Поляризационно-оптический микродилатометр

 

Союз Советских

Сощиалистических

Республик

О П И С А гт И Е < 729493

ИЗОБРЕТЕH ИЯ!

6! ) Дополнительное к акт. свил-ву (22)Заявлено 28 10 77 (21} 2538321/18-25 (5l)M. Кл.

6 01 и 25/1б с присоединением заявки .%

Гюеудерстеекеьй кемитет

СССР (23} Приоритет до делам кеебретенкй к атерыткй (M) УДК 536.41 (088.8) Опубликовано 25.04.80 Бюллетень № 15

Дата опубликования ояисания 25.04.80 (72) Авторы изобретения

В. А. Гинзбург и С. И. Дроздель (71) Заявитель (54) ПОЛЯРИЗАЦИОННа ОПТИЧЕСКИЙ

МИКРОДИЛАТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройству приборов, измеряющих тепловое расширение твердых материалов при использовании малогабаритнцх образцов, и может быть применено как при материаловедческих исследовакяях, так и в

5 производственной практике дъ, контроля коэффициентов теплового расширения (КТР) поставляемых материалов.

Известны приборы, предназначенные для измерения KTP твердых материалов, принцип которых основан на использовании поляриэационна.оптического метода исследования напря

)KOHMH.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поляризацнонно- оптический дипатометр, содержащий источник поляризованного света, нагревательную камеру и компенсатор.

Принцип работы поляризационно- оптического дилатометра заключается в измерении двойного лучепреломления в зависимости от температуры в спае стекла с другим материалом простой формы (плоский двойной спай, бусин2 ковый спай, спай типа "сандвич" и т,д.). Зная

KTP одного аз компонентов спая, по измеренным значениям двойного лучепреломления в нем, с помощью сравнительно простых формул вычисляют KTP второго компонента сная.

Несмотря на простоту и высокую точность поляризь:. нно-оптические дилатометры не нашли широкого распространения, так как образцы для измерения KTP должны быть выполнены в виде сная двух материалов, причем один из них должен быть прозрачным стеклом, и, кроме того, KTP одного из компонентов спая должен быть точно известен. Стекло образует надежные спал с очень ограниченным числом материалов с близкими к нему значениями КТР, но даже в этом случае технология получения сная связана с определенными трудностями.

Каждое стекло из специальной группы стекол, предназначенных для спаивания с другими матерналамн (так называемые .электровакуумные стекла), может быть спаяно только с одним типом материала (как правило металлом определенной марки). Вследствие этих ограничений поляриэацнонно-оптический метод определения

729493

4 где ЛФ вЂ” измерение величины двойного; лучепреломления в перемычке;

ЬТ вЂ” измерение температуры; а — искомый KTP материала образца 5;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности К определяется индивидуально для каждого обхватывающего узла 3 в опытах по измерению материала с известным КТР, например монокристалла лейкосзпфира, вырезанного перпендикулярно или параллельно к оптической оси, Измеряя двойное лучепреломление в перемычке узла 3 в зависимости от температуры, 1по приведенной выше формуле легко определяют КТР исследуемого материала, т.е. материала образца 5, Достоинством предлагаемого устройства наряду с простотой и высокой точностью является возможность проводить измерения КТР на миниатюрных образцах вплоть до размеров 1 х 1 х 1 мм.

Возможны различные варианты осуществления предлагаемого устройства. Так, образец может быть изготовлен точно в размер прорези и установлен без натяга, обхватывающее тело; может быть выполнен в форме кольца

Одинга или упрощенного кольца Одинга и т.д.; регистрация деформации в обхватывающем теле может вестись другим способом, например рентгено-структурным или тенэометрическим; само обхватывающее тело может быть изготовлено не иэ оптически активного к деформации материала, а, например, из электрически активного и т.д.

Один из возможных вариантов предлагаемого устройства реализован авторами в лабораторных условиях. При анализе точности прибо ра установлено, что доверительный интервал измеренных значений KTP для серии из трех измерений составляет +0,4 10 К при вероятности 0,95, при этом рабочая длина образца не превышала 1 мм. При измерении KTP известными устройствами величина доверительного интервала обычно находится в пределах

+1.1(}" K а длина образца должна быть не

З менее 15 мм.

Предлагаемый микродилатометр no3BOJIHT обеспечить универсальность поляризационнооптических дилатометрических измерений. а также уменьшить габариты измеряемых образцов, Поляриэационно- оптический микродилатометр, идержащий источник поляризованного света, 3

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 сная необхо- дим нагрев обоих его компонентов до сравнительно высоких температур (800 — 1200 С). Прн этом КТР опорного компонента спая (компо- 1о нента 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, характер. ной для этого метода, и уменьшения габаритов измеряемых образцов. в схему поляризационнооптического дилатометра введен дополнительный элемент — преобразователь деформаций, изго, товленный из оптически активного материала, например кварцевого стекла, обхватывающий образец в направлении контролируемого изменения.

На фиг. 1 дана принципиальная блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображен измерительный узел с образцом.

Предлагаемый поляриэационно- оптиче ский зо 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, обхватывающего образец в направлении контролируемого изменения (в виде скобы, разрезного кольца и т.д.), Он может быть изготовлен из любого оптически-активного материала, например стекла (в частности кварцево- 40 го).

Образец S из исследуемого материала, выполненный в виде плоско-параллельной пластины, вставляют в прорезь узла 3 с некоторым натягом. При этом в перемычке -обхватывающего тела возникают напряжения изгиба, вызывающие двойное лучепреломление, которое в точках, указанных на чертеже фиг. 2, легко изМеряется с помощью компенсатора. Величина двойного лучепреломления в перемыже 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 KTP материалов узла 3 и образца 5 в Формула измеретения перемычке. узла 3 меняется величина двойного лучепреломления цо следующему .закону:

ЬФ = КаЬТ.

5 729493 6 нагревательную камеру и компенсатор, о т л и- обхватывающий образец в направлении контроч а ю шийся тем, что, с целью увеличе- лируемого изменения, изготовленным из оптиния точности дилатометрических измерений, чески активного к деформациям материала, пав него введен преобразователь деформация, пример кварцевого стекла.

npahси

11НИИПИ Заказ 1253/37 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП " Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4