Способ определения размеров частиц мелко-и ультрадисперсных порошков

) (1) О 01 М 23/20 ИЯ НИЕ ИЗ Т ОЛ СКОМ ДЕТЕЛЬСТВ А изический иня к металлургии и может быть исия размеров чассперсных (УД) е новых техноло- . вания этих матеаллургии, химии , а также в других ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Миркин Л,И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Физматгиз, 1961, с.29, 30.Андреев Ю.Г. и др. Гармонический анализ формы максимума при дифракции нейтронов на ультрадисперсных системах, - В сб, МИФИ, Ядерно-физические методы и установки, М,: Энергоатомиздат, 1986, с,30- 34. Изобретение относитсинженерии материалов ипользовано для определентиц мелко- и ультрадиматериалов при разработкгий получения и использориалов в порошковой метпорошков и катализаторовотраслях науки и техники,Целью изобретения является повышение экспрессности, упрощение и увеличение измеряемых размеров частиц.Поставленная цель достигается тем, что .в способе аттестации размеров частиц, включающего облучение пробы нейтронами, получение дифрактограммы, измерение ее параметров, зависящих от размера частиц порошка и определение этих размеров,(54) СПОСОБ ОП В ЧАСТИЦ МЕЛКО Х ПОРОШКОВ(57) Изобретение относится к нейтронографическим методам исследования и может быть использовано для определения размеров частиц мелко- и ультрадисперсных порошков в различных отраслях науки и промышленности, Целью изобретения является повышение зкспрессности, упрощение способа и увеличение определяемых размеров частиц. Для этого на выбранном участке нейтронограммы определяют площадь дифракционного пика - Тьы, амплитуду фона под ним 1 ф и амплитуду фона от пустой цилиндрической кассеты для порошка 1. Вычисляют отношениещ/( ф - к), по которому, ф на основании градуировочной зависимости 1 ьк/(1 ф -к) от размера частиц, судят о размерах частиц пробы, 2 табл. на любом участке измеренной дифрактограммы исследуемого порошка, содержащего отдельный дифракционный пик, измеряют площадь этого пика 1 ьк и амплитуду некогерентного фона под ним 1 ф, дополнительно измеряют в том же угловом диапазоне при тех же условиях эксперимента амплитуду фона на нейтронограмме пустой (оез порошка) цилиндрической кассеты 1, внутренний диаметр которой б, удовлетворяетусловию,и В с(1, где,и В - линейный коэффициент выведения нейтронов материалом исследуемого порошка, и в которую в процессе эксперимента попеременно упаковывают исследуемые и эталонные порош Ики, и определяя отношение1, судят о1 ф - 1 кр порошка по аэмере частиц исследуемогопредварительно полученной для то;о участка нейтронограммы зависимостиЬио размере частиц для нескольких1 - 1порошков с известными размерами частиц,синтезируемых по одной и той же технологии из одного материала с исследуемым порошком. При этом, поскольку достаточноиспользовать любой разрешенный дифракционный максимум, соответствующий отражению нейтронов, выбраннойдлины волны,то нет необходимости проведения нейтроногрэфического, как в случае прототипа, вшироком диапазоне измерений векторарассеяния нейтронов, что резко сокращаетвремя измерения исследуемого и эталонного образцов.Рассмотрим физические основы предлагаемого способа аттестации размеров частиц мелко- и ультрадисперсных порошков,Физические особенности данных материалов во многом определяются свойства-ми поверхности частиц, удельный вкладкоторой в этом случае велик, Из-за некомпенсированности атомных связей на поверхности и контакта с внешней средой,кристаллическая решетка в приповерхностной области искажена. Основные причиныданного явления следующие: явление релаксации и реконструкции поверхности; наличие примесей - окисные пленки, твердыерастворы внедрения и замещения в приповерхностном слое; наличие дислокаций соответствия решеток,Из изложенного следует следу.ощий вывод: частицу условно можно представить ввиде оболочки (размер и состав которой зависит от способа получения и хранения порошка и не зависит в первом приближенииот размера частицы), не дающей вклада вупорядоченное брэгговское (когерентное)расстояние, и кристаллического ядра, дающего вклад в упорядоченное рассеяние нейтронов,Способ осуществляют следующим образом.Каждый из порошков, сформированныйиз частиц одного известного размера попеременно упаковывается в одну и ту же цилиндрическую кассету, внутренний диаметрб которой, равный толщине насыпного слояисследуемого образца, определяется из условия,ивс 1(1,55при котором вкладом в интенсивность брэгговского пика от многократного рассеянияможно пренебречь. Оценки б для большинства материалов дают значения порядка нескольких миллиметров. Непосредственные вычисления показывают, что при диаметре образца 0,4 см, высоте 10 см и плотности 50 О от масивного образца вклад многократного рассеяния в фон ссставляет менее 10. Все порошки синтезируются г,о одной технологии из одного и того же материала,Каждый из порошков подвергается облучению монохроматическим пучком нейтронов известной длины волны, Для каждого порошка измеряется один и тот же выбранный участок нейтроногрэммы в фиксированном диапазоне углов Брэгга, содержащий отдельный дифракционный пик. Во всех измерениях используется одно и то же обору. дование при сохраняющейся геометрии эксперимента.Пустая (без порошка) кассета подвергается облучению монохроматическим пучком нейтронов, выбранной длины волны и измеряется участок нейтронограммы в том же диапазоне углов Брэгга, в котором измерялись порошки с известным размером частиц. Иэ полученной нейтронограммы определяется составляющая фона 1, обусловленная рассеянием нейтронов на материале кассеты, радиотехническим шумом аппаратуры и радиационным фоном.Иэ полученных нейтронограмм находят1 ьвотношение ( для каждого из по 1 ф 1рошков, состоящих из частиц известных размеров Вь Полученный набор экспериментальных значений ( ( ), В) анп 1 ья1 ф - 1роксимируется функцией видаГ(В) -Ь В1=2)Значения постоянных коэффициентов Ь и число членов и в аппраксимирующей функции определяется по методу наименьших квадратов иэ условия минимальности фактора недостоверности (критерия Х квадрата):эксп . расч-(3 сп . 1 п 11где Г = (- определяется иэ экс 1 ф - 1периментальных нейтронограмм; ГР - рассчитьвается по формуле (2); М - общее число измеряемых порошков; Л; - абсол,отная погрешность экспериментального значения Г для 1-го порошка, Используя полученные значения Ь и и по формуле(2), строится градуировочный график Г = 1(В).Порошок с неизвестным средним размером частиц, синтезируемый по той же технологии и из того же материала, что и порошки, использованные для построенияградуировочной кривой Р = тй), упаковывается в кассету, которая применялась в описанных пунктах реализации способа, и 5подвергается облуцен ию монохроматическим пучком нейтронов, выбранной длиныволны. Измеряется участок нейтронограммы, интенсивность в том же диапазоне углов Брэгга, в котором проводилось 10измерение нейтронограмм порошков, используемых для построения градуировочного графика. Из полученной дляисследуемого образца нейтроногрэммы находят площади дифракционного пика ь, 15амплитуду некогерентного фона под ним ф,ивычисляют отношение - и по градуиф кровочному графику Р = Щ определяютсредний размер цастиц, из которых состоит 20этот порошок.П р и м е р, Определение неизвестногоразмера частиц порошка никеля,Размеры частиц десяти порошков никеля, синтезированных методом газового испарения и концентрации, были определенына электронном микроскопе, В табл.1 приведены полученные результаты, Затем длякаждого из порошков на 16-детекторном суперпозиционном дифрактометре, установленного на ГЭКэкспериментального залареактора ИРТМИФИ при комнатнойтемпературе были измерены нейтронограммы этих порошков. Для получения нейтронограмм использовался сколлимированный 35монохрсматический пуцок нейтронов с длиной волны Я = 1 0439 А. Съемка нейтронограмм проводилась в мониторном режиме сугловым шагом 6 в диапазоне удвоенныхуглов Брэгга от 33 до 36(измерялся участок 40нейтронограммы, содержащий дифракционный пик с индексами Миллера (200). Время измерения на одной точке составляло всреднем 5 мин. Все порошки во время эксперимента попеременно упаковывались в 45одну и ту же цилиндрическую ванадиевуюкассету, размеры которой ф= 4, Ь = 100, атолщина стенки= 0,3 мм) удовлетворялиусловию,и в б1. Вклад, вносимый в измеряемую нейтронограмму рассеянием нейтранов на материале кассеты,радиотехническим и радиационными шумами + определялся из измеренной при техже условиях эксперимента нейтронограммы пустой (без порошка) кассеты. Он составил 62 имп/с,Из полученных нейтронограмм находятотношение ии- ф для каждого из порошков, состоящих из частиц одного размера, строилась градуировочная зависимость Г(Б), Значениякоэффициентов Ьк для аппраксимирующейэкспериментальные данные функции (2) составляет Ь = 5,624848 10; Ь 2 = 27 69473; Ьз== 3702 529, и = 3, К = 2,1 .Затем на том же самом оборудовании ипри тех же самых условиях экспериментабыли измерены нейтронограммы еще четырех порошков никеля с неизвестным размером частиц, полученных по методугазового испарения и конденсации. Изполученных нейтронограмм были найденыМотношенияи из построеннойф -+ зградуировочной кривой определены неизвестные размеры частиц исследуемых порошков, Для контроля эти же порошкиисследовались на электронном микроскопе. Данные по размерам частиц хорошосогласуются и приведены в табл.2,Предлагаемый способ аттестации размеров частиц порошка практицески не зависит от разрешающей способностидифрактометра, исследуемого для получения нейтронограммы и поэтому может бытьиспользован для определения размеров частиц свыше 1000 А, В предлагаемом способе нет необходимости измерения полнойдифракционной картины. Достаточно проводить измерение образца до появленияпервого разрешенного дифракционногомаксимума, Обработка полученных результатов проста и практически не требует затрат машинного времени,.что резкоповышает экспрессность предлагаемогоспособа,Формула изобретенияСпособ определения размеров частицмелко- и ультрадисперсных порошков,включающий облуцение пробы нейт.онами,получение нейтронограммы и измерение еепараметроз, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения экспрессности, упрощения способа и увеличения определяемыхразмеров частиц, все измерения проводят вцилиндрической кассете, внутренний диаметр б которой удовлетворяет условию,и в с1, где,и 8 - линейный коэффициентвыведения нейтронов материалов исследуемого порошка, на выбранном участке нейтронограммы определяют площадьдифракционного пика ьц, амплитуду некогерентного фона под ним ф и амплитудуфонаот пустой цилиндрической кассеты1702264 для порошка, вычисляют отношение 1 ьцфф" - К), по которому на основании градуиу этровочной зависимостию/(1 фэт - к) от размера частиц, полученной для ряда Таблица 1 в, полу микрос абли оставитель В,Воронехред М.Моргентал тор Ю,Середа Т.Малец аказ 4538 ВНИИПИ Г Подписноеа по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРЖ, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Тираж рственного комипорошков с известными размерами частиц, приготовленных по той же технологии и из того же материала, что и пооба, судят о размерах частиц,5 3.0 б 37,6919,44112.350