Способ выявления степени гетерогенности материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ („)958934 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.02.81 (21) 3251042/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

G 01 N 23/223

Гасударственный квмнтет

СССР (53) УДК 621.386 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.82

ho ленам нзобретеннй н аткрмтнй (72) Авторы изобретения

P И. Плотников, Б. Д. Калинин и П.

Ленинградское научно-производственное

«Буревестник». Ф4Щф6Ы6? )/ "-

1 ИАТ):И .:. (!:.:" ° ь,;

Т <1(1((1 г (71) Заявитель бъедВИ6МЖ,: f. : .". (54) СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ГЕТЕРОГЕННОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к рентгеновским методам контроля степени гетерогенности материалов и может быть использовано при контроле технологии в производстве материалов сложной композиции, получаемых путем смешивания исходных компонентов.

При этом качество готовой продукции во многом определяется однородностью (гомогенностью) получаемого материала.

В материаловедении для обнаружения гетерогенности материалов используются различные физических методы, позволяющие получить информацию о распределении компонентов или химических элементов в исследуемом материале. К этим методам могут быть отнесены исследование поверхности анализируемого материала с помощью оптического или электронного микроскопа, локальный спектральный или рентгеноспектральный анализ (1) и (2).

Известные способы выявления неоднородности носят локальный характер, относятся непосредственно к исследуемому образцу и не позволяют сделать вывод по всему материалу в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ выявления степени гетерогенности материалов, основанный на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения химических элементов исследуемого материала. Это способ основан на определении концентрациЙ химических элементов в различных точках локального участка образца исследуемого материала по их характеристическому рентгеновскому излучению, возбуждаемому электронным пучком (3).

Однако этот способ малопроизводителен, что связано со сложной и длительной подготовкой образцов и необходимостью в проведении многочисленных измерений в различных точках большого числа образцов, без чего невозможно сделать вывод о степени неоднородности исследуемого материала в целом, и требует сложной аппаратуры и выгп сококвалифицированного обслуживающего персонала. Из-за указанных недостатков данный способ используется, как правило, только для научных исследований и практически непригоден для массового экспрессного контроля, когда необходимо опреВ

958934

3 дслять степень гетсрог<во<ости больших количеств сырьевых матерна 10В радиокерамики, ферритов, люминофоров, материалов поpo0Il

Целью изобретения является повышение производи гельности H уllpGOlE .fl ill, ап< а;1нза. ,Y Kd, апиаЯ ЦСЛЬ lOCTHI аЕтся тЕм, чтО СОгласио способу, основанному на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения хими- 10 ческих элементов исследуемого материала, определяют арбитражным методом химический состав ряда проб исследуемого материала. отбирают пробы, различающиеся по химическому составу, приготовляют, по крайlS ней мере, по два параллельных вторичных рентгеновских излучателя из каждой отобранной пробы, возбуждают и измеряют интенсивности рентгеновского характеристического излучения от излучателей, определяют воспроизводимость результатов изме- 20 рений по параллельным излучателям и по значимости средне-квадратичного расхождения измеренных и рассчитанных по данным арбитражного метода интенсиновстей по отношению к воспроизводимости резуль25 татов измерений судят о степени гетерогенности исследуемого материала.

Предлагаемый способ основан на наличии очень высокой корреляции между измеренными,и рассчитанными по теоретическим формулам интенсивностями линий для гомогенных образцов, нарушение которой обусловлено лишь ограниченной воспроизводимостью подготовки излучателей и измерения интенсивностей. В случае гетерогенных материалов, содержащих области, отличающиеся по составу, размер которых ы соизмерим или превосходит глубину проникновения рентгеновского излучения в среде, интенсивность характеристического излучения зависит уже не только от среднего .состава образца, но и от состава фазы, со40 держащей контролируемый элемент, и коррелляция между измеренными и рассчитанными по среднему составу образцов интенсивностями нарушается. Таким образом, если исследуемый материал гетерогенен, дисперсия относительно линии регрессии из- 4S меренных и рассчитанных интенсивностей значима по отношению к дисперсии результатов измерения параллельных излучателей. Так как глубина проникновения рентгеновского излучения в среде зависит от

50 длины волны, проводя измерения рентгеновского характеристического излучения для аналитических линий различных элементов с последующим расчетом, можно получить количественные характеристики неоднородности и судить о степени гетерогенности материала.

Пример. Проводят исследования степени неоднородности аглоруд, измельченных в мельнице HSl — 100 в ступке из карбида вольфрама в присутствии этилового спирта.

Арбитражным методом определяют химический состав ряда проб исследуемого материала и отбирают 15 проб, различающихся по химическому составу. Из каждой отобранной пробы приготавливают прессованием по два параллельных излучателя. С помощью рентгеновского многоканального спектрометра CPM — 18 возбуждают и измеряют интенсивности линий характеристического излучения Sik и РеК.». По данным арбитражного метода анализа для условий возбуждения спектрометра CPM — 18 рассчитывают интенсивности тех же линий.

Для контроля те же операции проводят для излучателей, приготовленных оплавлением проб с тетраборатом лития.

Полученные результаты (дисперсия между рассчитанными и измеренными интенсивностями 6> и дисперсии воспроизодимости измерений по параллельным излучателямб ) для линий S; +v ГеК,< прессованных и сплавленных излучателей приведены в табл. 1.

Там же приведены степени свободы и,/и>, отношения дисперсий 6> /o и табличные значения критерия Фишера.

Из табл. 1 следует, что в сплавленных излучателях гетерогенность не выявлена. В исходных пробах, когда излучатели подготовлены прессованием, гетерогенность обнаружена только по линии Si . Учитывая, что средняя глубина проникновения излучения Si составляет 2 мкм, а излучения

Fe 15 мкм, можно заключить,что размер неоднородностей в исследуемом материале находится между указанными пределами.

Предложенный способ выявления степени гетерогенности материалов является более высокопроизводительным, простым и дешевым по сравнению с известным.

Сравнительные характеристики предлагаемого способа и прототипа представлены в табл. 2.

Как следует из табл. 2, предложенный способ выявления степени гетерогенности материалов в 6 раз экспресснее и в 7 раз дешевле способа-прототипа.

Предложенный способ позволяет использовать для анализа простой рентгеновский спектрометр (стоимость вместе с ЭВМ

120 тыс. руб) вместо сложного рентгеновского микроанализатора (стоимость

400 тыс. руб). Кроме того, заявленный способ в отличие от прототипа позволяет проводить интегральную оценку неоднородности для всего материала в целом, а не его отдельных образцов.

958934

Таблиц а 1

Способ подготовки излучателей

Прессова- Оплавление ние

Прессо- Оплавлевание ние

Показатели

Fe

0,0045

0,13 0,04

0,019 0,.02

48 4

12/1 3 12/12

0,005

0,003

0,0035

F = 8„ /6

2,8

1,65

"1/"г

13/12

13/13

4,.2

4,2 л /и,/и

Таблица 2 ч, стоимость, Р

Операции, длительность, Полная стоимость

Полное время анализа

Измерение

Определение химиРасчет

Подготовка излучателей

Способ интенсивнос значимос ческого состава анализа ти ти

0,5

Предложенный

0>5

150

30

30

20 160 1

181 1090

60 1000 30

Прототип

Формула изобретения хождения измеренных и рассчитанных по данным арбитражного метода интенсивностей по отношению к воспроивзодимости результатов измерений судят о степени гетерогенности исследуемого материала.

Способ выявления степени гетерогенности материалов, основанный на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения химических элементов исследуемого материала, Источники информации, отличающийся тем, что, с целью повышения

40 принятые во внимание при экспертизе производительности и упрощения анализа, 1. Закасовский Г. В.,Федорова П. М. Безопределяют арбитражным методом хими- дисперсионный рентгенофлуоресцентный лоческий состав ряда проб исследуемого ма- кальный анализатор. Сб. «Аппаратура и метериала, отбирают пробы, различающиеся тоды рентгеновского анализа», Л., «Машипо химическому составу, приготовляют, по 4s ностроение, вып. 17, 1975, с. 91 — 85. крайней мере, по два параллельных вторич- 2. Thatcer 1. W.,Campbel W. 1. Fluoresных рентгеновских излучателя из каждой cent Х-гау Spectrographic Probedesign and отобранной пробы, возбуждают и измеряют Applications U. S. Dep. of the Interior Виинтенсивности рентгеновского характерис- reau of Mines . Rep. of Investigations 5500, тического излучения от излучателей, опре- 1959, р. 23. деляют воспроизводимость результатов из- 3. Электронно-зондовый микроанализ. мерений по параллельным излучателям и Под ред. И. Б. Боровского. М., «Мир», по значимости средне-квадратичного рас- 1974, с. 191 — 197 (прототип).

Составитель Е. Кохов

Редактор М. Дылын Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Заказ 6775/58 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4