Способ определения поверхностного натяжения твердых тел

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпнк (ц911228 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100380 (21) 2891816/18-25

151) М. Кп.з

G 01 N 13/02 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 070382. Бюллетень № 9

153) УДК 543 ° . 542 (088. 8) Дата опубликования описания 070382 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к физикохимическому анализу материалов и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения металлов,силикатных .и полимерных материалов во всем температурном интервале твердого состояния. Известен способ измерения поверхностного натяжения металлов в твер- дом состоянии методом нулевой ползучести, заключающийся в том, что под действием сил поверхностного натяжения площадь поверхности тела сокращается, так как при этом уменьшается свободная поверхностная энергия системы. При температурах, близких к температуре плавления, вязкость металла резко уменьшается, и силы поверхностного натяжения могут вызвать заметные сокращения поверхнос-. ти металла, что приводит к уменьшению длины нитевидного образца из исследуемого металла, В способе определяется величина внешней нагрузки, ттри которой скорость ползучести обращается в нуль (1).

Наиболее близким техническим решением является способ определения йоверхностного натяжения твердых тел,включающий отжиг .нитевидного об разца с одновременным приложением разтягивающей нагрузки в. пределах упругой деформации. В этом способе добиваются компенсации сил поверхностного натяжения с помощью регулируемого внешнего усилия (компенсационный метод нулевой полэучести) (2).

Недостатками этих способов являются невозможность измерения поверхностного натяжения твердых тел в широком. температурном интервале,практическая неприменимость их Ъри измерении поверхностного. натяжения атомных-и ионных кристаллов.В связи с роэвитием производства композиционных материалов возникла необходимость измерения поверхностного натяжения твердого тела в широком интервале температур, так как многие композиционные материалы получают методом пропитки наполнителя смолами или жидкими металлами, а.качество и стоимость этого процесса в значительной степени зависит от физикомеханических параметров межфазной границы между матрицей и наполните лем е

Цель изобретения — определение поверхностного натяжения твердых тел

З0 .в широком температурном интервале.

911228

55

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения поверхностного натяжения твердых тел, включающему отжиг нитевидного образца с одновременным приложением раэтягивающей нагрузки в пределах упругой деформации после отжига снижают температуру образца до температуры измерения, снимают растягивающую .нагрузку, измеряют максимальный прогиб образца и определяют поверхностное натяжение по формуле в в з.;и т ур цр7„-у где Š— модуль продольной упругости образца,н/м ; ь| и — минимальный главный момент инерции поперечного сечения, м ;

t) — периметр поперечного сечения, м коэффициент учитывающий характер закрепления концов образца;0 — длина образца;. максимальный поперечный прогиб образца, м; при этом длину образца берут не меньше критической длины самопроизвольного изгиба, под действием сил.поверхностного натяжения.

В основу способа положено явление самопроизвольного изгиба нитевидных структур определенных геометрических размеров под действием сил поверхностного натяжения.

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения поверхностного натяжения металлов готовят образец в виде проволоки или ленты из исследуемого металла, по известной технологии очищают его поверхность и помещают в камеру с регулируемой средой, например в вакуум или инертный гаэ. Длину образца берут не менее критической длины самопроизвольного изгиба. Например, для меди диаметром 0,05 мм длина должна быть не менее 32 мм. Верхний конец образца закрепляется в держателе, а к нижнему концу прикладывают небольшую механическую нагрузку для спрямления образца в процессе отжига. После отжига нагрузку плавно уменьшают до нуля, а температуру снижают до значения, при котором необходимо измерить поверхностное натяжение, например, до 293 К.

После снятия нагрузки образец под действием сил поверхностного натяжения самопроизвольно изгибается.

Измерив величину стрелы прогиба образца и подставив ее наряду с дру- гими известными параметрами в формулу, получают значение поверхностного натяжения при данной температуре.

Пример.Определение поверхностного натяжения индия при комнатной температуре в среде инертного газа.

Методом холодной экструзии изготавливают иэ индия проволоку диаметром 0,1 мм и длиной не менее 50 мм.

Образец подвешивают вертикально в

10 вакуумном термостате. На нижнем кЬнце образца закрепляют грузик массой не-более 0,2 r. Камеру термостата путем многократной откачки воздуха и напуска аргона промывают аргоном. Производят нагрев камеры с образцом со скоростью не более 1 гра.дуса в минуту до температуры 425 +.

+ 2 К и выдерживают ее при этой температуре не менее 10 ч. Охлаждают камеру до комнатной температуры со

20 скоростью не более 0,5 градуса в минуту. Производят удаление грузика беэ вскрытия камеры путем краткавре менного включения нихромового микронагревателя размещенного на расстоя25 нии около 2-3 мм от нижнего края образца. Сразу после удаления грузика провод должен самопроизвольно изогнуться под действием сил поверхностного натяжения, так как его длина 3p была взята больше критической длины.

Величина критической длины была подсчитана до эксперимента по оценочных. значениях поверхностного натяжения индия в твердом состоянии. Через проД зрачное окно термостата с помощью микроскопа МБС-2 измеряют длину образца и величину стрелы прогиба образца.

40 Поверхностное натяжение индия при комнатной температуре определяют .подставив в формулу найденные вели чины В= 4б мм, Е =1100 кг/мм,,Ю = — 1,12 и = 0,1 мм, f y 5мм.

45 ь

Ят ) K ЙОО.o,<>

31И ГГК

"- ООООО654 загсf мм= 6 51 Вин (cм - Оба н/м

Предлагаемый способ позволяет измерять не только поверхностное натяжение, но и температурный коэффициент поверхностного натяжения, измерять поверхностное натяжение твер, дых тел любой природы во всем темпЕратурном интервале твердого состоя60 ния.

Кроме того, способ не требует большого количества исследуемого вещества, им измеряют равновесные значения поверхностного натяжения.

911228

Формула изобретения

К% Е Змии = ър(ее ВХ с

Составитель Н.Меньшенина

Техред М.Рейвес

Корректор Н.Стец

Редактор Т.Киселева

Заказ 1105/2б Тираж 883

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное. Филиал ППП Патент, r.Ужгород, ул.Проектная,4

Способ определения поверхностного натяжения твердых тел, включакший отжиг нитевидного образца с одновре-; менным приложением раэтягивающей на- грузки в пределах упругой деформации, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью определения поверхностного натяжения в широком температурном интервале, после отжига снижают температуру до температуры измерения, снимают растягиваюшую нагрузку, измеряют максимальный прогиб образца и определяют поверхностное натяжение, по формуле

15 где Е ..— модуль продольной упругос ти образца, н/м 20 мцн — минимальный главный момент инерции поперечного сечения, м

3 — периметр поперечного сечес ния м; .A - коэффициент,учитывающий xa"" рактер закрепления концов образца;

- длина образца, му

„ — максимальный поперечный вакс прогиб,Mi при этом длину образца берут не менее критической длины самопроизвольного изгиба под действием сил поверхностного натяжения.

Источники информации, принятые So внимание пои эксйертизе

1.Udin Н., Sha8br A. I . .Mu.l f I.

Измерение поверхностной энергии меди и золота. Trans AINE, т.185,1949, р 186.

2. Авторское свидетельство СССР

М 408198, кл. G 01 N 13/02, 1970 (прототип) .