Способ определения теплофизическиххарактеристик материалов

(1 ц 834488 Союз Советских Социалистических Республик(21) 2820433/18-25 0 27/08 ем заявки осударствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретен аталов и В.Лобач Заявитель 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 2азличных значениях го элемента при р силы тока 2 тоткнир мкитепоянм 5 ях су Ай Я кт, - универсальна постоянная;- приращение т туры при нагр разца; Й.тНЬТ(22) Заявлено 06 Д 9,79с присоедииеии Иэобре.ение относится к измерениютеплофизических характеристик материалов, используемых в вакуумной технике, металлургии (особенно твердосплав ной), полупроводниковой промьвщенностии напылительной технике.Изобретение может быть использова" но при разработке технологии изготовления элементов в микроэлектронике,требующей прецизионного нанесения.слоев металлов, полупроводников и . .сплавов с заданными физико-техническими свойствами, а также в исследова" ниях тепловых физических процессов иявлений при высоких температурах, . 1Известен способ определения тепло- физических параметров, в которомисследования проводят при испарении исследуемого вещества на жидкой .Фа"зе (1). 2Однако этот способ не обеспечивает требуемой точности, громоздок вэкспериментальном оформлении и трудоемок в исполнении.Ближайшим техническим решением является сПособ определения теплофиэи.ческих констант .материалов, заключающийся в том, что для определениятеплофиэических констант материаловизмеряют сопротивление токопроводяше" 3.Лобаче :-ц:)Однако указанный способ дает досатачно информации, чтобы позволить пределить теплоту сублимации маериалов, а обеспечивают данные тольо на менее трудое е при исследоваии коэффициенты: плопроводностистепени черноты верхностн.Цель изобретени - упрощение изме- ения теплоты субл ации материалов.Указанная цель достигается тем, то проводят измерение электросопроивления сначаЛа в услОвиях адиабаического нагрева, а затем в условиравновесного испарения, а теплоту блимации вычисляют по Формуле3 Я Я -р - разница электросопротивлений образца принагреве в адиабатйческих условиях при температурах Т и Т 1ЬРь-у - разница электросопротивлений образца принагреве в равновесныхусловиях при температурах Т и Тл.При быстром, (адиабатическом) электронагреве исследуемого образца, например, .в виде проволоки (как правило в течение 1-2 с) испарение с поверхности проволоки пренебрежимо мало, и величина термического коэффициента сопротивления Ф в этом случае (даже 15 если учитывать тепловое расширение образца) фактически совпадает с термическим коэффициентом удельного электросопротивления.. Если знать температурный ход соп ротивления в условиях равновесного испарения с поверхности, то рассчитанный по полученным таким образом значениям сопротивления при различных температурах термический коэф фициент сопротивления У будет отличаться от величины коэффициента УМожно связать количество металла, испаренное. с момента достижения про"волокой температуры так как до равновесного испарения с поверхности (т.е. до прекращения испарения), с величинами д и сф . Принимая во внимание, что в случае достижения равновесного йспарения упругость паров металла 0 следует законуа = А ехр(- - )ННТгде .А - константагН. - универсальная газовая постояннаяН - теплота испарения при темпе. ратуре Тимеем, аналогичную зависимость и для равновесной концентрации испаренных . 4 атомов металла В между поверхностью исследуемого образца и внутренней поверхностью внешнего цилиндра из Фольги при той же температуре Т .(4) 59Б = у.ехр( ), (3)где В - константа, не зависящая оттемцературы,Учитываячто количество испаренныхатомов металла 2 (объем каждого атомапредйолагается равным величине Ч) отначала испарения при температуре Тдо равновесного давления Р Легко.взять с изменением объема проводки за.то же время, вызванным изменением 60радиуса образца на величину бг=ЧЙ 2через. равенство можно перейти от величины - в ,пред-,1 ЗНиат ставляющей относительное изменение с температурой равновесной концентрации испаренных атомов металла, к1, агвеличине - ф в отражающ относиг аттельное изменение с температурой величины радиуса проволоки при равновесном испарении Ь поверхности1 ДИ .1 г(5)и атт атТаким образом, из равенства (3) вытекает зависимость1 дН Н 1Й йт нтск та соотношение взаимосвязи .сопротивления цилиндрических образцов длиныи радиуса и с удельным электросопротивлениемо (7)Угопределяет закономерность1 дР 1 дРо 2 дгв (8)уат Р С 1 т 2 атНа основе равенства (б) и (8), а также зависимости (5) получаем окончательный вид расчетной рабочей Формулы для искомой теплоты сублимацииН - ( )РоПрактическая реализация способа состоит в быстром (те. адиабатичес ком, не сопровождающемся практически испарением материала с поверхности исследуемого образца) электронагреве образца и по достижении области, высоких или повышенных температур измерении электросопротивления (при температуре Т 1000 С и повторном измерении электросопротивления) в процессе продолжакщегося быстрого электронагрева (при температуре Т, отличауцейся от первоначальной на 30-50 ; температурой отнесения Т при этом можно считать ту, которая лежит в середине интервала между этимидвумя значениями) . Затем следует охладить образец и повторить нагрев в условиях равновесного испарения, реализ а цию которого в вакууме целесообразно осуществить, например., поместив проволочный образец в тонкостенный, удобно из фольги того же металЯа, цилиндр, по которому также пропускается электрический ток нагрева. Гарантией соблюдения условий равновесия при этом будет постоянство электросопротивления образца при нужной (постоянной). температуре, общей как для цилиндра так и для расположенного на его оси .проволочного образца. Рассчитав затем термические коэффициенты электро- сопротивлений при адиабатическом и равновесном нагревах, проводят определение искомого значения теплоты сублимации по расчетной формуле (8).Предлагаемым способом была определена теплота сублимации ряда тугоплав834488 формула изобретения Составитель А.Волков Редактор Е.Кинив Техред М. Ролинка Корректор М.ДемчикЗаказ 4058/65 Тираж 907 ;Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушскаянаб., д 4/5Ш ю ею Ю еюю юю Ффилиал ппп патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ких материалов, Например, для титана при измерениях в области 950-1230 Со величина теплоты сублимации составляла 110,5 ккал/моль. Точность определения теплоты сублимации ограничива-,лась точностью измерения температуры и составила 16 5-2 Использование. способа повысит производительность труда в научном эксперименте и при обработке сложных современных технологических процес- .1 О сов, сопровождаемых динамической и сложной конфигурацией тепловых полей,Измерение разности термических коэффициентов электросопротивления при различных температурах в случае 15 сверхбыстрого электронагрева в условиях равновесного испарения мате- риала образца полностью освободит исследователя от необходимости Проводить измерение давления насыщенных 2 О паров исследуемого материала. Точность определения теплоты сублимации зависит лишь от точности измерения .температуры и электросопротивления, т. е. может достигать 2-2,5 (в отличие от 5-10)точности, присущей методам измерения давления насыщенныхпаров изучаемого материала или егорастворов (сплавов). Способ определения теплофиэическиххарактеристик материалов, заключающийся в измерении электросопротивления исследуемого, образца, нагреваемогопутем пропускания электрического тока,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности и упрощенияизмерения теплоты сублимации материалов, проводят измерение электросопротивления образца в условиях адиабатического нагрева, а затем после охлаждения в условиях равновесного испаре-.ния, а теплоту сублимации определяютрасчетным путем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССР9 590618, кл. 6 01 К 17/00, 1976.2. Авторское свидетельство СССР9 235823, кл. 6 01 К 17/16, 19 б 7