Способ определения скорости пропитки пористых тел жидкостями
Использование: изобретение относится к способам изучения процессов пропитки пористых тел жидкостями и может быть использовано для получения структурных характеристик пористых материалов, а также для проверки и разработки новых технологических приемов и режимов Формирования композитов пропиткой из порошков и волокнистых материалов„ Сущность: способ определения скорости пропитки основан на контроле расхода жидкости по изменению со временем про Филя полного мениска между опорой и торцом образца, который образуется в результате контакта образца с поверхностью жидкости, имеющей в исходном состоянии Форму свободного мениска , принудительно сформированного на ребрах опоры. 1 з.п.силы . ил. со с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
".Ж 17770 7 А1
РЕСПУБЛИК (5у) Г Ol N 15/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 486834?/25 (22) 21.,09.90 (46) 23. 11.92. Бюл, М 43 (71) Институт проблем материаловедения АН УССР (72) Б.Б,Богатыренко и B,È.Hèæåíêî (56) Авторское свидетельство СССР р 18о4о6, 1986„
Y.,Е„ Comeforo, R,К.Harsh "Uett n
of. Al O -SiOgRefractories Ь molte 4
Glass 11, Effect of vett iny on Pe11
netration of Glass into Refractor, J„Amer, Cer„Soc. v„35, N 5, 1952, р. 142-148. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОПИТКИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ ЖИДКОСТЯМИ (57) Использование: изобретение относится к способам изучения процесИзобретение относится к области контроля процессов пропитки пористых тел жидкостями и может быть использовано в порошковой металлургии для получения структурных характеристик пористых материалов, а также и в других областях промышленности.
Целью изобретения является повышение точности определения скорости пропитки и глубины проникновения пропитывающих жидкостей в течение всего процесса пропитки,а также возможность. определения скорости пропитки на начальной стадии.
Указанная цель достигается тем, что, в отличие от известного способа контроля пропитки, включающего формирование малой капли в виде шаросов пропитки пористых тел жидкостями и может быть использовано для получения структурных характеристик пористых материалов, а также для проверки и разработки новых технологическихприемов и режимов формирования композитов пропиткой из порошков и волокнистых материалов. Сущность: способ определения скорости пропитки основан на контроле расхода жидкости по изменению со временем про биля полного мениска между опорой и торцом образца, который образуется в результате контакта образца с поверхностью жидкости, имеющей в исходном состоянии форму свободного мениска, принурительно сбормированного на ребрах опоры. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. вого сегмента на плоской поверхности пористого образца с последующим контролем его сечения, в заявляемом способе предварительно определяют объем 4 пор образца, по этим данным берут на- С1 веску пропитывающей жидкости с избыт- р ком по объему и помещают в виде свободногo мениска на индеберентную опору, ребра которой формируют его проФиль, соосно с мениском располагают образец, затем жидкость и образец приводят в контакт, а скорость пропитки определяют по изменению со временем профиля полного мениска, образованного жидкостью между опорой и торцом образца.
Другое отличие состоит в том, что взаимное перемещение pо контакта
1t 777047 жидкости и образца осуществляют сопс-, но, при этом Форму пористого образца выбирают в зависимости от исходной формы свободного мениска, что бы при трансформации свободного мениска в новый и при дальнейшем изменении со временем его профиля в резельутате пропитки сохранялись элементы симметрии исходного мениска.
Использование жидкости в виде свободного мениска обеспечивает надежный контроль за ее объемным расходом, как во время Формирования нового мениска при соприкосновении жидкости с торцом образца, так и в дальнейшем по изменению его профиля при пропитке. При этом исходной Фор- мой свободного мениска может быть или капля, или валик, или любой другой мениск, который принудительно
Формируется ребрами опоры. В зависимости от этого выбирают Форму пористого образца. Если используется капля, как исходная Форма для жидкости, то образец должен быть, как и капля, в форме тела вращения, например цилиндрический, или иметь таковой торец, которым он соприкасается с ней, а если валик, то образец должен иметь форму прямоугольной пластины,или иметь такой торец, и т.д. чтобы исходный мениск претерпевал по возможности наименьшее преобразование формы при Формировании нового мениска. . Подобранные соответственно йормы свободного мениска и образца, соосность их взаимного расположения и движения вплоть до соприкосновения обеспечивают сохранность элементов симметрии исходного мениска при его преобразовании в результате контакта и пропитки, что позволяет. капиллярным силам быстро формировать новые мениски после соприкосновения с минимальным преобразованием формы.
Это дает возможность повысить точность определения скорости. пропитки по изменению пройиля мениска на всех ее стадиях. Избыток жидкости обеспечивает контроль полноты пропитки.
Способ реализован на установке, схема которой приведена на Фиг.1.
На индеферентной опоре i помещают жидкость (расплав) в виде капли 2, придавая ей строго симметричную
Форму принудительным Формированием
Объемную скорость . пропитки, рав45 ную секундному объемному расходу, определяют как средний расход жидкости за данный промежуток времени между двумя смежными кадрами кинограммы по разности объемов жидкости, найденных по этим кадрам, разделенный на этот промежуток времени. Время определяют по известной скорости съемки процесса. Начало отсцета времени принято с кадра, 55 предшествующему кадру, на котором зайиксировано касание жидкости и пористого тела. Объемную скорость пропитки рассцитывают по Формуле, относя ее к i-му кадру:
40 на кольцевом ребре 3 опоры. Над каплей соосно устанавливают вертикально цилиндрический образец 4 в держателе 5.
Стандартным методом определяют пористость образца. Затем вычисляют полный объем его пор и берут навеску пропитывающего материала (жидкости) с условием, чтобы объем его (ее) был больше вычисленного объема, например на 503. Необходимым условием здесь является полное заполнение пор при пропитке,а достаточным - условие неразрывности изменяющегося но времени полного мениска в его су жающейся части, имеющей вид шейки.
При разрыве мениска всегда есть возможность неполного заполнения пор образца и таким образом теряется надежность контроля.
После совместного термостатирования, расплавления навески и Формирования капли пористый образец приводят в контакт с каплей, в резуль" тате которого происходит пропитка образца.
Контроль пропитки осуществляют по изменению. объема жидкости, заклюценной междуопорой,и торцом образца и имеющей Форму тела вращения. Для этого весь процесс убыли жидкости в результате пропитки (ее объемный расход) Фиксируют на кинопленку в виде кинограммы изменяющегося во времени теневого изображения профиля полного мениска, Объем жидкости для данного кадра кинограммы определяют по профилю мениска, используя, например, метод секущих, или вторую теорему Гюльдена с учетом коэффициента увелйчения.
dV Ь V dt Ье где Д V = V< — V, — расход жф-! кости между смежными кадрами, V объем жидкости i-го кадра, V объем жидкости предыдущего кадра, h,t — промежуток времени между кадрами. По данным скорости пропитки и рас- 10 хода жидкости для цилиндрических образцов можно рассчитать скорость движения фронта пропитки и глубину пропитки по формулам, полагая, что фронт пропитки плоский: 15 d1< 1 dVi dt Вк dt V — Vi где S к - полное проходное сечение капиллярной структуры образца, 1, глубина пропитки для i-го кадра, V<— объем жидкости первого кадра (объем исходного мениска).. Формулы справедливы и для других форм образцов, для которых поперечное сечение по их длине постоянное. Для других форм формулы будут другие. Пример, Пропитка велась при температуре 808C в среде водорода. Скорость съемки 32 кадра/с. Коэффициент увеличения 1,51. 35 Образец-пористый никель. Размеры образца : 700 190b5 мм, пористость . его 69,83, объем V = 0,756 см объем пор Vp 0,528 см . Объем при 800 С V„ = 0,540 см . Капилляр- 40 ная структура - металлицеский войлок. Образец изготовлен прессованием. из проволочек никеля 0,05х10 мм и спечен в среде водорода при температуре 1250 С. 45 Жидкость - индий марки ИН-00. Навеска Р = 5,0671 r, Объем индия при 600 С V = 0,754 см, плотность его = 6,723 г/см . Избыток объема по сравнению с объемом пор - около 40, 50 На фиг.2 показана зависимость скорости пропитки образца от обратной величины впитываемого объема жидкого индия для начальной стадии пропитки. На фиг.. 3 показана глубина 55 пропитки (в квадрате кинетическая кривая) образца в зависимости от времени контакта, кривая 1. Здесь же, для наглядности, представлена часть 47 б кривой, соответствующей начальной стадии пропитки (7 точек за время 6/32 0,2 с,глубина пропитки за этр время 1 — — 0, 160 - 0,01 см, интервал времени между точками ра» вен 1/32 = 0,031 с с разрешением не хуже «+0,0013 с,, согласно паспорту испытаний аппарата) с увелиличенным масштабом по оси ординат в 20 раз (кривая 2). Объем жидкости для всех кадров определяли по профилю мениска, используя теорему Гюльдена, На фиг.4 для демонстрации представлена фотокопия кинограммы„ Съемка профильная, теневая. Пропитка образца на ней отображена дискретной . последовательностью кадров 1,2,3... 42„ Последовательность пропитки здесь следует рассматривать снизу вверх, 1,2,3..., и слева направо, фрагменты "а", "б", "e" и "г". Начало пропитки - фрагмент "а", середина - "б" и "в" и конец - "г". К начальной стадии пропитки, нужно отнести кадры 1,2,3...7, судя по характеру кинетицеской кривой на фиг.3, заняв отрезок времени около 0,2 с. Способ позволяет исследовать нацальные стадии пропитки, когда жидкость только начинает проникать в пористую структуру материала, и обеспецивает возможность изучения про цессов пропитки с точностью не хуже 24 при доверительной вероятности 0,95. Формула изобретения 1. Способ определения скорости пропитки пористых тел жидкостями, включающий термостатирование пористо:го тела и жидкости, контроль пропитки по изменению объема пропитывающей жидкости, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и возможности изучения начальных стадий процесса пропитки, берут с превышением по объему пор образца навеску жидкости и помещают в форме свободного мениска на индеферентную опору для формирования его профиля,:соосно с мениском располагают пористый образец, затем жидкость и образец приводят в контакт, а скорость пропитки определяют по изменению профиля полного мениска жидкости между опорой и торцом образца. 7 t 77 70 7 8 2. Способ по п.t, о т л и ч а ю - зец берут такой формы, чтобы элементы шийся тем, что взаимное пере- симметрии исходного мениска сохранямещение до контакта жидкости и образ- лись при его преобразовании в резульца, осуществляют соосно, при этом обра- тате контакта и пропитки. 1777047 Составитель Б,. Богатыренко Техред М,Моргентал Корректор М, Керецман Редактор О,Стенина Заказ 4áÎ Тираж Подписное BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101
