Способ определения размеров частиц мелко-и ультрадисперсных порошков
Изобретение относится к нейтронографическим методам исследования и может быть использовано для определения размеров частиц мелкои ультрадисперсных порошков в различных отраслях науки и промышленности. Целью изобретения является повышение экспрессности, упрощение способа и увеличение определяемых размеров частиц. Для этого на выбранном участке нейтронограммы определяют площадь дифракционного пика - Thki. амплитуду фона под ним ф и-амплитуду фона от пустой цилиндрической кассеты для порошка IK. Вычисляют отношение Ihki/Оф -1), по которому, на основании градуировочной зависимости 1ыс1эт/(1фэт - IK) от размера частиц, судят о размерах частиц пробы. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (s}}s G 01 N 23/20
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
Т}0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4703135/25 (22) 11.04,89 (46) 30.12.91, Бюл, N 48 (71) Московский инженерно-физический институт (72)А.В.Бурханов, А.Г.Ермолаев, С.А.Медведев, В.Ф.Петрунин, Л,И,Трусов, В.Я.Ганелин и Е.В.Князев (53) 621.386 (088,8) (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, M,: Энергоатомиздат, 1986, с,3034. Изобретение относится к металлургии и инженерии материалов и может быть использовано для определения размеров частиц мелко- и ультрадисперсных (УД) материалов при разработке новых техноло- . гий получения и использования этих материалов в порошковой металлургии, химии порошков и катализаторов, а также вдругих отраслях 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, „„SU„„1702264 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ МЕЛКО- И УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ 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 — Thkl. амплитуду фона под ним Iф и амплитуду фона от пустой цилиндрической кассеты для порошка lк. Вычисляют отношение lhkl/(!ф- I»), по которому, ф на основании градуировочной зависимости Ihkl /(1ô - 1к) 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 Ihkl и амплитуду некогерентного фона под ним Iy, 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 d, удовлетворяетусловию,и В dc1, где,и  — линейный коэффициент выведения нейтронов материалом исследуемого порошка, и в которую в процессе эксперимента попеременно упаковывают исследуемые и эталонные порош-! hkl ки, и определяя отношение 1, судят о ! ф 1» размере частиц исследуемого порошка по 1702264 предварительно полученной для то-a участка нейтронограммы зависимости Ihkl о размере частиц для нескольких I» порошков с известными размерами частиц, синтезируемых по одной и той же технологии из одного материала с исследуемым порошком. При этом, поскольку достаточно использовать любой разрешенный дифракционный максимум, соответствующий отражению нейтронов, выбраннойдлины волны, то нет необходимости проведения нейтроногрэфического, как B случае прототипа, в широком диапазоне измерений вектора рассеяния нейтронов, что резко сокращает время 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 вклад которой в этом случае велик, Из-за некомпенсированности атомных связей на поверхности и контакта с внешней средой, кристаллическая решетка в приповерхностной области искажена. Основные причины данного явления следующие: явление релаксации и реконструкции поверхности; наличие примесей — окисные пленки, твердые растворы внедрения и замещения в приповерхностном слое; наличие дислокаций соответствия решеток, Из изложенного следует следу:ощий вы- 5 вод: частицу условно можно представить в виде оболочки (размер и состав которой зависит от способа получения и хранения порошка и не зависит в первом приближении от размера частицы), не дающей вклада в упорядоченное брэгговское (когерентное) расстояние, и кристаллического ядра, дающего вклад в упорядоченное рассеяние нейтронов, Способ осуществляют следующим образом. Каждый из порошков, сформированный из частиц одного известного размера попеременно упаковывается B одну и ту же цилиндрическую кассету, внутренний диаметр d которой, равный толщине насыпного слоя исследуемого образца, определяется из условия рвd<1, 55 при котором вкладом в интенсивность брэгговского пика от многократного рассеяния можно пренебречь. Оценки d для большинства материалов дают значения порядка нескольких миллиметров. Непосредственные вычисления показывают, что при диаметре образца 0,4 см, высоте 10 см и плотности 50 от масивного образца вклад многократного рассеяния в фон ссставляет менее 107;. 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 оборудование при сохраняющейся геометрии эксперимента. Пус ая (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 !», обусловленная рассеянием нейтронов на материале кассеты, радиотехническим шумом аппаратуры и радиационным фоном. Из полученных нейтронограмм находят I g! I » роксимируется функцией вида F(R) — „ Хbk R k =1 (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 \ i х =, Z эксп Ihkll где Fl =- (y — определяется иэ экс1ф) !к периментальных нейтронограмм; Flp"" рассчитывается по формуле (2); N — общее число и"; Л; — абсол,отная погрешность экспериментального значения Fl для 1-го порошка. Используя полученные значения Ь» и и по формуле (2), строится градуировочный график F = f(R). Порошок с неизвестным средним размером частиц, синтезируемый по той же тех1702264 нологии и из того же материала, что и порошки, использованные для построения градуировочной кривой F = т(Й), упаковывается в кассету, которая применялась в описанных пунктах реализации способа, и 5 подвергается облучению монохроматическим пучком нейтронов, выбранной длины волны. Измеряется участок нейтронограммы, интенсивность в том же диапазоне углов Брэгга, в котором проводилось 10 измерение нейтронограмм порошков, используемых для построения градуировочного графика. Из полученной для исследуемогб образца нейтроногрэммы находят площади дифракционного пика lhkh 15 амплитуду некогерентного фона под ним fy, и вычисгяют отношение — и по градуи ф к ровочному графику F = f(R) определяют средний размер частиц, из которых состоит 20 этот порошок. Пример. Определение неизвестного размера частиц порошка никеля, Размеры частиц десяти порошков никеля, синтезированных методом газового ис- 25 парения и концентрации, были определены на электронном микроскопе. В табл.1 приведены полученные результаты, Затем для каждого из порошков на 16-детекторном суперпозиционном дифрактометре, установ- 30 ленного на ГЭК-8 экспериментального зала реактора ИРТ-2000 МИФИ при комнатной температуре были измерены нейтронограммы этих порошков. Для получения нейтронограмм использовался сколлимированный 35 монохрсматический пучок нейтронов с длиной волны Я= 1 0439 Я. Сьемка нейтронограмм проводилась в мониторном режиме с угловым шагом 6 в диапазоне удвоенных углов Брэгга от 33 до 36 (измерялся участок 40 нейтронограммы, содержащий дифракционный пик с индексами Миллера (200). Время измерения на одной точке составляло в среднем 5 мин. Все порошки Во время эксперимента попеременно упаковывались в 45 одну.и ту же цилиндрическую ванадиевую кассету, размеры которой (ф= 4, и = 100, а толщина стенки l = 0,3 мм) удовлетворяли условию,и s d < 1. Вклад, вносимый в измеряемую нейтронограмму рассеянием нейт- 50 ранов на материале кассеты, радиотехническим и радиационными шумами i<+> определялся из измеренной при тех же условиях эксперимента нейтронограммы пустой (без порошка) кассеты. Он составил 62 имп/с. Из полученных нейтронограмм находят отношение fikИ fbi — к для каждого из порошков, состоящих из частиц одного размера, строилась градуировочная зависимость F(R). Значения коэффициентов Ьк для аппраксимирующей экспериментальные данные функции (2) составляет b> = 5,624848 10; b2 = 27 69473; Ьз= = 3702 529, n = 3, g = 2,1 0 0. Затем на том же самом оборудовании и при тех же самых условиях эксперимента были измерены нейтронограммы еще четырех порошков никеля с iiåèçâåñTHûì размером частиц, полученных по методу газового испарения и конденсации. Из полученных нейтронограмм были найдены i hk Ii отношения и из построенной 1ф! — (к + з градуировочной кривой определены неизвестные размеры частиц исследуемых порошков. Для контроля эти же порошки исследовались на электронном микроскопе. Данные по размерам частиц хорошо согласуются и приведены в табл.2, Предлагаемый способ аттестации размеров частиц порошка практически не зависит от разрешающей способности дифрактометра, исследуемого для получения нейтронограммы и поэтому может быть использован для определения размеров частиц свыше 1000 К. В предлагаемом cnocobe нет необходимости измерения полной Дифракционной картины. Достаточно проводить измерение образца до появления первого разрешенного дифракционного максимума. Обработка полученных результатов проста и практически не требует затрат машинного времени,- что резко повышает экспрессность предлагаемого способа. Формула изобретения Способ определения размеров частиц мелко- и ультрадисперсных порошков, включающий облучение пробы нейтьонами, получение нейтронограммы и измерение ее параметроз, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности, упрощения способа и увеличения определяемых размеров частиц, все изл",ерения проводят в цилиндрической кассете, внутренний диаметр d которой удовлетворяет условию ,и в б < 1, где,и s — линейный коэффициент выведения нейтронов материалов исследуемого порошка, на выбранном участке нейтронограммы определяют площадь дифракционного пика кь амплитуду некогерентного фона под ним !ф и амплитуду фона 4 от пустой цилиндрической кассеты 1762264 Таблица 1 в, полу микрос Таблица 2 Ы(! iy — Ig 3.0б3 7,691 9,441 12.350 Составитель В.Воронов Редактор Ю,Середа Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Малец Заказ 4538 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 для порошка, вычисляют отношение 1ьц/(! ф— Ir), по которому на основании градуиуч ровочной зависимости lpgt/(1ф т — 1к) от размера частиц, полученной для ряда порошков с известными размерами частиц, приготовленных по той же технологии и из того же материала, что и проба, судят о размерах частиц, 5
