Способ определения температурного коэффициента свободной поверхностной энергии

Способ определения температурного коэффициента свободной поверхностной энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов , а точнее к способам контроля свойств поверхностей. Цель изобретения - определение температурного коэффициента поверхностной энергии различных кристаллографических плоскостей монокристаллов. Сущность предложенного способа состоит в том, что на предварительно подготовленную полировкой и травлением ориентированную поверхность монокристалла направляют вначале моноэнергетический пучок электронов с энергией Е 50-100 эВ, благодаря чему дифрагированньй пучок несет информацию о coctoянии поверхности , а затем с энергией Е 400- 500 эВ для получения информации о глубинных слоях. Измерение интенсивности дифрагированных пучков электронов с энергией Е и Е при двух температурах исследуемых монокристаллов (Т и Т ) позволяет рассчитать искомый температурный коэффициент поверхностной энергии . 1 табл. (Л САЭ to СО со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1323930 А1 (51) 4 G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, а точнее к способам контроля свойств поверхностей. Цель изобретения — определение температурного коэффициента поверхностной энергии различных кристаллографических плоскостей монокристаллов. Сущность предложенного способа состоит в том, что на предварительно подготовленную полиров кой и травлением ориентированную поверхность монокристалла направляют вначале моноэнергетический пучок электронов с энергией Е=50-100 эВ, благодаря чему дифрагированный пучок несет информацию о состоянии поверхности, а затем с энергией Е =400500 эВ для получения информации о глубинных слоях. Измерение интенсивности дифрагированных пучков электро1 нов с энергией Е и Е при двух температурах исследуемых монокристаллов (Т, и Т ) позволяет рассчитать искомый температурный коэффициент поверхностной энергии e Б /dT. 1 табл. (21) 4012335/31-25 (22) 15.01.86 (46) 15.07.87. Бюл. Я- 26 (71) Кабардино-Балкарский государственный университет (72) А.А.Шебзухов, З.M.Æóðòoâ и А.М.Кармоков (53) 621.388(088.8) (56) Хоконов Х.Б. Методы измерения поверхностной энергии и натяжения металлов и сплавов в твердом состоянии.

В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Кишинев, Штиинца, 1974, с. 190-261.

Авторское свидетельство СССР

У 834460, кл. G 01 N 13/02, 1981.

Задумкин С.Н, Влияние ангармонических колебаний ионов на поверхностное натяжение — ЖФХ, 1959, XXXIII, вып. 11, с. 2601-2606. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗК (Й 44 I E < Гт (т ) /т (т )lQ с1т к 1е! РФъ (х(т ) /х(Т2)3 3 (Й (1) где и число частиц на единице поверхности; координационное число в объеме; число недостающих ближайших соседей у частицы на

30 поверхнос >и постоянная Больцмана; k

rI (Т,) и I (Т) интенсивности зеркально отраженных пучков от поверхности;

4О т(т„) и I(I ) интенсивности зеркально отраженных пучков от внутреннего слоя монокристалла при температурах Т, и Т> .

Так как для металлических монокристаллов число частиц на единице поверхности грани (hkl) равно числу частиц на единице площади грани (hkl) в объеме, то и(1 =1/(5 a), где а — параметр решетки,", Š— постоянная. Число недостающих соседей у частицы на поверхности находится из соотношения

Of = (f -f ) /2, где f»,— координационЯ у

>5 ное число частицы на плоской сетке.

Значения Г, f,è f, зависят от типа кристаллической реше .ки v. ориентация грани монокристалла, 1 132393

Изобретение относится к физикохимическому анализу материалов, а именно к способам контроля физикохимических свойств поверхности.

Цель изобретения -. определение температурного коэффициента поверхностной энергии различных кристаллографических плоскостей металлических монокристаллов.

Сущность предлагаемого способа 10 ,состоит в том, что исследуемую поверхность (hkl) монокристалла последовательно подвергают бомбардировке двумя моноэнергетическими пучками электронов с энергиями Е и Е соответ-5

I ственно из интервалов (50 100 эВ) и (400, 500 эВ (и измеряют интенсивности рефлекса зеркального отражения от поверхности и внутреннего слоя. Проведение измерений при двух температурах монокристалла позволяет находить величину температурного коэффициента свободной поверхностной энергии d4/dT из выражения

Соотношение (1) получается из определения свободной поверхностной энергии а =„(1 (Е" -F), (2) где F u F — свободная энергия (d) частицы на поверхности и в объеме.

Для эйнштейновской модели твердого тела при kT»hы, kT ,F=-3kTP1 ---+Е (3)

1><„1 о где 1.>1 — частота колебаний частицы I в объеме;

Š— свободная энергия при Т=О на одну частицу.

Из-за отсутствия ближайших соседей

II 11 сверху частица на поверхности будет

I иметь иную частоту колебаний по

HopMBJIH 4J („° Величину F(можно

1 рассчитать следующим образом. Колебание частицы внутри монокристалла можно представить как f/2 парциальных линейных колебаний с частотой ы, полная свободная энергия которых равна F. Тогда частица на поверхности металла будет иметь 1З /2 тангенциальных колебаний с частотой 1,> и Df парциальных колебаний с частотой (>4, где fs — координаиионное число частицы на плоской сетке.

Таким образом, F(=(Г f) F+2(4f/f) F., (4) где F — свободная энергия колебаний, которую имела бы частица внутри металла, если бы ее частота колебаний была рав-. на 1,>1, т.е.

F =-31тг ---+F

1 кт (4 ) о

После подс.тановки (3), (4) и (4 )

/ в (2), получа.ем (> = — и --(3kT 1 (— — )2-2(Š— Е )) . (g 4f 1! 1

f 43 1> О

Из последнего выражения, пренебре-. гая зависимостью и, Of/f от темпе() ратуры, имеем:

d(, 4f 1 1> — =-31,-- - г. (—,) (5)

d7

Отношение ы/1> определяется экспериментально через интенсивность дифракционного рефлекса зеркального отражения I(E,T). Так как

1б1 Е . 3kT (,7) xp (- — — — sin q) — —

150 muP где — угол между поверхностью монокристалла и направлением первичного электронного пучка с энергией Е, 132393

I (Т,) иТ(Т) то записав выражение интенсивности при двух температурах монокристалла

T„ T для двух фиксированных значений энергий электронного пучка Е и Е, из (5) получаем расчетную форму- 5 лу (1) .

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Прошедший предварительную обработку (полировка, промывка) монокристал-ip лический образец в виде пластинки с размерами 0,5х0,5х0,1 см устанавлива— ют в вакуумной камере (разрежение до 10 -10. Па) дифрактомера, где очищенную поверхность монокристалла 15 бомбардируют моноэнергетическим пучком электронов и на флуоресцирующем экране получают дифракционную картину от поверхности. С помощью фоторегистрирующего устройства измеряют gp интенсивность дифракционного рефлекса зеркального отражения при двух фиксированных значениях энергии электронного пучка Е и Е при температурах

t монокристалла Т„. и Т2 и по формуле 25 (1) определяют температурный коэффициент поверхностной энергии. Значение

Е выбирают из интервала (50, 100 эВ) энергии падающего электронного пучка, так как интенсивность дифракционного рефлекса дает первый .атомный слой из-за малой глубины проникновения . электронов. Значение Е выбирают из интервала (400, 500 эВ), когда основной вклад в интенсивность рефлекса дают глубинные слои монокристаллического образца.

По формуле (1) находят температурный коэффициент свободной поверхностной энергии, при этом значение параметра решетки а берут из справочника.

В таблице приведены экспериментально полученные данные и найденные значения температурного коэффициента свободной поверхностной энергии для ряда монокристаллов.

Полученные результаты согласуются литературными данными d6/dT для поликристаллических металлов Pb H Ni (см. последний столбец таблицы).

0 4

Из таблицы следует, что температурный коэффициент свободной поверхностной энергии лля одного и того же металла изменяется в зависимости от кристаллографической ориентации поверхности. Погрешность, с которой определяется dD/dT предлагаемым способом, менее 1ÎÕ.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения температурного коэффициента свободной поверхностной энергии d d/dT, включающий бомбардировку исследуемой поверхности многоэнергетическим пучком электронов в вакууме, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью определения температурного коэффициента свобод-. ной поверхностной энергии различных кристаллографических плоскостей металлических монокристаллов, исследуемую поверхность монокристалла последовательно подвергают бомбардировке двумя моноэнергетическими пучI ками электронов с энергиями Е и Е соответственно из интервалов (50, 100 эВ) и (100, 500 эВ ), измеряют интенсивности дифракционного рефлекса зеркального отражения при двух температурах монокристалла и искомую величину находят из выражения

Ь 3 (Cj Df С Е Pn(I (Т)/I (Tz)5)

dT f Е ?n PI (Т,)/I (T>)3$ () где и — число на единице поверхности координационное число в объеме; число недостающих ближайших соседей у частиц на поверхности; интенсивности зеркально отраженных пучков от поверхности, а I(T,) и I(T ) — от внутреннего слоя монокристалла при температурах Т„ и Т, постоянная Больцмана.

1323930

Е Ь Z (Т д) /Z (Тл)

К Е.Z «(Т,)«/Z (Т,) (61. 10 1J см

-db/dTi эрг/см rp

-, о/dT эрг/см rp

Ориентация

Металл Структура

ОЦК (100) 0,5 1,203

ГЦК (100) 0,333 1,220

ГЦК (100) 0,417 1 011

ГЦК (111) 0 25 1 301

ГЦК (100) 0,333 1,611

ГЦК (110) 0,417 1,140

ГЦК (111) О, 25 1,86

2,51

0,23

?,85

0,18

2,84

РЬ

0,18

0,21

2ь1

О, 10

1,63

О, 11

2,00

0 5 0 3

0,14

1,60

0,10

Составитель Е.Сидохин

Редактор А.Лежнина Техред А.Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 2957/47 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4