 и Тг соответственно;
Р— масса материала.
I/la уравнений (1) и (2) следует уравнение (3), согласно которому
Н вЂ” Vi 2 (Рз Р111
=У (3) точность определения доли закристаллиэо /2 /1 ванного объема материала зависит
Ч1 от сохранения пропорциональности изменения ее обьема изменению момента сил на
2 (Рг — Р1 коромысле весов у—
Р при сохранении значения у, а это возможно, если материал сохраняет форму сосуда, форму, приобретенную в жидком состоянии.
Переход стеклообразных материалов в кристаллическое состояние в условиях постоянного нагрева с постоянной скоростью имеет свои особенности, Выше температуры размягчения стекла существуют раздельно определенные интервалы температур, в которых образование центров кристаллизации и их рост происходит с заметной скоростью. В этих условиях формирование структуры кристалла и его формы зависит от скорости нагревания и от равномерности нагревания всего объема размягченного стекла.
В известном способе кристаллизация может начаться в любой части объема сосуда, занятого стеклом, где случайно возникнут условия для образования и роста зародышей, На гомогенное зэродышеобразование в объеме размягченного стекла накладывается также гетерогенное зародышеобразование, которое индуцируется присутствием примесных частиц и чаще всего происходит на поверхности размягченного стекла.
Это приводит к нарушению рельефа поверхности, к нарушению формы материала, неправильному расположению материала в сосуде, образованию пустот и других дефектов, нарушающих условие уравнения (3), При этом уменьшается точность определения доли закристаллизованного объема стекла при заданной скорости нагревания, Цель изобретения — повышение точности определения доли закристаллизованного объема материала.
Нагревание сосуда с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщине исследуемого вещества не более 1 — 3
К/см, создает условия для точного определения доли закристаллизованного объема при заданной скорости нагревания, при которых уменьшение объема кристаллизирующего стекла в нижней части сосуда приводит к равномерному снижению материала в сосуде эа счет заполнения освободившегося объема размягченным стеклом.
Уменьшение уровня материала в сосуде. закрепленном на коромысле весов, изменяет момент сил коромысла и служит сигналом для определения температуры начала кристаллизации, температуры, при которой объемная доля кристаллической фазы достигает минимальной экспериментально обнаруживаемой величины.
Увеличение градиента температур больше, чем 3 К/см, приводит к росту вязкости размягченного стекла, текучесть которого становится недостаточной для сохранения материалом формы сосуда
При градиенте температур меньше, чем
1 К/см, возрастает вероятность образования и роста кристалла на свободной поверхности стекла, Принципиальное отличие предлагаемой операции от прототипа заключается в том, что используемое разделение температурных диапазонов образования зародышей и их роста за счет создания градиента температур при нагревании стекла позволяет сформировать зародыши и провести кристаллизацию с сохранением формы материала, необходимой для создания эффекта пропорционального изменения момента сил в образце, закрепленном на коромысле весов, доли закристаллизован ного объема.
На чертеже приведена зависимость доли закристаллиэованного объема материала от температуры при различных скоростях
1723509
Способ определения Скорость нагре- Температура начала Доля закристаллизовэния,К/мин к исталлизации Т ванного объема, а
Стекло состава АзгЯез 6,6 х 10
6,6х10
2,5х 10
2,5х10
1,2х10
1,2 х10
2,7х 10
2,7x 10
528 ":6
530 + 21
553 « 7
520 «-30
590 +. 11
550 + 72
620 «- 15
600 «- 126
0,98 «0,01
0,80 ": 0,03 ,0,95 0,011
0;90 «- 0.05
0,24 «0,01
0.20 «0,05
0,05 + 0,01
0,05 «- 0,05
Предлагаемый
Известный
Предлагаемый
-Известный
Предлагаемый
Известный
Предлагаемый
Известный нагревания (V) (1-V- 6.6 10 ; 2-Ч=-2,7 х х 10 К/мин).
Определение температуры начала кристаллизации и объема кристаллизирующего стекла проводилось следующим образом, 5
После закрепления сосуда с материалом на коромысле весов под углом 45 и компенсации веса сосуда противовесом с помощью разновесов устанавливалось равновесие весов. Дополнительным нагревате- 10 лем, установленным в нижней части нагревательного устройства, создавался необходимый градиент температур и задавалась необходимая скорость нагревания. С ростом температуры за счет теплового рас- 15 ширения менялся уровень материала в сосуде, что приводило к нарушению равновесия весов, Сняв показания весов при двух рабочих температурах Т> и Тг, вычисляли необходимый объем по уравнению 20 (3). Температуру начала кристаллизации Тн определяли по минимальному отклонению от экспериментальной кривой, характеризующей температурное изменение объема, при скорости нагревания выше критической 25 (см, чертеж), Долю закристаллизованного объема а рассчитывали как отношение разности объемов кристаллизованного и незакристаллизованного стекла к разности между объемами кристалла и стекла при 30 данной температуре (см. чертеж).
Ниже в таблице приведена температура начала кристаллизации и доля закристаллизованного объема химически активного халькогенидного стекла А!г5ез. определенные предлагаемым и известным способами, а также указана погрешность определения этих величин.
Использование предлагаемого способа определения обьема материала при изменении температуры обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества; повышение точности определения доли зэк ристаллизованного объема ота+ 0,04 до c+ 0,01; возможность определения критической скорости нагревания, как скорости, при которой доля закристаллизованного объема минимальна, Формула изобретения
Способ определения объема химически активного халькогенидного стеклообразного материала, включающий заполнение сосуда исследуемым материалом, его нагрев, взвешивание и определение зависимости искоиой характеристики от температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения доли закристаллизованного объема материала, нагрев сосуда осуществляют с его дна со скоростью, обеспечивающей градиент по толщине исследуемого материала не более
1 — 3 К/см.
1723509
Составитель В.Ананичев
Техред М,Моргентал Корректор Т.Малец
Редактор A,Äoëèíè÷
Производственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Заказ 1062 Тираж Подписное
8НИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
