Способ определения теплофизических свойств металлов

Способ определения теплофизических свойств металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕШЕНИЯ ТЕПЛОФИ- ЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ в вакууме, заключаюгцийся в том, что образец нагревают постоянным по величине тепловым потока-! путем бомбардировки одной из его поверхностей ускоренны-^ ми и полностью поглощаемыми электронами, регистрируют ток образца,ускоряющее напряжение, изменение температуры В двух точках образца эа время нагрева, отличающий ся тем, что, с 'Цепью повышения точности измерения за счет учета тепловых по'герь от электронно-стимулированной десорбции, дополнительно замеряют количество атомов различных газов, ^ десорбированных с поверхности под i действием Электронного пучка.(ЛсзоГчЭосо00аypxtjxaа

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (и) 359 @СY+APCTBEHMbfA HOMHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Q0

Ю

<Р

С

Об

QG (21 ) 2860052/18-25 (22 ) 27. 12. 79 (46 ) 07. 02. 84. Бюл. 9 5 . (72} Д.Д,Груни, Ю.A.Çàãðîìîâ, Л.Г. Косицын, В. В. Куликов,Л. Н. Лучкарева и Т.Д.Раджабов (71 ) Научно-исследовательский инсти.. тут ядерной. физики,при Томском политехническом институте .(53) 536.6(088.8) (56) 1. Кржижановский Р.E. н Сидороsa Н.П. Метод одновременного определения теплопроводности и температуропроводности металла с помощью электронного нагрева тела. Инженерно-фи,эичесйий журнал, 1965, т,хХ р Р б, с,. 747-750.

2. Кудрявцев Е.В. и др. Нестационарный теплообмен", изд. AH СССР, 1961, с. 96-111 (прототип). (54)(57) СПОСОБ .ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ в вакууме, заключающийся в том, что образец нагревают постоянным по величине тепловым потоком путем бомбардировки одной из его поверхностей ускоренны ми и полностью поглощаемыми электронами, регистрируют ток образца,ускоряющее напряжение, изменение температуры в двух точках образца эа время нагрева, отличающий ся тем, что, с целью повышения точнос- . ти измерения за счет учета тепловых потерь от электронно-стимулированной десорбции, дополнитель но замеряют количество атомов различных газов, десорбированных с поверхности под действием электронного пучка.

820388

Э

М (I-=KM ехр — ai (

Изобретение относится к способам, определения теплофизических свойств металлов и может быть использовано для нахождения коэффициента теплопроводности и теплоемкости металлов.

Известен нестационарный способ определения теплофизических свойств металлов Р1g, основанный на закономерностях распространения тепла в материале при заданном на поверхности граничнсм условии нторого рода, 10 которое реализуется путем нагрева образца потоком ускоренных электро.нов, при этом регистрируют зависимость изменения температуры от времени в трех точках образца, ток об- 15 разца и ускоряющее напряжение, по которым рассчитывают теплофизические характеристики. Однако практическая реализация этого способа не учитывает ряд особенностей,. которые присущи электронному нагреву, а именно вторичную электрон-электронную эмиссию и электронно-. стимулированную десорбцию, что приводит к значительным сшибкам в определении величины поступающего в образец теплового потока и в конечном итоге к неточности определения теплофизических свойств материала.

Наиболее близким к предлагаемому 30 споаобу является способ (2 $, по которому металлический образец в форме цилиндра нагревают потоком ускоренных и полностью поглощаемых электронов, Регистрация изменения тежгерату-35 ры в одной точке образца в разные моменты времени, тока образца и ускоряющего напряжения позволяет определить теплофиэические свойства материала. В этом способе с помощью ан- 40 тидинатронной сетки устранен один из вышеуказанных источников погрешности в определении теплофизических свойств — вторичная электрон-элек- тронная эмиссия, но не учтена погреш-45 ность, которую будет вносить в определение величины теплового потока электронно-стимулированная десорбция, При облучении поверхности твердого.тела электРонами с энеРгией от

100 до б00 эВ наблюдается десорбция атомов как в нейтральном, так и н частично ионногл состоянии. Этот процесс сопровождается неучитываемыми потерями энергии, что снижает точность определения теплофизических ха-55 рактеристик.

Целью изобретения является повышение точности определения теплофизических,характеристик. цель достигается тем, что при осу-60 ществлении способа определения теплофизических свойств металлов в вакууме, заключающегося в том, что металлический образец, представляющий собой полуограниченное тело, нагре-. вают постоянным по величине тепловым потоком путем бомбардировки одной из его поверхностей ускоренными и полностью поглощаемыми электронами, регистрируют изменение температуры в двух точках образца за время на грена, ускоряющее напряжение, ток образца, дополнительно замеряют количество атомов различных газов, десорбированных с поверхности под действием электронного пучка.

Зная это количество,. определяют потери тепла образцом за счет электронно-стимулированной .десорбции, что позволяет точно определить плотность теплового потока, идущего на нагрев образца, и рассчитать теплофизические характеристики, Для того, чтобы .атом поверхностного слоя вещества мишени мог уйти с поверхности, он должен обладать энергией, достаточной для .преодоления сил, удерживающих его на поверхности, Это означает, что акту испускания атомной частицы должен предшествовамь акт передачи ей энергии активации, не меньшей энергии связи частицы с поверхностью. Эту энергию активации частица может получить за счет тепловой энергии тела либо за счет кинетической энергии бомбардирующих частиц. В случае, когда экс-,,,чериментальные условия исключают возможность термодесорбции, процесс ", электронно-стимулированной десорбции может быть описан количественно уравнением где N — концентрация десорбированl ных частиц в гломент вреглени, после начала электронно-стимулированной десорбции

N — начальная концентрация

10 десорбированных атомов

l-го вида при Т=О; плотность электронного тока;.

 — заряд электрона

В, — полное сечение электрон1 но-стимулированной десорбции 1-го вида атомов, Для.определения энергии, расходуемой на электронно-стимулированную десорбцию атомов газа с поверхности образца, необходимо найти количество десорбированных частиц й; ка><дого вида и их энергию связи на поверхности нагрева Ед, . Полная энергия активации, т.е. энергия, затраченная на электронно-стимулированную десорбцию нсех частиц, определяется как

820388 4 Й;., десорбированных с поверхности образца за время 7;

Способ реализован на установке,блоксхема которой изображена на чертеже.

Металлический образец 1 в форме . параллелепипеда, помещенный в термостатированный вакуумный объем 2 с .разрежением 10 8 мм рт..ст., бомбардируется потоком ускоренных электронов в диапазоне энергий от 100 до

600 эВ, инжектируемых электронной пушкой 3 с электростатическим де- . }О

Флектором 4, позволяющим полностью исключить нагрев образца световым потоком раскаленного катода 5 и выполняющим роль энергомонохроматора электронов. Ток образца замеряют {5 микроамперметром 7, а энергию электронов » вольметрами 8 и 9. B процессе нагрева фиксируют изменение температуры в одной точке образца с.помощью медь-константановой термопары

10, холодный слой которой размещается на стенке камеры. Сигнал с этой термопары, предварительно усиленный

Фотоэлектрическим усилителем 11 (ф-116/2}, подается через магазин 12 сопротивлений на самопишущий потенциометр 13 (КСП-4 J. Вблизи образца помещается датчик 14 парциального давления газов типа И ПДО-2, сигнал от которого поступает на самопишущий потенциометр 15 КСП-24 и электро-30 метр 16.

Для того, чтобы определить количество частиц, десорбируемых с поверхности образца при электронной бомбардировке, вакуумный объем 2 35 изолируют от средств откачки (цеолитовый насос 17, магниторазрядный насос 18} с помощью высоковакуумного крана 19 и регистрируют изменение парциального давления с помощью дат- 4р чика 14 и общего давления с помощью ", высоковакуумного датчика 20 типа

МИ-27 в течение 5 мин после изоляции вакуумного объема при включенных электронной пушке и дефлекторе. 45 где: Ра,(t ). — парциальное давление -азов в камере после облучения образца в течение времени 4 И(). - парциальное давление в камере через промежуток времени, обусловлен-. ное натеканием вакуумной системы, . — постоянная Больцмана, T -, абсолютная температура.

Определив энергию связи отдельных атомов из уравнения термодинамического цикла где E - энергия связи десорбируемого атома; энергия связи десорбируемого атома с материалом мишени;

9 - энергия диссоциации молекул; энергия связи атомов мишени, по уравнению 2 можно рассчитать полную энергию активации, определяющую пЬтери тепла образцом за счет электронно-стимулированной десорбции, и результирующую плотность теплового потока рез= йад ЭХ оЬр ч;»,, Ж

=3 U - Е .М, (Ь ), где: с{,, — плотность теплового по

AOД тока, падающего на образец; °

З р — ток образца; y - ускоряющее напряжение> с — потери тепла за счет . С4 электронно-стимулированной десорбции.

В этом случае расчетные формулы для определечия коэффициента теплонроводности Л и теплоемкости имеют следующий вид: при Х=О

Чтобы выделить газовую компоненту, обусловленную электронно-стимулированной десорбцией, эксперимент повторяют дважд : с подачей запирающе 50 го отрицательного потенциала на антидинатронную сетку 21 и без запирающего потенциала, когда на сетку подается потенциал, необходимый только для подавления вторичной электронной эмиссии с образца. Разности зна- 55 чений давлений в камере, зарегистрированные в первом и втором экспериментах через равные промежутки време,ни от начала эксперимента, определяют давление газа, обусловленное элек- 60 тронно-стимулированной десорбцией.

Зная парциальные давления газов, выделившихс;я за счет электронно-сти-. мулированной десорбции, можно определить количество частиц .{ --ro вида рез ("2 " ) (ь):

C - E(oe) a ) где с - время

g - длина образца, 8203&8.1

Составитель A.Хорцев

Редактор 3.Бородкина Техред Л.Коцюбняк

Корректор В. Вутяга

Заказ 1097/4 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

$ - температурар

З - плотность материала, 3 - коэФфициент теплопроводности, рассчитанный по Формуле (6 I.

Использование предлагаемого способа дает возможность повысить точность .определения теплофиэических свойств металлов за счет учета потерь тепла .на электронно-стимулированнуюдесорбцию.