Способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел

(72) Авторы изобретения В. 8, Петров и А. И. Сотников. 1) Заявител У рал ь ск ии ордена Т политехнический ин СПОСОБ ОПР НАТле овав ия по Изобретение относится к исс д нию.физико-химических свойств поверхностей твердых тел, граничащих с газом или жидкостью, в частности, для границы твердого материала с газом или ионным расплавом, и может найти применение в физической химии и теоретической металлургии, а также при решении технологических вопросов с арки, пайки и.эмалирования.Известен способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом диффузионной ползучести, отнованный на нахождении напряжен нулевой ползучести образца экстра ляцией из области растяжения или сжатия под действием внешних сил 11,Однако способ дает значительную погрешность измерений.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нулевого Красйого-Знаменут им. С. И, Кирова ЕНИЯ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ вой ползучести, заключающийся в том, что на несколько одинаковых протяжных тонких образцов наносят мерные метки, подвешивают различные грузы, создавая условия для различного растяжения и сжатия образцов, нагревают образцы до температуры вблизи точки плавления, определяют силу, приложенную к образцу, деформация которого минимальна, и рассчитывают поверхностное натяжение, используя периметр образца 21.Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков, связанных с проведением измерений в неравновесных условиях, так как добиться точной компенсации поверхностной силы по известному способу весьма затруднительно, т.е. поверхностное натяже; ние твердых тел б определяется с неизвестной систематической ошибкой, связанной с необратимыми тепловыми потерями, Кроме того, способ трудоем940010 3кий, так как необходимо проводитьизмерения с несколькими образцамии наносить на них мерные метки, чтозатрудняет, в частности, проводитьизмерения на границе с жидкостью.Цель изобретения - устраненив систематической ошибки и упрощение способа.Поставленная цель достигается тем, что в способе определения силы по- о верхностного натяжения твердых тел методом нулевой ползучести, включающем растяжение протяженного образца и его нагревание, до нагревания Фиксируют вес образца с помощью весов,15 на неподвижном коромысле которых подвешивают образец, а после нагревания приводят образец в соприкосновение с опорой, фиксируют реакцию опоры в момент прекращения деформа-, 20 ции образца и по разности веса образца и реакции опоры находят поверхностное натяжение.Способ осуществляется следующим образом, 25Предварительно создают условия для растяжения тонкого протяженного образца на локализованном участке например, изготавливают образец в виде проволоки или ленты с перешей- в ком или утоньшением или примдяют местный перегрев для образца постоянного сечения), так чтобы в подвешенном состоянии под действием собственного веса нижней от участка течения части образца он мог растягиваться в этом месте. Производят стабилизурующую выдержку образца при 0,8 - 0,9 Тп в течение 2-4 ч.За верхний конец образец подвешивают на неподвижное коромысло чувствительных микровесов (например, датчика - механоэлектрического преобразователя ЭД 1) и фиксируют силу, действующую на весы. Задают температуру опыта. Затем под нижний конец образца подводят твердую поверхность (подвижная подставка, перемещающаяся с малой скоростью) вплоть до касания ею образца. Далее, непрерывно Фиксируя изменяющиеся показания весов, ждут, когда система придет в равновесие, т.е, когда сила, регистрируемая весами, прекращает изменяться. В процессе измерения происходит обратимое изменение поверхности образца, Верхний конец образца закреплен на неподвижном коромысле весов,4а нижний касается твердой поверхности (опоры). В таком положении возможны микроперемещения нижней части образца как вверх (реакция опоры 1, приэтом уменьшается), так и вниз (1. увеличивается). Система автоматически(самопроизвольно) обеспечивает равновесные условия, при которых эти микроперемещения прекращаются и реакцияопоры становится неизменной во времени. Таким образом, измерение проводятся в условиях обратимого измеренияповерхности образца,Зафиксировав реакцию опоры Е , т.е,разность сил, действующих на весы докасания и после достижения равновесия,и определив после опыта вес нижнейот точки течения части образца Р,находят с использованием периметраобразца с силу поверхностного натяжения б из равенстваСО =Р - 1,При определении натяжения на границе с жидкостью Фиксируют силы, действующие на весы, до погружения и после погружения в жидкость до точки те-,чения образца, определяя по разностиэтих сил действующую на нижнюю частьобразца выталкивающую силу АрхимедаР, Далее порядок действия прежний,но при расчете используют равенство С 0=Р-Е - 1,При исследовании электрокапиллярных явлений на пришедшую в равновесиесистему - погружений в жидкость образец, касающийся дна сосуда, накладывают разность электрических потенциалов и фиксируют не абсолютную величину реакции опоры Е, а ее изменениес изменением электрического потенциала.П р и м е р, Определяют значениемежфазного натяжения в системе твер-,дая медь - расплав Ма О 2 В О пристационарном потенциале 9 = 0,12 Вот носитель но мол ибденового элект родасравнения и 1273 К. Электрод в видецилиндрической проволоки диаметромР = 0,1 см плотно вставляют в цилиндрический капилляр из корунда свнутренним диаметром Р = 0,1 см так,что остается свободным конец длиной1, 8 см, и рич ем на ра сстоянии Е=1, 3 смот конца проволоки имеется шейка диаметром Й = 0,012 см. Электрод погружают в расплав на глубину н 2 см докасания его с дном тигля, по внутренней поверхности которого проложен594001 листовой молибден, являющийся электродом сравнения. Вес электрода измеряют с помощью механоэлектрических весов ЭД 1 и регистрируют самописцем ЭПП-МЗ., Вес нижней от шейки части электрода, измеренный после опыта, равен С = 89 дин; реакция опоры Р = = 43,5 дин; значения плотностей металла щс = 89 г/см и электролита= 2, О г/см . Таким образом, меж- чофазнае натяжение составляет7 С оо 12. С 89(" дд )-4 = 1358 дин/см. 1 з Использование предлагаемого способа определения силы поверхностного натяжения твердых тел методом нуле- го вой ползучести обеспечивает по сравнению с известными способами устранение систематической ошибки измерения, достигаемое тем, что измерение проводят в принципиально иных усло- г 5 виях (ином режиме) самопроизвольного ( автоматического ) достижения системой равновесия, т.е. в обратимых условиях; упрощение методики, достигаемое использование одного образца зв вместо нескольких; расширение облас 0 6ти использования способа, достигаемоевозможностью его применения при измерениях на границе с жидкостью и исследовании электрокапиллярных явлений,Формула изобретенияСпособ определения силы поверхностного натяжения твердых тел методомнулевой ползучести, включающий растяжение протяженного образца и нагревание, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью устранения систематичес-кой ошибки и упрощения способа, донагревания фиксируют вес образца спомощью весов, на неподвижном коромысле которых подвешивают образец, апосле нагревания приводят образецв сопрокосновение с опорой, фиксируютреакцию опоры в момент прекращениядеформации образца и по разности веса образца и реакции опоры находят .поверхностное натяжение.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеМиссон В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах. М., Металлургияф, 1978, с. 96-101.2. СЬараап 1.С, Рог 1 ег Н.Ь Жегй 3.е рпуЬНса 11 явпеп ЕдепзсЬайеп йе 1Со 1 ЙЫ Ьех Ьопеп Тапрега 1 игеп. Ргос.Вау. Бос. Ч.А 833, 1910, р. 65 (прототип).Составитель Н. МеньшенинаР М, Голаковски Техреду А, Ба ц6 ине то Ю.Макаренкоеда ктор Коррек рЗаказ 4656/63 Тираж 87ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий11 ОД Москва Л-Я Раушская наб, 8. 4/филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,