Способ определения поверхностного натяжения твердых тел

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпнк нц 911228(22) Заявлено 100380 (21) 2891816/18-25 151)М Кп з а 01 Б 13/02 с присоединением заявки М 9 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) ПриоритетОпубликовано 070382, Бюллетень М 9 153) УДК 543. .542(088.8) Дата опубликования описания 070382(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ е потелле,изобретенистного натяжком темпера определея твердых ом интерв верх З 0 в шиИзобретение относится к Физико- химическому анализу материалов и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения металлов,силикатных .и полимерных материалов во всем температурном интервале твердого состояния.Известен способ измерения поверхностного натяжения металлов в твер- дом состоянии методом нулевой ползучести, заключающийся в том, что под действием сил поверхностного натяжения площадь поверхности тела со- кращается, так как при этом уменьшается свободная поверхностная энергия системы. При температурах, близких к температуре плавления, вязкость металла резко уменьшается, и силы поверхностного натяжения могут вызвать заметные сокращения поверхнос-. ти металла, что приводит к уменьшению длины нитевидного образца из исследуемого металла, В способе определяется величина внешней нагрузки, ттри которой скорость ползучести обращается в нуль (1.Наиболее близким техническим решением является способ определения йоверхностного натяжения твердых тел,включающий отжиг .нитевидного образца с одновременным приложением раэтягивающей нагрузки в. пределах упругой деФормации. В этом способе добиваются компенсации сил поверхностного натяжения с помощью регулируемого внешнего усилия (компенсационный метод нулевой полэучести) (2.Недостатками этих способов являются невозможность измерения поверхностного натяжения твердых тел в широком. температурном интервале,практическая неприменимость их Ъри измерении поверхностного. натяжения атомных и ионных кристаллов.В связи с роэвитием производства композиционных материалов возникла необходимость измерения поверхностного натяжения твердого тела в широком интервале температур, так как многие композиционные материалы получают методом пропитки наполнителя смолами или жидкими металлами, а,качество и стоимость этого процесса в значительной степени зависит от Физико- механических параметров межФазной границы между матрицей и наполнителем еЦель я - ниПоставленная цель достигается тем, что согласно способу определения поверхностного натяжения твердых тел, включающему отжиг нитевидного образца с одновременным приложением раэтягивающей нагрузки в пределах упругой деформации после отжига снижают температуру образца до температуры измерения, снимают растягивающую .нагрузку, измеряют максимальный прогиб образца й определяют поверхност ное натяжение по формулев вэ;ит Ьоцье=азад ,5 где Е - модуль продольной уп 15ругости образца, и/м;ьи - минимальный главный момент инерции поперечного сечения, м;Э - периметр поперечногосечения, м,/4 - коэффициент учитывающийхарактер закрепленияконцов образца; .длина образца;. 25максимальный поперечныйпрогиб образца, м; при этом длину образца берут не мень- ше критической длины самопроизвольного изгиба, под действием сил.по верхностного натяжения.В основу способа положено явление самопроизвольного Изгиба нитевидных структур определенных геометрических размеров под действием сил 35 поверхностного натяжения.Способ осуществляется следующим образом.Для определения поверхностного натяжения металлов готовят образец 40 в виде проволоки или ленты из исследуемого металла, по известной технологии очищают его поверхность и помещают в камеру с регулируемой средой, например в вакуум или инертный 45 гаэ. Длину образца берут не менее критической длины самопроизвольного изгиба. Например, для меди диаметром 0,05 мм длина должна быть не менее 32 мм, Верхний конец образца закрепляется в держателе, а к нижнему концу прикладывают небольшую механическую нагрузку для спрямления образца в процессе отжига. После отжига нагрузку плавно уменьшают до нуля, а температуру снижают до зна чения, при котором необходимо измерить поверхностное натяжение, например, до 293 К.,После снятия нагрузки образец под действием сил поверхностного натя жения самопроизвольно изгибается. Измерив величину стрелы прогиба образца и подставив ее наряду с дру- гими известными параметрами в формулу, получают значение поверхностногонатяжения при данной температуре.П р и м е р.Определение поверхностного натяжения индия при комнатнойтемпературе в среде инертного газа. Методом холодной экструзии изготавливают иэ индия проволоку диаметром 0,1 мм и длиной не менее 50 мм. Образец подвешивают вертикально в вакуумном термостате. На нижнем кЬнце образца закрепляют грузик массой не:более 0,2 г. Камеру термостата путем многократной откачки воздуха и напуска аргона промывают аргоном. Производят нагрев камеры с образцом со скоростью не более 1 градуса в минуту до температуры 425 +. + 2 К и выдерживают ее при этой температуре не менее 10 ч. Охлаждают камеру до комнатной температуры со скоростью не более 0,5 градуса в минуту. Производят удаление грузика беэ вскрытия камеры путем краткавре менного включения нихромового микро- нагревателя размещенного на расстоянии около 2-3 мм от нижнего края образца. Сразу после удаления грузика провод должен самопроизвольно изогнуться под действием сил поверхностного натяжения, так как его длина была взята больше критической длины. Величина критической длины была подсчитана до эксперимента по оценочных значениях поверхностного натяжения индия в твердом состоянии. Через прозрачное окно термостата с помощью микроскопа МБСизмеряют длину образца и величину стрелы прогиба образца. Поверхностное натяжение индия при комнатной температуре определяют подставив в формулу найденные величины 6= 4 б мм, Е =1100 кг/ммЮ - 1,12 й = 0,1 мм,у 5 мм.хиТ ) 64 кгс 1 мм= ь 51 Вин ем 0,6 Я н"- 0,000 Предлмерятьтяжениецнент пмерятьдых телурном яет иэе на- оэффияр иэ е твер- темпЕ- остояагаемый способ поэвол е только поверхностн но и температурный врхностного натяжен оверхиостное натяжен любой природы во все интервале твердогорат ния Кром большого щества, эначени того, способ не требует количества исследуемого вимизмеряют равновесныеповерхностного натяжения.911228 формула изобретения Составитель Н.Меньшенина Техред И.Рейвес Корректор Н.СтецПодписное Редактор Т.Киселева Заказ 1105/2 б Тираж 883ВНИИПИ Росударственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Жш 35, Раушская наб., д. 4/5 а таатшааашшшш атш шша атшш шташашататштшшштаашаааатаашааш аш а , филиал ППП ффПатентф, г.йкгород, ул,Проектная,4 Способ определения поверхностного натяжения твердых тел, включающий отжиг нитевидного образца с одновреш; менным приложением раэтягивающей на-грузки в пределах упругой деформации, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью определения поверхностного натяжения в широком температурном интервале, после отжига снижают температуру до температуры измерения, снимают растягиваюшую нагрузку, измеряют максимальный прогиб образца и определяют поверхностное натяжение, по формуле15 где Е . - модуль продольной упругости образца, н/м 20мин - минимальный главный момент инерци поперечного сечешния, мЬ - периметр поперечного сечес ния, м;- длина образца, м- максимальный поперечныйвакспрогиб,мпри этом длину образца берут не менее критической длины самопроиэвольаного изгиба под действием сил поверхностного натяжения,Источники информации,принятые во внимание пои эксйертизе1.043.п Н., ЯйаВЬг А. 1. Уц.Г 1,Измерение поверхностной энергии меди и золота. Тгапз А 1 МЕ, т.185,1949,р 186,2, Авторское свидетельство СССРМ 408198, кл. 6 01 И 13/02, 1970