Способ определения поверхностного натяжения твердых тел

(п)966561 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯХ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл,С 01 й 13/02 Гоеударствкнный комитет СССР оо делан нэооретеннй н открытнЯ(72) Автори изобретени В. Т. Федоров, Х Хоконов и Б. С.) Заявитель Кабард карский государственный у 1Изобретение относится к физикохимическому .анализу материалов иможет быть использовано для измерения поверхностного натяжения металлов, силикатных и полимерных материалов в широком температурном интервале твердого состояния, а также дляизмерения поверхностного натяжениявеществ с высоким модулем упругостии с низким поверхностным натяжением,.пример таких, как углеродные волоки некоторые нитевидные кристаллы,измерение поверхностного натяжения которых другими методами сопряжено с рядом трудностей,Известен способ измерения поверхностного натяжения металлов в твер"дом состоянии компенсационным методом "нулевой" ползучести, сущность которого заключается в том,что под действием сил поверхностногонатяжения площадь поверхности теласокращается, так как при этом уменьшается свободная поверхностгия системы. При температураких к температуре плавления,кость металла резко уменьшаесилы поверхностного натяженивызвать заметные сокращенияности металла, что приводитшению длины нитевидного обраисследуемого металла, В этомдобиваются компенсации сил истного натяжения с помощью ремого внешнего усилия, прилок образцу1 1.Недостатком этого способася невозможность измерения иСтного натяжения твердых телроком температурном. интервалтическая неприменимость егоренин поверхностного натяжени и ионных кристаллов.Наиболее близким техничесшением к предлагаемому являесоб определения поверхностно ная эщР- х , близ- вяэтся , ия могут поверхк уменьэца изспособе оверхноегулиру" женного на на являют"верхнов ши,"пракри измея атомных им ре ся сп о нат(54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ,54 3жения твердых тел, заключающийся втом, что производят отжиг нитевидного образца с одновременным приложением растягивающей нагрузки в пределах упругой деформации, после чего снижают температуру образца до температуры измерения, снижают растягивающую нагрузку, измеряют максимальный прогиб образца и по формулеопределяют искомую величину 1 2.Известный способ не обеспечиваетдостаточной точности измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения поверхностного натяжения твер",дых тел, включающему отжиг ните"видного образца с одновременнымприложением растягивающей нагруз"ки в пределах упругой деформации,снижение температуры до температурыизмерения, снятие растягивающей наг"рузки, после снятия растягиваюшейнагрузки образец закрепляют на консоли, возбуждают собственные механические колебания, измеряют частоту этих колебаний и определяют поверхностное натяжение по формуле. "Гф ВЕч где 9= и/21 я частота ко 1/с;поперечногообразца, м;Е .модуль продольнойупругости, Н/м;3 - длина образца, м- плотность, кг/м",а - 1,79 (коэффициентпропорциональности).Частота собственных колебаний кон соли, найденная по классической формуле, отличается от частоты колебаний реального образца малых размеров, Это различие обусловлено си" лой поверхностного натяжения на частоту колебаний, которое не учитывает классическая формула.Для измерения поверхностного натяжения твердого тела готовят образец в виде проволоки или ленты из исследуемого металла или другого вещества, по известной методике очищают его поверхность и помещают в камеру с регулируемой средой, например в вакуум или инертный газ. фДлину образца берут меньше критической длины самопроизвольного изгиба, которую определяют по формуле где К - минимальный главный момент,инерции сечения образца, м.Например, для индиевой проволоки диаметром 0,0417 мм длина должнабыть не более 16 мм. После отжиганагрузку снимают, а температурууменьшают до значения , при которомнеобходимо измерить поверхностноенатяжение, например, до 293 фК. Образцу одним из способов сообщаютколебания, частоту. которых измеряют. Найденное из эксперимента значение частоты собственных колебанийподставляют в формулу (1) и находятповерхностное натяжение исследуемого вещества.П р и м е р , Определяется поверхностное натяжение углеродных волоконпри температуре 293 К, Волокна поступает на исследование физико-химическихсвойств в отожженном состоянии. Моноволок диаметром 0,006 мм закреп"ляется нсольно в микроштативе. Микроштэтив с образцом устанавливаетсяна предметном столике микроскопа"Саг 1 Ее 1 зэ" 0101, На свободном конце волокна с помощью клея закрепляется ферритовая частица массой не более 0,1 мг. На расстоянии около0,2 мм от ферритовой частицы находит"ся полюс электромагнита с ферритовымсердечником. Электромагнит подключенна выход звукового генератора типа фз ГЗ. Частота переменного тока, подаваемого на электромагнит, контролируется с помощью цифрового частото"мера Ф=5041. Собственная частота колебаний исследуемого образца опредеф ляется резонансным методом. Основная собственная частота колебанийравна 720 Гц. Подстановка найденного значения в формулу дает величинуповерхностного натяжения углеродного 50 волокна при температуре 293 К.9 =720 Гц, 3 =0,004 м; Р = Ъ 10 м;р = 1700 кг/м;9665 б Ф ге юМ ве Ь 3- линейная частота колебаний, 1/с;- радиус поперечного сечения образца, м - модуль продольной упругости, Н/м;, - длина образца, м; - плотность, кг/м1,79 (коэффициент пропорциональности). гдето = и/2 Я Формула изобретения Составитель С. БеловодченкоТехред Т, Маточка Корректор М. Коста Редактор Т. Митрович Тираж 887 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Подписное Заказ 7833/60 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Поверхностное натяжение исследованного углеродного волокна равно 0,091 н/м при температуре 293 К.В известном способе точность измерений составляет 2- 103, а в предла з гаемом - 0,12/. Последний позволяет измерять поверхностное натяжение веществ с большим модулем упругости, но с малым поверхностным натяжением, например углеродных волокон, некото рых нитевиднЫх кристаллов и других материалов, важных с точки зрения использования их в композиционных материалах, Способ позволяет измерять поверхностное натяжение ве ществ различной природы (металлов, полупроводников, стекла, кварца, полимеров и др.) и температурный коэффициент поверхностного натяжения. Пред-. лагаемый способ отличается просто той реализации. 23Способ определения поверхностного натяжения твердых тел включающий отжиг нитевидного образца с одновре:менным приложением растягивающей наг- . рузки в пределах упругой деформации, Зв снижение температуры до температуры измерения, снятие растягивающей нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я 1 ем, что, с целью повышения точности 61 бопределения, после снятия растягивающей нагрузки образец закрепляют на консоли, возбуждают собственные механические колебания, измеряют частоту этих колебаний и определяют поверхностное натяжение по формуле Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Хоконов Х. Б. Методы измеренияповерхностной энергии и натяжения металлов и сплавов в твердом состоянии.- В кн.: Поверхностные явления,в расплавах и возникающих из нихтвердых Фазах. Кишинев, "Штиинца",1974, с. 247.2Авторское свидетельство СССРпо заявке йф 2891816/18-25,кл. С О 1 М 13/02, 1980 (прототип).