Устройство для определения скорости испарения нестехиометрических оксидов

 

Союз Советсннн

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 905738 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.01.80 (2I ),2872866/25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 N 5/04

3Ьвударетнкнныб квннтет

СССР нв девам нмбретеннй н открытий

Опубликовано 15 02 82, Бюллетень М 6

Дата опубликования описания 15.02.82 (53) УДК 66.94 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Г. Баранов, Ю. Г. Годин и Ю. Д. Съедим

Московский ордена Трудового Красного Знаме физический институт (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ИСПАРЕНИЯ

НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ ОКСИДОВ

Изобретение относится к использованию термодинамических характеристик материалов и может быть использовано при определении скорости испарения оксидов в газовых средах с контролируемым кислородом потенциалом, в частности для определения потерь эа счет испарения оксидов урана, плутония или их твердых растворов при приготовлении изделий, а также при их работе в устройствах с известным кислородным потенциалом.

Извеетно устройство для определения скорости испарения нестехиометричес1сих оксидов в потоке газа с контролируемой величиной кислородного потенциала, содержащее три концентричных, герметично соединеных в верти15 кальком положении трубы, на нижнем конце средней трубы имеется перфорированный вольф рамовый держатель, на котором расположен порошок исследуемого оксида, во внешней трубе имеется вход для газа, а во внутренней конденсорной трубе — выход для газа-носителя f 11.

Недостатками известного устройства являют ся низкая точность измерений из-эа неполной конденсации металлосодержащих паров в конденсорной трубе, невозможность учета количества испарившегося молекулярного и атомарного кислорода, дискретность измерений, результатом чего являются большой расход исследуемого оксида и низкая производительность измерений.

Известно также устройство для определения скорости испарения оксидов, содержащее вертикальный корпус с днищем, держатель для образца, установленный на днище по оси корпуса, нагреватель, расположенный снаружи держателя и кварцевый частотный датчик измерения потерь массы образца, размещенный в корпусе соосно над держателем (2).

Недостатком данного устройства является существенное увеличение погрешности измерения скорости испарения нестехиометрических оксидов,: обусловленное их неконгруэнтным испарением, при котором в паре находятся металлосодержащие молекулы и атомарный и молекулярный кислород. Поскольку кислород не конденсируется на мишени, то появляется систематическая погрешность измерения скорос;

90573 ти испарения, величина которой гсм больше, чем выше сгепснь отклонения от стехиометричсского состава исследуемого оксида, причем при изменении величины отношения кислород металл всего на 1% происходит изменение давления компонентов более чем в )О раз, что является причиной значительного увеличения погрешности измерений.

Цель изобретения — повышение точности определения.

Цель достигается тем, что устройство снабжено диэлектрическим кольцом, помо пенным внутри держателя, выполненного металлическим, твердоэлсктролитной таблеткой, закрепленной в кольце и отделяющей от верхнего торца дер жателя пространство для образца, кулономстричсскими дозировочными и измерительным электродами в виде покрытий, нанесенных на верхнюю и нижнюю поверхности таблетки, и электродами для дозировки и измерения количества кислорода, в виде покрытий, нанесенных против друг друга на внешнюю и внутреннюю поверхности корпуса, выполненного керамическим.

На чертеже схематически изображено уст. ройство для определения скорости испарения нестсхиометрических оксидов, продольный разрез.Устройство содержит керамический корпус

1, имеющий дозировочные и измерительные электроды 2 и 3, кварцевый частотный датчик

4, укрепленный в водоохлаждаемом держателе

, исследуемый образец 6, выполненный в виде тонкой таблетки, держатель образца в виде втулки 7, и которой расположены кольцо 8 из оксида бериллия и твердоэлектролитная таблетка 9, на рабочем торце которой нанесены дозировочный электрод 10, на противоположный торец — измерительный и дозировочный электроды 11 и 12, выполненные из пористой пластины, системы питания кислородного насоса и твердозлектролитной кулонометрической ячейки, состоящие иэ амперметра 13, источника тока 14 и регулятора напряжения 15, вольтметры 16 и 17 для измерения ЭДС на измерительных электродах 3 кислородного насоса и электродах 11 и втулке 7 кулонометрической ячейки, нагревательный индуктор 18, представляющий собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки, служащий для 50 индукционного нагрева молибденовой втулки 7, вйутри которой расположен исследуемый образец, термопару 19.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 6 устанавливают внутри втулки 7 на твердоэлектролитную таблетку 9, герметизируют устройство и откачивают до давления 1 -5 МПа, включаип нагрс» и с помощью кислородного насоса в газовой среде устанавливают такое парциальное давление кислорода, при ко гором величина ЭЛГ между электродами 7--11 Е находится вблизи нулс вого значения, по величине ЭД(. Е на измерительных электродах 3 кислородного насоса определяют кислородный потен1тиал исследуемого образца и степень его нестехиометричности. Во время выдержки образца при заданной гсмперагуре одновременно с измерением частоты колебаний кварцевого датчика 4 к поверхности раздела образец 6 -- 1B, доэлскгролитная таблетка 9 подают путем пропускания постоянного тока через твердый электролит такое коли гество кислорода, которое испаряется с открытой поверхности образца и по величине перенесенного количества электричества судят о массе испарившегося кислорода с открытой поверхности образца, à Но изменению частоты колебаний кварцевого датчика 4 определяют скорость испарения металлосодсржаших паров.

Иа одном и том жс образце можно измеригь скорость испарения для разных значений величины отношения кислород-мегалл и получить зависимость скорости испарения от степени нестехиомстричности исследуемого оксида.

Ирсдлагаемое устройство позволяе определять скорость испарения нсстехиометрических окисдов в температурном интсрвачс 800—

2000 К и в диапазоне значений кислородного потенциала от — 10 до — 800 кДж/моль с погрешностью, нс превышающей 4-5Я.

Формула изооретения

Устройство для определения с сорости испарения нестехиомстрических оксидов содержаР щее вертикальный корпус с днищем, держатель для образца, установлснный на днище по оси корпуса, нагреватель, расположенный снаружи держателя, и кварцевый частотный датчик измерения потерь массы образца, ра мещенный в корпусе над держателем соосно с ним,отличающееся тем,что,с целью повышения точности о-ределений, оно снабжено. диэлектрическим кольцом, помещенным внутри держателя, выполненного металлическим, твердоэлектролитной таблеткой, закрепленной в кольце и отделяющей от верхнего торца держателя пространство для образца, кулонометрическими доэировочными и измерительным электродами, в виде покрытий нанесенных на верхнюю и нижнюю поверхности таблетки, и электродами для дозировки и измерения количества кислорода в виде покрытий, нанесенных против друг дру905738

Составитель А. Тарасов

Техред А.Бабииец

Корректор (. blîìàê

Редактор Н. Ромжа

Подписное

Тираж 882

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 354/60

Филиал П11П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 га иа виешинло и Hfl) Iрепллло иолс1)xlloсги корпуса, выполнсписло керамическим.

Источники информаиии, нриня Гыс Во нниманис при экспертизе

1. J. "Chemical Physics", 1978. гам 49, ti" 11, с. 4739-4744.

2. Авторское свидетельство (".(СР N 421914, кл. G 01 N 5/05, 09.03,72.