Устройство для определения коэффициента объемного термического расширения материалов

(19) (1 А 1 1504 С 01 И 25 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТО 3 в ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ МУ СВИ ЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.А,Ананичев, Л.А,Байдаков, М,Д.Бальмаков и Л,Н,Блинов (53) 536.6(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 817560, кл. С 01 И 25/16, 1978.Авторское свидетельство СССР В 987487, кл. С 01 И 25/16, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к дилатометрии, Целью изобретения является повышение точности и надежности определения при исследовании твердых ма-териалов разнообразной формы, Устройство содержит весы, сосуд с исследуемым материалом, выполненный в виде Г-образной трубки, помещенный в нагревательное устройство и укрепленныйнад плечами коромысла весов, Отростоксосуда заполняется исследуемым материалом, оставшаяся часть - инертнойпо отношению к данному материалу жидкостью, Устройство позволяет с повышенной точностью и надежностью определить коэффициент объемного термического расширения порошкообраэных,ленточных и других материалов различной формы и степени дисперсности, химически активных, обладающих высокимдавлением насыщенных паров без потериими первоначальной формы и в температурном интервале, где ранее возможнобыло определение только линейногокоэффициента термического расширения.Изобретение может найти применениепри изучении теплового расширения материалов, металлов и сплавов различной степени дисперсности. 1 ил.1 13540Изобретение относится к дилатометрии, а именно к устройствам для определения коэффициента объемного термического расширения (КОТР) материалов различнои степени дисперсности и форн5 мы, что необходимо в связи с развитием порошковой металлургии, полупроводниковой технологии создания многослойных структур типа МДП и МОП, по вышением требований к.прокату различных металлов и сплавов, при отливке различных деталей, в строительной технологии и т,д.Цель изобретения - повышение точ 15 ности и надежности определения при исследовании твердых материалов разнообразной формы,При отношении объема жидкости Ч к объему материала Чм более 2 х Чк20 к( - ) 2) указанная жидкость вносит Чмбольшой вклад в суммарное тепловое расширение исследуемого материала и данной жидкости, что отрицательно сказывается на точности определения КОТР.исследуемого материала. Например, для порошкообразного АзЯ при ЧЧм2 погрешность определения 830 увеличивается на 7-103.ЧоПри - ( 1 существенно снижаетсяЧмточность определения, а порой и сама воэможность надежного определения КОТР веществ из"за возможных разрывов сплошности жидкости, а также ненадежности ее контакта со всей поверхностью исследуемого материала, Так, для соединения АзЯ(порошок) вели О чинапри - 1 равна (70 + 5) хЧмх 10 градКроме того, при - ) 2 при повышенЧм45 ных температурах определения КОТР не исключается частичное перемещение части мелкодисперсных порошков по объему сосуда, что может вызвать изменение параметров системы и, как следствие, изменение моментов сил, что снижает точность определения КОТР (погрешность увеличивается на 4-5 Ж) .Увеличение диапазона измененияо о угла с от 12 до 65 вместо 25 до 65 связано с изменением вязкости жидкостей, используемых в предлагаемом устройстве, Вязкость большинства жид 87 2костей составляет величину 10 -10 П.,тогда как вязкость расплавов на много порядков больше. Существенно различны и плотности расплавов и инертных жидкостей, Поэтому для предлагаемого устройства диапазон угла К определяется неравенством 0,2 ГРз 1 пка0,9 Р, что давт д от 12 до 65,Увеличение диапазона изменения Мулучшает работу устройства в целом,делает ее менее критичной.Укрепление сосуда под углом с ккоромыслу весов приводит к образованию составляющей Г здпвыталкивающей силы Р вдоль трубки сосуда. Приэтом пузырьки газовой фазы всплывают, т.е. уходят из жидкости. Для эффективного и быстрого удаления пузырьков газа угол К следует братьиз интервала 12 6 к ( 65 , для которого справедливо неравенство 0,2 Р( Гз 1 пЫ 0,9 Р, показывающее, что дляданного интервала составляющая Гздпвыталкивающей силы вдоль трубки сосуда по порядку величины совпадает свеличиной Р выталкивающей силы.На чертеже изображено предлагаемоеустройство, общий вид,Устройство содержит весы 1, на коромысле 2 которых с помощью держателя3 закреплен под угломер сосуд 4, выполненный в виде герметичной трубкис отростком, заполненной исследуемымпорошкообразным ленточным или другимиматериалами 5 неправильной формы иинертной по отношению к данному материалу жиждкостью 6. Материал 5 помещается в отросток Г-образной трубки, оставшаяся часть последней заполняется инертной жидкостью так, чтопосле герметизации в верхней частитрубки остается свободный объем (15207), необходимый как место для размещения инертной жидкости при увеличении ее объема за счет собственного расширения при нагревании, а также расширения образца при нагревании. Сосуд с материалом и жидкостью помещают в нагревательное устройство 7. Для сохранения чувствительности весов на стрелке 8 весов установлен противовес 9, контроль чувствительности определяется с помощью шкалы 10.Устройство работает следующим образом.После закреппения сосуда 4 с материалом 5 и жидкостью 6 под углом Ос на коромысле 2 весов и компенсации(гирь) устанавливается равновесие весов и задается рабочая температура спомощью нагревательного устройства 7. 5С ростом температуры за счет суммарного теплового расширения исследуемого материала и инертной жидкости внаправлении свободного объема 7 прямой части Г-образной трубки, оставляемого при заполнении сосуда исследуемым материалом и жидкостью, меняетсяуровень жидкости в трубке, что приводит к нарушению равновесия весов 1,которое восстанавливается изменением 15веса гирь. Сняв показания весов придвух рабочих температурах Т, и Т,можно вычислить искомый КОТР исследуемого материала по формуле(Р -Р) 20уР(Т -Т ) где К - константа, численное значениекоторой определяется геометрией сосуда, температурныминтервалом определения КОТР,25а также индивидуальностьюжидкости и исследуемого материала,Р и Р в показан весов при температуре Т, и Т соответственно,Р - масса исследуемого образца.Использование предлагаемого устройства позволит определять коэффициент объемного термического расширения порошкообразных, ленточных и других материалов неправильной формы с повышенной точностью и надежностью в твердом состоянии, измерять с одинаково высокой точностью и надежностью как положительные, так и отрицательные определения КОТР, расширить температурный интервал определения КОТР указанных материалов: он лимитируется с нижней стороны температурой замерзания инертной жидкости, с верхней - температурой плавления веществ или кипения жидкости, при этом устройство обеспечивает одну и ту же точность определения КОТР, определять КОТР образцов без потери ими первоначальной 0 87 4формы, что позволяет проводить с ними дальнейшие измерения или использовать их для практических применений, упростить конструкцию устройства для определения КОТР порошкообразных, ленточных и других материаловнеправильной формы в твердом состоянии, сократить время определения КОТРуказанных материалов, расширить уголнаклона сосуда по отношению к коромыслу весов, определять КОТР химически активных веществ, имеющих порошкообразную, ленточную или другую неправильную форму,и КОТР веществ, обладающих высокими давлениями насыщЕн ного пара и имеющих порошкообразную,ленточную или другую неправильнуюформу, исключить загрязнение окружающей среды парами исследуемых порошкообразных, ленточных и других материалов неправильной формы, а такжепарами жидкостей, используемых дляопределения КОТР,формула .изобретения Устройство для определения коэффициента объемного термического расширения материалов., содержащее весы, герметичный сосуд в виде трубки для исследуемого материала, укрепленнойОпод углом 12-65 к коромыслу весов и размещенной в нагревательном устройстве, о"т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности определения при исследовании твердых материалов разнообразной формы, конец трубки снабжен сообщающимся с ней вертикально расположенным вниз отростком для размещения исследуемого материала, трубка частично заполнена инертной по отношению к исследуемому материалу жидкостью, причем объем жидкости удовлетворяет соотношению где 7, - объем жидкости, Чм - объем материала.1354087 Составитель В,ФилатТехред И. Попович Редактор И.Горн рректор В,Бутяга каз 5686/ 38 Тираж 776ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. ПодписноеСР ственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4