Способ определения удельной поверхности порошков

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЮШКОВ, включающий, размещенные навески порощка в капсуле, подачу газа в капсулу и измерение температуры порошка, отличающийся тем, что, с целью расширения области приме-, нения способа за счет расширения температурного диапазона измерений, в качестве подаваемого газа используют кислород, трифторид хлора или хлор, температуру порошка измеряют в процессе его окисления, кроме того, дополнительно измеряют температуру стенок капсулы, после чего величину удельной поверхности определяют по формуле () МЕ/ят S 7Т--РJ ак, тр - коэффициент теплоотдачи на стенгде ки капсулы; S, Т - площадь поверхности и температура стенок капсулы; К Т универсальная газовая постоянная; стационарная температура порошка; TO температура окружающей среды; р - давление окислителя; j p-F/PT константа скорости окисления; (J - тепловой зффект реакции окисления; т - масса порошка; М - молекулярная масса окислителя. 2. Способ, по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что газ подают под давлением 10 - 10 Па. О) ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1)4 6 01 N 15/08

h

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOlNY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с .;

b (З,цт(т,-T ) м тр@" о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3716849/24-25 (22) 09.01.84 (46) 15.09.85. Бюл. N 34 (72) В. П. Исаков, В. И. Прасолов и Э. М. Федоров (53) 539.215.2.082 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 672546, кл. G 01 N 15/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР Р 794435, кл. G 01 N 15/08, 1978. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОРОШКОВ, включающий, размещенные навески порошка в капсуле, подачу газа в капсулу и измерение температуры порошка, отличающийся тем, что, с целью расширения области приме; пения способа за счет расширения температурного диапазона измерений, в качестве подаваемого газа используют кислород, трифторид хлора или хлор, температуру порошка измеряют в процессе его окисления, кроме того, дополнительно измеряют температуру стенок

„„SU„„1179162 А капсулы, после чего величину удельной поверхности определяют по формуле где К вЂ” коэффициент теплоотдачи на стенки капсулы;

5, T — площадь поверхности и температура стенок капсулы;

R — универсальная газовая постоянная;

Т вЂ” стационарная температура порошка; т — температура окружающей среды; .Р— давление окислителя; — константа скорости окисления;

-EtRT

Q — тепловой эффект реакции окисления; т — масса порошка;

М вЂ” молекулярная масса окислителя.

2. Способ, по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем что газ подают под давлением

10 — 10 Па.

1179162 (T — T<) 1 2 р 2 где Tp — температура окружающеи

35 среды, К.

Количество тепла, выделяемого при реакции окисления, равно

JQ, q р -Гт — о — р-г о

Из равенства . — — -получается

dа1 de

dt dt удельная поверхность порошка:

А s, кт (т„-т,) м

g рЦК, При значительной скорости окисления возникает ситуация, когда в объеме порошка ие хватает окислителя и скорость реакций лимитируется уже не химической кинетикой (зависит отК Г 2 ), 55 а диффузией окислителя в порошок из окружающей среды (т.е, зависит от Р (Co — С ), где J3 — константа массообмена, .Со — конИзобретение относится к испытанию материалов и может быть использовано для определения изменения величины удельной поверхности порошков во времени, например при. газификации порошков, в областях химической технологии, связанных с выпадением осадков из раствора и т. д.

Целью изобретения является расширение области применения способа за счет расширения температурного диапазона измерений. !О

Сущность предложенного способа основывается на том, что большинство порошков металлов, их гидридов, карбидов и нитридов интенсивно окисляется в среде кислорода, трифторида хлора и хлора с тепловым эффек-15 том реакции на уровне 100 — 400 ккал/моль.

Окислитель подбирается для конкретного порошка и необходимого температурного диапазона измерений. Например, для окисления металлов в диапазоне 800 — 1000 К целе- 20 сообразно использовать трифторид хлора, в диапазоне 1000 — 1400 К вЂ” хлор, для окисления гидридов — кислород.

Баланс тепла, выделяющегося при окислении порошка, записывается в виде равенства 25 количества тепла -ф-, снимаемого в единицу времени со стенок капсулы, и количества тепла 0 —, выделяемого на полной поверхности порошка в реакции окисления.

Количество тепла, снимаемого со стенок ЗО капсулы, равно центрация окислителя в окружающей среде.

В такой ситуации целесообразно снизить скорость реакции окисления путем уменьшения

3 4 давления до 10 — 10 Па. При этом выбор нижней границы давления диктуется возможностью отличить показания термопар, фиксирующих температуры порошка и стенок камеры, а выбор верхней границы давления определяется тем, что при таких давлениях даже в малых капсулах объемом 0,1

0,2 см кинетический режим реагирования сменяется диффузионным в большей части исследуемого диапазона температур.

Пример 1. Определяли удельную поверхность порошка гидрида циркония плотностью 90% теоретической (состав 72 H,а ).

Навеску порошка размещали в кварцевой лодочке объемом 1 см . высота слоя порошка составляла 6 мм, одну термопару размещали в поверхностном слое порошка, вторую — в днище лодочки. Начальная температура процесса 1000 К. Давление кислорода варьировали от величины эталонной удельной поверхности порошка в пределах 104

10 Па, Одновременно определяли удельную

S поверхность порошка гидрида циркония методом Дерягина. Стационарные температуры разогрева фиксировали через 20 — 50 с после начала опыта. В таблице представлена удельная поверхность порошков гидрида циркония из эталонных измерений (5, ) и из измерений по предложенному способу (S ).

При расчете величины использовали следующие значения параметров для

Р = 10 Па: a(=0,1 ккал/м град с; Я =

5 . 220 ккал/моль; ь. = 18 ккал/моль; Ко—

0,5 10 м/с.

Как следует из.даиных таблицы, минимальная погрешность измерений наблюдается, если с увеличением удельной поверхности порошка давление окислителя уменьшают, причем при — 10 Па разница между Т и Т2 становит4 ся порядка 20К вЂ” практически на пределе чувствительности измерений.

Пример 2. Определяли удельную поверхность порошка вольфрама. Навеску порошка помещали в алундовую лодочку объемом 1 смз, высота слоя порошка составляла 5 мм, Две термопары крепили в наружном слое порошка и в днище лодочки. В диапазоне температур 700 — 1000 К порошок вольфрама обрабатывали трифторидом хлора, в диапазоне 1000 — 1300 К. — хлором.

Получено, что разность между измеренным значением удельной поверхности и определенным по методу Дерягина минимальна при давлении окислителя 8 10 Па (температур4 ный диапазон 700 — 800 К), 10 Па (800—

3 1179162 4

900 К), 10 а Па (900 — 1000 К) для трифто- 2 10> Па (1100 — 1200 К), 3 10" Па (1200рида хлора и 10 Па (1000-1100 К), 1300 К) для хлора.

$ ° 1О, м

10е

1,46

0,46

2,3

0,44

5 ° 10

0,46

1,53

2,3

045

1,35

2,3!,20

1060 1200

1,35

2,6

1,30

5 10

4,20

1,46

2,6

3,50

1,55

4,20

2,6

4,10

Составитель Е. Карманова

Техред Ж. Кастелевич Корректор С. Черни

Редактор М. Циткнна

Заказ 5654/42

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэооретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1,48 10

1,50 5 10

1200 1280

1120 1160

1080 1100

1070 1080

1040 1050 (