Устройство для измерения коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах

(22) Заявлено 10,12,80 (21) 3213398/18 - 25 с присоединением заявки6 0 46 ерстеанмый комитет СССР 3) Приоритет о делам изобретеии к открытий(088,8) летеньДата опубликования описания 15.10.8(72) Авторы изобретен один и А, В. Х. Московский ордена Трудового Красного Знамен инженерно-физический институт г(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ КИСЛОРОДА В МЕТАЛЛАХ И ОКИСЛ ро тр устроиства относитсяпогрешности измеренияразца с газовой средойлектрода сравнениячейку постоянного токА/смг.технической сущностия устройство для К недостаткам этого существенное увеличение из-за взаимодействия об и сильной поляризации э при пропускании через я ка, превышающего 100 м Наиболее близким по к предлагаемому являетс20 Изобретение относится к метрологии процессов диффузионного переноса кислородав металлах и нестехиометрических соединенияхи может быть использовано для измерениякоэффициента химической диффузии кислорода в металлах и таких соединениях, так ТЮг,ЙЬгО СеОгх и т. д,Известно устройство для измерения коэффициента диффузии кислорода, содержащеетвердоэлектролитную гальваническую ячейку,состоящую из образца, твердоэлектролитного.тигля и электрода сравнения, выполненногоиз равномолярной смеси металл в оки металла, потенциометрические выводы и термопару,подсоединенные к измерительным приборам 11 измеренийкоэффициента диффузии кислоро.да в металлах и окислах, содержащее твердо.электролитную таблетку для закрепления наней исследуемого образца, расположенную наторце металлической трубки, установленнойкоаксиально внутри кислородного насоса, выполненного в виде твердозлектролитной про.бирки, снабженной дозироврчными и измери.тельными электродами, и газообразного электда сравнения, помещенного в металлическу 1 оубку 21,Недостатком этого устройства является то,что при токе выше 150 - 200 мкА/см поля.ризация может достигать 50 - 100 мВ, что при 5водит к значительному увеличению погрешнос.ти измерения, Этому же способствует отсутст.ствие контроля неионнойсоставляющей элект.ропроводности твердоэлектролитных таблеток. Цель изобретения - повышение точностиизмерения коэффициента диффузии кислоров металлах и окислах,Поставленная цепь достигается тем, чтоустройство для измерения коэффициента96658 3диффузии кислорода в. металлах и окислах,содержащее твердоэлектролитную таблеткудля закрепления на ней исследуемого образца,расположенную на торце металлической трубки, установленной коаксиально внутри кислородного насоса, выполненного в виде твердоэлектролитной пробирки, снабженной дозировочными и измерительными электродами,и газообразного электрода сравнения, помещенного.в металлическую трубку, снабжено цир Окуляционным насосом и дополнительным кислородным насосом, образующими с основнымкислородным насосом и металлической трубкой, замкнутый контур, в, стенках металлическойтрубки у ее торцов выполнены диффузионные 15отверстия.На чертеже представлено устройство дляизмерения коэффициента диффузии кислородав металлах и окислах, общий вид,Устройство содержит два полых глухих 20твердоэлектролитных пробирки 1 и.2, выполненных, например, из стабилизированной двуокиси циркония и имеющих дозировочные 3,4, 5 и 6 и измерительные 7, 8, 9 и .10 электроды и являющихся кислородными насосами 11 25и 12, которые образуют с помощью металлической трубки 13 и циркуляционного насоса 14 замкнутый контур. Трубка 13 соединена с основаниями 15 и 16 насосов 11 и 12 черезсильфоны 17 и 18 и пружины 19 и 20, которыезообеспечивают соответственно герметизациюсоединения трубки с насосами и надежныйконтакт внутренних измерительных электродоВ . 8 и 10, выполненных в виде сужающихсятвердоэлектролитных тел, и имеющих пористыеметаллические слои 21 и 22, с внутренней поверхностью дна пробирки 1 и 2. На одном торце трубки 13 закреплена твердоэлектролитнаятаблетка 23 с исследуемым образцом 24, свободной поверхности которого касается измерительный электрод 8, а на другом торце за. креплен измерительный электрод 10, Для за. полнения системы инертным газом служит вентиль 25. Потенциометрические выводы 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 и 36 соответственно гальванической ячейки, содержащей исследуемый образец. 24, измерительных и дозировочных электродов насосов 11 и 12, подсоединенное к измерительным приборам 37,38, 39, 40, 41 н 42 и соответствующим ис. точникам постоянного тока. Температура галь ванической ячейки, содержащей образец 24, и кислородных насосов 11 и 12 поддерживается на заданном уровне с помощью электрических нагревателей 43 и 44 и термопар 30 - 45 и 39 - 46, Вблизи торцов трубки 13 имеется сис 55 тема диффузионных отверстий 47 и 48, диаметры которых в 3 - 5 раз меньше толщины стенки трубки, а оси отверстий направлены 1 4на пористые металлические слои 49 и 22 соот.ветственно электролитной таблетки 23 и электрода 10, что позволяет направить весь газ напористое покрытие. Исследуемый образец 24одним торцом соединен с твердоэлектролит.ной таблеткой 23, а на свободном торце имееткольцеобразный металлический слой 50, внутрикоторого расположена одна из вершин измерительного электрода в виде сужающегося твердоэлектролитного тела 8.Устройство работает следующим образом.Исследуемый образец 24 соединяют с твердоэлектролитной таблеткой 23, например, путем диффузионной сварки, наносят на свободный торец образца кольцеобразный металлический слой 50, устанавливают сборку 23 - 24 - 8на торец трубки 13, систему герметизируют изаполняют инертным газом, После чего нагревают пробирки 1 и 2 с помощью нагревателей43 и 44 до рабочей температуры, лежащей винтервале 900 - 1800 К, включают циркуляциокный насос 14 и прикладывают напряжение к,дозировочным электродам 3 и 4 и 5 и 6 такой величины, чтобы значение ЭДС на выводах26 - 27, т, е. Ез 7 было вблизи нулевого значе-.ния, что соответствует установлению равновесия между исследуемым образцом и газовойсредой, т. е. Р 0 равно РОП а по величинеоврЭДС Ез 9, которая равна в этих условиях Еаопределяют концентрацию кислорода в иссле.дуемом образце С .Затем к выводам 27 - 28прикладывают напряже.".ие величиной 50 -100 мВ, тем самым изменяют концентрациюкислорода С на поверхности раздела образец -оэлектролит и измеряют сину тока язв, проте -кающего через гальваническую ячейку 50 - 24 -23 - 49, и также величину изменения силы тока Заг, протекающего через дозировочные электроды5 - 6, обусловленное поступлением (или удале нием) кислорода во внутреннее пространство трубки 13. При этом величину тока Эаг изменяют настолько, чтобы величина ЭДС Ез 9 со. хранилась неизменной в течение всего экспериь мента, Величину изменения тока Раг - айаг) сравнивают с величиной тока язв, определяют неионную составляющую проводимости,твердоэлектролитной таблетки 23, находят значение ионного тока и по уравнению Коттрела2 Г 51 Со Со )м1где 3 - сила ионного тока, протекающегочерез гальваническую ячейку;Р - постоянная Фарадея;О - коэффициент химической диффузиикислорода;С , (з - начальная и конечная концентрациякислорода в исследуемом образце;с - время;8 - площадь поверхности раздела электролит-образец3 - первый корень функции Бесселянулевого порядка, находят коэффи.циент диффузии кислорода в исследуемом образце.Устройство позволяет измерять коэффициент диффузии кислорода в металлах и окислах в интервале значений 1 О 4 - О в м /с в температурном диапазоне 900 - 1800 К с по. грешностью 5 - 8%,96658и измерительными электродами, и газообразного электрода сравнения, помещенного в металлическую трубку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измере 3 ний, оно снабжено циркуляционным насосом идополнительным кислородным насосом, образующими с основным кислородным насосом и металлической трубкой замкнутый контур, в стенках металлической трубки у ее торцов 1 О выполнены диффузионные отверстия.Формула изобретения15Устройство для измерения коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах, содержащее твердоэлектролитную таблетку.для закрепления на ней исследуемого образца, расположенную на торце металлической трубки, 2 о устанавленной коаксизльно внутри кислородного насоса, выполненного в виде твердоэлект. ролитной пробирки, снабженной дозировочными Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, 8 тее 1 е В. 8, апд Вссагпз С. С. Мееввцеептв оФ СЬегпса 1 йЛцвоп соейсептв и,поп - втеховетгса охЫез цвп 9 во 1 д зтатее 1 естгосЬееса 1 тесйпса, .опдоп, "Мета 11 цгяцса 1 СЬетвтгу", 1972, рр. 123 - 135.-2, РавтогеЬ В.апд Варр Я. А. ТЬево 1 Ь 1 ту ав дНйевту о 1 охлепт и зо 1 Ысоррег 1 гоа е 1 естгосЬевса 1 веавцвепт, "Тгапвастопв оФ Фе Мета 11 цгяса 1 8 осету оФ АМЕ",245, (1969), рр. 1711 в 17.