Способ определения коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах

, Г, Баранов, Ю. Г. Годин 71) Заявите Московский ордена Трудового Красфизический институт го 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛ КИСЛОРОДАИ порода в металтвердоэлектролитзаключающийся .ейки подают ди у, и рассчитыкоэффициент да опреде исл а нньдй тоейку;тоя инаяэффициекислорочальнаяция кисло е, д - ноячЕ - пос 0 - ко че аю3Изобретение относится к метрологии про=цессов диффузионного переноса кислорода вметаллах и нестехиометрических соединенияхи может быть использовано для определениякоэффициента химической диффузии кисло.рода в металлах и в таких соединениях; какТО, ЙЬ 0 СеОэх.Известен способ определения коэффициента диффузии кислорода с помощью устройства, включающего твердоэлектролитнуюгальваническую ячейку (ТТЯ), обладающую. кислородоионной проводимостью, путем про.пускания постоянного тока, через ячейку иизмерения изменения ЭДС ячейки во времени д 1.Недостатком данного способа является то,что на него влияют зарядки двойных электрических слоев,и электронных токов ячейки,что приводит. к увеличению погрешности измерений и кроме того, дает среднее значение коэффициента диффузии при изменениисостава образца,Наиболее близким техническим решениемк изобретению является способ определения ИЯ КОЭФФИЦИЕНТАМЕТАЛЛАХ И ОКИСЛАХ коэффициента диффузии кислах и окислах с помощьюной гальванической ячейки,в том, что на электроды ячнапряжение, измеряют во вреток, проходящий через ячейквают по полученным даннымдиффузии 121.Коэффициент дифФузии кляют из уравнения Коттрелл91129910 15 8 . - площадь поверхности разделаэлектролит - образец;Х - первый корень функции Бесселянулевого порядка,В уравнении (1) концентрация кислорода . Со", определяемая величиной приложенного напряжений к поверхности раздела образец - электролит, должна быть постоянной во вре мени измерения тока.Однако в известном способе поддерживают постоянной величину приложенного к гальванической ячейке напряжения, При этомг в соответствии с уравнением1 0=.1 й.+ - ф Р) 4-Ргде О - приложенное ианряжение;3 - ток;й - омическое сопротивление электролита;" - химический потенциал кислородаги иО оз. электрода сравнения и исследуемогообразца на поверхности разделаэлектролит - образец будет происходит увеличение приложенного к поверхности раздела образец - электролит ,напряжения, которое в конце измерений, когда ток почти равен нулю, составить значение, равное произведению оК, а это, в свою очередь, приведет к изменению концентрации кислорода на поверхности раздела образец - электролит, что может вызывать существенное увеличение погрешности измерения коэффициента диффузии кислородаКроме того, поскольку концентрация кислорода на свободной поверхности образца не контролируется и не поддерживается на первоиачзльном.уровне, то это тоже при. водит к увеличению погрешности. Цель изобретения - повышение точностиопределения коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах.Поставленная цель достигается. тем, что вспособе определения коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах с помощью твердоэлектролитной гальванической ячейки, заключакнцемся в том, что на электроды ячейки подают напряжение, измеряют во времени ионный ток, проходящий через ячейку, и рассчитывают по получен.ным дзнным коэффициент диффузии, величи.ну напряжения уменьшают обратно пропор.ционзльно корню квадратному из интервала времени, прошедшего с момента подачиУнапряжения.На чертеже изображено устройство, резли-зующее способ. ф Исследуемый образец 1 помещают на плоское дно твердоэлектролитной пробирки2, внутреннее пространство которой заполнено равномерной смесью металл-окись металла, служащей электродом 3 сравнения. По центру пробирки проходит потенцибметрический вывод 4, На свободной поверхности образца 1 имеется платиновый кольцеобразный слой 5, снабженный потенциометри. ческим выводом 6, и конусное твердоэлектролитное тело 7, имеющее вывод 8. Сборку расползгают внутри кислородного керамического насоса, выполненного из глухой твердоэлектролитной трубы 9, содержащей дозиро- вочные 10 и измерительный 11 электроды, ,герметизируют, вакуумируют и нагревают до заданной температуры,лежащей в интервале от 900 до 1800 К. Способ осуществляют следующим обрззом. Подают на электроды твердоэлектролитной ячейки напряжение 60 - 100 мВ, измеряют во времени ионный ток, проходящий. через ячейку, а по мере снижения тока, величину напряжения уменьшают обратно пропорционально корню квадратному из интервала времени, прошедшего с момента подачи на.пряжения,Вследствие того, что материал пробиркипри температуре измерений обладает чистоионной проводимостью, протекающий черезячейку ток переносит ноны кислорода иуменьшает . или увеличивает концентрациюкислорода на поверхности раздела образец -электролит в соответствии с, величиной при 3ложенного напряжения. По характеру изменения ионного тока цо известной зависимости определяют коэффициент диффузии кисло.рода в исследуемом образце,40П р и м е р. Измеряют изменение ион.ного тока во времени для образца при1300 К, Анализируя уравнения (1) нетрудноувидеть, что построив зависимость тока от1/К 1 можно определить величину коэффициента Диффузии кислорода при известных ос-ф тзльных величинах. Было получено значениер, равное (2,7+0,3) 10"ф м/с дляотношения О/И=2,0001,Таким образом, способ позволяет производить измерение коэффициента диффузиикислорода в металлах и окислах, используяпростое уравнение Коттрелла, для чего необходимо поддерживать стабильными значенияконцентрации кислорода с высокой точностьюпутем применения описанных операций.55 Преимущества способа заключзются в том,что он может применяться для определениякоэффициента диффузии кислорода в интер.5 911299 6в температурном диапазоне от 900 до 1800 К та пнффузни, величину напряжения умень.с погрешностью 8-10%. Полученные значения шают обратно пропорционально корню квад.необходимы для расчетов кннематических ха ратному нз интервала времени,.прошедптегорактеристик различных технологических про- с момента полин напряжения.цессов, в ядерной энергетике. 5 Составитель Г. БоровТехред А,Ач Ко Л, Бокшан дактор Н. Пушненкова аказ 1110/2 Тираж 8 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж - 35, Рауш83 Подписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5 од 1 "Патент", г. Ужг Прое илиад формула изобретения1. Способ определения коэффициента диф фузин кислорода в металлах и окислах с помощью твердоэлектролнтной гальванической ячейки, заключающийся в том, что на электроды ячейки подают напряжение, изме. ряют во времени ионный ток, проходящий через ячейку, и рассчитывают по полученным данным коэффициент диффузии, о тличающийся тем,что,сцелью повышения точности определения коэффнлиенИсточники информавии,принятые во внимание при экспертизе1. В. Е.Равтоге 1,. апд В. А. Йарр "ТЬево 1 Ь 1 ту апд дНов 1 гту о 1 охудеп и во 1 д1 гогп еестгосЬее 1 са.веавигевепт", 245(1969), р 1711 в 17,2, В, С. Зтее апд Йссагд 1 п Мета 1 игдса 1 сЬевитгу "Меавцпзепт о 1 СЬегп 1 са 1,д 1 Нцв 1 оп соеЛ 1 в 1 епт 1 п поп-веИ 1 оветгсаохдев ив 1 пд во 11 д вате е 1 естгосЬепнсатесЬи 1 св". О, КоЬа асЬечвд, опдоп, 1972,р. 123 (прототип).