Ампула для измерения давления пара над расплавами

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 801141 2 А 4(51) С 01 Н 25/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛ ИЭОВРЕТЕКИй И ОТКРЦТИЧ 1(1) Московский институт электронной техники(56) 1. Суворов А.В. Термодинамическая химия парообразного состояния. Л., "Химия", 1970, с. 78-82.2. Павлова Л,М. и др. К методике измерения давления пара методом точек кипения смесей. - "Заводская. лаборатория", .1981, Ф 8, с. 729-731 (прототип) .(54) (57) АМПУЛА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА НАД РАСПЛАВАМИ методомточек кипения смесей, содержащая рабочую камеру для исследуемого вещества, соединенную с канилпяром, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повьппения точности измерений,она дополнительно содержит второйкапилляр и демпферную камеру, с од-ной стороны соединенную через первый капилляр с рабочей камерой, ас другой - с вторым капилляром,другой конец которого запаян.10 15 50 Изобретение относится к областифизико-химического анализа веществи может найти применение в исследованиях термодинамических свойств расплавов, характеризующихся инконгруэнтным характером испарения,Известна ампула для исследования давления насыщенного пара расплавов, представляющая собой кварцевую трубкус одного конца с небольШим выступом для фиксации заглушки,исполняющей роль эффузионного канала(капилляра) 11.Однако, обладая предельной простотой конструкции, ампула не обеспечивает оптимальных условий массопереноса при испарении и постоянстве состава расплава в процессе испарения, что не позволяет использовать ее при измерениях давления насыщенного пара над инконгруэнтноиспаряющимися расплавами методомточек кипения смесей,Наиболее близкой к изобретению является ампула для измерения давления пара, содержащая рабочую камерудля исследуемого вещества и капилляр, который представляет собой граФитовую пробку с калиброванным отверстием 21. 30Недостатком известной ампулыявляется необходимость примененияэлектромагнитного Фиксатора, дающего возможность частично избавитьсяот ухода по составу путем фиксации 35ампулы в холодной зоне во время установления температуры в общем обье"ме печи, тем самым уменьшая времяинконгруэнтного испарения. Однакоэто не дает возможности избавиться 40от ухода по составу во время установления температуры расплава после забрасывания ампулы в горячую зону, Кроме того, для получения равновесных значений давления насыщенного 45пара необходимо установление термодинамического равновесия между рас плавом и паром. Это условие труднообеспечить при исследовании инконгруэнтно испаряющихся расплавов,где применяется данная ампула, поскольку пары вещества, проходящиечерез капилляр, осаждаются в холодной части ампулы и равновесие ненаступает. Для предотвращения этой 55перекачки материала из рабочей камеры через капилляр необходимосоздавать обратный температурный градиент и уменьшать диаметр капилляра, В последнем случае возникаетсложность учета градиента давленияна входе и выходе капилляра, что снижает точность измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигаетсятем, что ампула для измерения давления пара над расплавами, содержащая рабочую камеру для исследуемоговещества, соединенную с капилляром,дополнительно содержит второй капилляр н демпферную камеру, с однойстороны соединенную через первый капилляр с рабочей камерой, а сдругой - с вторым капилляром, другой конец которого запаян.Введение демпферной камеры с вторым капилляром создает дополнительное газодинамическое сопротивление.Кроме того, использование этой ампулы позволяет более точно Фиксировать изменение температуры расплавав процессе закипания, посколькуустранен паразитный тепловой переход алунд - кварц между термопаройи расплавом, имеющийся в известномустройстве.На чертеже показана ампула врабочем положении,Ампула содержит рабочую камеру 1для исследуемого вещества, соединенную с демпферной камерой 2 посредством капилляра 3. Демпферная камера 2 соединяется с одной стороны срабочей камерой 1, а с другой стороны - с вторым капилляром 4, запаянным с противоположного конца, накотором ненесена риска 5. В рабочейкамере 1 имеется углубление под диф"Ференциальную термопару 6. Ампулапомещается в металлический блок 7,который держится на кронштейнах 8.Шток 9 зацепляется за конец эффузионного канала, Вся конструкция помещается под кварцевым колпаком 10.в нагревательную камеру 11, Диаметры капилляров составляют 0,5 мм. Ампула изготовлена из кварца.Исследуемое вещество загружается в ампулу, после чего ампула откачивается до 10 Па и отпаивается с Формированием втдрого капилляра 4, на котором наносится риска 5 с помощью алмазного диска для облегчения вскрытия ампулы во время измерения.Затем ампула помещается в нагрева. Фидиал ППП ффПатентф, . г.Ужгород, уд Лроектыая, 4 з 1 тельную камеру 11 для измерения дав. ления пара, соединенную с вакуумной системой и системой подачи инерт-, ного газа (не показано), Нагревательная камера 11 заполняется аргоном и производится нагрев ампулы. После расплавления вещества оно через капилляр 3 из демпферной камеры 2 затекает в рабочую камеру 1, поскольку до этого ампула была вакуумирована. Нагрев производится до необходимой температуры, затем ампула выдерживается при этой температуре для установления термического равно" весия.Измерение давления пара проводится методом точек кипения смесей, основанном на закипании расплава при равенстве давлений насыщенного пара и внешнего давления в ампуле.При достижении термического равновесия начинается откачка камеры с помощью форвакуумного насоса (не показан) и одновременно вскрывается капилляр 4 по нанесенной риске 5 движением штока 9, который введен в камеру 11 посредством уплотнения Вильсона. Поскольку давление в демпферной камере 2 равно давлению насьпценного пара исследуемого вещества, которое заведомо ниже давления в камере, при вскрытии второго капилляра 4 происходит засасывание аргона через капилляр в демпферную камеру, в которой направленный поток аргона разрушается и ие вызывает температурного возмущения расплава. В это же время пары исследуемого вещества не могут диффундировать в объем камеры 11 до тех пор, пока давление в демпферной камере 2 .не выравняется с давлением в нагревательной камере 11, что позволяет избавиться от ухода по составу.Капилляр 4 играет при этом двоякую роль: с одной стороны предотвращает влияние засасываемого аргона в момент вскрытия ампулы, а с другой стороны создает оптимальные условия массопереноса, связанные с более точной фиксацией начала кипения расплава. При достижении равенства давления в камере 11 и давления насьпценного пара расплав в рабочей камере 1 закипает и за счет интенсивного испарения охлаждается, что фиксируется дифференциальной термопарой 6. Изменение давления в системе с помощью датчика давления (не показан) и сигнал с дифференциальной термдпары подаются на двухкоординационный самописец (не показан). Момент закипания берется но началу отклонения дифференциальной кривой от прямого участка, что соответствует началу кипения расплава.Использование предлагаемой змпулы позволяет измерять равновесные значения давления насьпценного пара расплавов, которые испаряются с изменением состава, так как практически исключена возможность испарения расплава до момента закипания, Кроме того, измерение с помощью предлагаемой ампулы позволяет полностью заменить трудоемкий метод измерения давления инконгруэнтно испа-. ряющихся расплавов с помощью мембранного нуль-манометра, изготовление которых требует сложных кварцедувных работ с последующей тарировкой мембраны. Использование мембранного нульманометра имеетограничение по температуре, что определяется потерей упругих свойств кварцевой мембраны вьппе температуры 800 С, в то времяокак предложенная конструкция ампулы позволяет измерять давление насыщенного пара вплоть до температуроразмягчения кварца 1250 С, что позволяет расширить температурный диапазон исследования. Предлагаемая ампула позволяет измерять давление насьпценного пара над более широким классом расплавов, полупроводниковых многокомпонентных систем, для которых характерен инконгруэнтный характер испарения.