Способ определения фазовых превращений в твердом теле

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н1> 951 131 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.11.80 (21) 3001391/18-25

Р1)М К з G 01 N 25/04 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

/ (23) Приоритет (5З) УДК 620 . 1 79 (088.8) Опубликовано 15,08.82.Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 15.08.82 (1

1 а

ИьАИ0 4.; (72) Авторы изобретения

В.Н.Герман, Р.С.Осипов и В.A.Öûãàíîâ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

В ТВЕРДОМ. ТЕЛЕ

Изобретение относится к исследованиям термодинамических свойств твердых тел при воздействии на них энергии в импульсном режиме (порядка нескольких микросекунд) и может быть использовано для обнаружения факта плавления исследуемого вещества при воздействии на йего ударных волн, нейтронного, лазерного и других видов энергии.

В настоящее время весьма актуальной является задача исследования термодинамических характеристик при импульсных нагрузках, основная слож,ность которой заключается в фиксации агрегатного состояния исследуемого вещества за тот промежуток времени, в течение которого оно нагружается.

Известный способ. определения агрегатного превращения вещества при импульсном нагружении носит опосредо-. ванный харахтер, т.е. с воэможности плавления судят по изменению характера соотношения массовой и волновой скоростей Г1) . 25

Наиболее близким техническим решением является способ определения фазовых превращений в твердом теле при воздействии на него энергии в импульсном режиме, заключающийся в том, что 30 на исследуемый образец воздействуют импульсами энергии различной интенсивности и по параметрам кристаллической решетки, онг рентгеноструктурным методом, судят о фазовом превращении. В данном способе образцы титана и циркония подвергались ударному воздействию, при условии сохранения образцов после обжатия (21.

Известный способ определяет кристаллические модификации и переходы из одной модификации в другую, но не может определить агрегатного превраще- . ния при кратковременном воздействии импульса:энергии, так как вещество переходит в исходное состояние после прекращения подвода энергии к образцу.

Цель изобретения — повышение точности установления факта плавления вещества.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения фазовых превращений в твердом теле при воздействии на него энергии в импульсном режиме, заключающемся в том, что на исследуемый образец воздействуют импульсами энергии различной интенсивности, и по параметрам кристаллической решетки, определенным рентге951131 ноструктурным методом, судят о фазовом превращении, исследуемый образец приводят в контакт с дополнительным образцом, выполненным из вещества менее тугоплавкого по сравнению с исследуемым и способного образовывать 5 с ним сплавы, и определяют параметры

I. кристаллической решетки образующегося сплава.

Таким образом, подобранный образец позволяет при плавлении наиболее ту- !О гоплавкого вещества из пары (т.е. исследуемого) зафиксировать и при помощи рентгеноструктурного анализа обнаружить образовавшийся при этом твердый раствор,. по чему и судят о плавлении.

Подробнее суть предлагаемого способа состоит в следующем.

Готовят образец, состоящий из двух плотно прилегающих друг к другу кристаллических веществ, одно из которых исследуемое вещество, а второе подобрано из тугоплавкого, способного образовывать сплав (твердый раствор или интерметаллид) с исследуемым веществом. Образец подвергают воздействию импульса энергии известной величины. Затем готовят идентичный обрацец и подвергают воздействию импульса энергии другой (для определенности более высокой) известной величины.

Эти операции повторяют для нескольких, известных значений энергии. Затем все образцы подвергают рентгеноструктурному анализу. Наименьший импульс энергии, воздействие которого на i5 образец приводит к появлению на рентгенограммах линий твердого раствора или интерм".таллида и будет критической энергией плавления вещества.

В случае ударноволнового нагру- 4Q жения образец помещают в корпус, сохраняющий его. При достижении прилагаемой нагрузки определенной интенсивности происходит потеря прочностных свойств материалов, составляющих образец, и нарушение устойчивости границы раздела. При повышении нагрузки происходит дробление веществ„ составляющих образец, со все большей степенью дисперсности. При более высоком значении нагрузки предполагается мелкодисперсная взвесь исследуемого вещества в расплаве более легкоплавкого составляющего образец.

При достижении некоторой величины прилагаемой нагрузки происходит ,плавление исследуемого вещества (не по всему объему в силу инертности процесса} и образование расплава двух вешеств, который при дальнейшем охлаждении образца кристаллизуется 60 в структуру твердого раствора этих веществ с кристаллической решеткой, отличной от исходных веществ кристаллических решеток, первоначально составляющих образец. 65

При помощи рентгеноструктурного анализа обйаруживается тот образец, в котором образовался твердый раствор. Точность определения параметров, при которых происходит агрегатное превращение вещества, зависит, в ос.- . новном, от возможности плавного варьирования прилагаемой к образцу нагрузки.

Работоспособность предлагаемого способа для ударноволновой нагрузки была апробирована на паре висмут свинец (исследуемое вещество — свинец). Интервал давления, в котором обнаружено начало плавления свинца при.ударноволновом нагружении, сос=.,| тавляет 210+10 кбар (21 + 1 ГПа).

Основное преимущество описанного способа перед прототипом заключается в возможности определения агрегатного превращения вещества при известных параметрах нагружения.

Экспериментальные исследования поведения вещества при динамических нагружениях представляют в настоящее время большой интерес и обнаружение агрегатных превращений веществ при импульсных нагружениях представляют обширное поле деятельности.

В качестве базового объекта выбран известный способ исследования плавления веществ под высоким давлением в статическом состоянии. В США подобные работы проводились с 30 годов под руководством П.В.Бриджмена, в СССР большинство работ проводилось под руководством Л.Ф.Верещагина.

Экспериментальные исследования кривых плавления в статическом состоянии в настоящее время достигают нагрузок 40-60 кбар (4- 6 ГПа).

Предлагаемый способ открывает возможность исследования веществ при динамическом нагружении, определяя непосредственно давление плавления (без определения и учета косвенных причин: изменение удельного объема, электросопротивления, изменение массовой и волновых скоростей, излома на ударной адиабате и т.п.). Реально достижимые интенсивности ударноволнового нагружения (при сохранении образца) составляют в настоящее время величину 1-1,1 кбар (100110 ГПа).

Формула изобретения

Способ определения фазовых преврашений в твердом теле при воздействии на него энергии в импульсном- режиме, заключающийся в том, что на исследуемый образец воздействуют импульсами энергии различной интенсивности и по параметрам кристаллической решетки, определенным рентгеноструктурным методом, судят о фазовом прев951131

Составитель T. Владимирова

Редактор Т. Парфенова Техред М.Рейвес Корректор И. Муска

Заказ 5934/47 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 ращении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности установления факта плавления исследуемого вещества, исследуемый образец приводят в контакт с дополнительным образцом, выполненным из вещества, менее тугоплавкого по сравнению с исследуемым и способного образовйвать с ним сплавы, и определяют параметры кристаллической решетки образующегося сплава.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Урлин В.Д.,Иванов A.A. 0 плавлении при сжатии ударной волной. ДЛН

М 149, 1963, с. 1305-1306.

2. Герман В.Н. и др. Фаэовые превращения титана и циркония в ударных волнах. ФТТ, т.12. 1970, с. 637-639 (прототип).