Файл: Бессонов А.Ф. Установки для высокотемпературных комплексных исследований.pdf

В процессе эксплуатации приставки были получены следую­ щие ее характеристики: а) температура на образце до 1250° С; б) предельный угол съемки 20, равный 1,8 рад (104°); в) потре­ бляемая мощность до 2 кВт.

Нагревательные элементы из дисилицида молибдена выдер­ живают до тысячи часов суммарной работы в атмосфере воздуха при максимальном тепловом режиме работы приставки.

Рис. 30. Зависимость физического расширения (422) окиси магния от температуры при нагревании (1)

иохлаждении (2):

В— измеренная ширина линии; b — ширина линии эталонного образца

При помощи этих камер нами изучены соответственно напря­ жения в решетках кристаллитов и затем влияние скорости нагрева на температуру снятия этих напряжений, получены данные о ки­ нетике фазовых превращений в ряде систем.

На рис. 30 представлен график, характеризующий изменение напряжений в кристаллах порошка MgO. Измеряли расширение

Рис. 31. Изменение интенсивности линий куприта (111) и тенорита (002)

линий свежеразмолотого порошка при нагревании до 1200° С со скоростью 10° С в минуту. Из графика следует, что нагрев при 1000° С полностью снимает напряжения в кристаллах порошка

MgO.

На рис. 31 изображена зависимость интенсивности самых силь­ ных линий куприта (111) и тенорита (002) при нагревании и охла­ ждении образца состава 2Si02-Cu0.

7Э

В работе [243] рассмотрена высокотемпературная камера

к дифрактометру, нагрев в которой можно осуществлять до 1550° С

ввоздушной среде. На рис. 32 показана конструкция этой камеры, внешне представляющей собой вертикальный водоохлаждаемый цилиндр.

При ее помощи исследованы полиморфные превращения крем­

незема. Установлено, что скорость превращения кварца в кристобаллит и тридимит является функцией размера кристаллитов и химической чистоты матери­

алов.

Сведения о подобной ка­ мере имеются также в рабо­ те [241 ]. Здесь при нагреве или охлаждении образца про­ изводится автоматическая запись изменения интенсив­ ности нескольких дифракци­ онных пиков в выбранном угловом интервале. На ленте с записью дифракционной

Щ

Рис. 32. Рентгеновская высокотем­ пературная камера:

1 — нагревательный элемент; 2 — огне­ упорный изоляционный цилиндр; 3 — держатель образца; 4 — латунная обо­ лочка; 5 , 6 — водяной холодильник; 7 — асбестовая прокладка; 8, 9 ~ сталь­ ное основание

картины производятся отметки температуры при каждом проходе счетчиком заданного углового интервала.

Для исследования кинетики превращений в метастабильных фазах разработана печь для дифрактометра с нагревом фокусиро­ ванным тепловым излучением [127]. В ней предусмотрен быстрый нагрев образцов до умеренно высоких температур (—450° С). Образец нагревается обычной проекционной лампой с внутренним рефлектором от эпидиоскопа. Лампа вращается вместе с образцом. Максимальную стабильность тока лампы можно обеспечить при­ менением автоматического регулятора. Температуру образца из­ меряют термопарой, которую вставляют в образец, спай термо­ пары находится на расстоянии 1 мм от облучаемой поверхности.

В высокотемпературном приспособлении к рентгеновскому дифрактометру для прецизионного измерения параметров решетки в работе [216] особое внимание уделено уменьшению температур­ ных градиентов в образце и повышению точности измерения температуры. Как известно, проведение температурных рентгено­ графических исследований в вакуумной камере обладает рядом

80

Кривая интенсивности в диапазоне углов рассеяния 0 150 автоматически записывается с помощью электронного потенцио­

метра.

В работе [611 описана конструкция высокотемпературной элек­ трической печи (рассчитанной на максимальную температуру 1300° С) для дифрактометрического анализа жидких металлов, в которой нагревательный элемент и тигель выполнены из пиро-

Рис. 33. Схема установки для рентгеноструктурного анализа жидких металлов:

/ _ подставка из алунда; 2 — молибденовый или танталовый нагреватель; 3 —^коробка скоростей; 4 — система зубчатых зацеплений; 5 — двигатель; 6 — два кронштейна; 7 — система экранов; 8 — рентгеновская трубка; 9 — счетчик; 10 — термостойкая полиамид­ ная пленка или тонкая бериллиевая пластинка; 11 — щель; 12 — вакуумная водоохлаж­ даемая камера; 13 — тигель с металлом; 14 — вольфрам-рениевая термопара; 15 — под­ ставка для экранов; 16 — фланец; 17 — водоохлаждаемые медные токоподводы; 18 —

подвижный столик

литического графита. Использование последнего обеспечивает получение высокого вакуума (или атмосферы инертного газа), так как пиролитический графит не содержит вяжущего материала. Это обеспечивает чистоту рентгенографируемой поверхности.

Разработана и изготовлена достаточно простая высокотемпе­ ратурная приставка к дифрактометру УРС-50И для исследования токопроводящих образцов в защитной атмосфере при нагреве до 1200° С [109]. Приставка рассчитана на съемку мелкозернистых структур, так как в ней не предусмотрено вращение образца. Возможна съемка по всем интервалам углов, допускаемых кон­

струкцией дифрактометра.

Ряд задач в технике высоких температур приводит к необхо­ димости изучения структуры кристаллических веществ при тем-

82

пературах, значительно превышающих 1500— 1600 С, а для этого необходима соответствующая рентгеновская камера.

На рис. 34 показана конструкция высокотемпературной ваку­ умной камеры, к рентгеновскому дифрактометру УРС-50ИМ, поз­ воляющая изучать фазовые превращения в порошкообразных смесях [8]. В качестве нагревательного элемента и держателя образца использован графитовый стержень, что позволяет полу­ чить температуру образца до 2000° С в вакууме, восстановитель­ ной или инертной атмосферах и избежать конденсации паров металлического нагревателя на поверхности образца.

В средней части нагревателя сделана площадка размером 8x12 мм2 с пазами для помеще­ ния в них образца в виде таб­ летки, спрессованной из порош­ кообразной смеси компонентов с добавлением связующего ве­ щества.

При температурах до 2000°С нагрев образца осуществляется1*

Рис. 34. Высокотемпературная вакуум­ ная камера к рентгеновскому дифрак­ тометру:

1 — станина камеры; 2 — фланец нагрева­ теля; 3 — окна, закрытые бериллиевой фольгой; 4 — молибденовые экраны; 5 — подводящие провода; 6 — крышка; 7 — графитовый цилиндр; 8 — корпус; 9 —

основание

за счет внутреннего вольфрамового радиационного нагревателя. Нагрев рентгенографируемого образца выше 2000° С достигается путем бомбардировки образца фокусированным пучком электронов от электронной пушки.

Камера допускает съемку в диапазоне углов от 0,085 до 2,21 рад (от 5 до 130°) без электронной пушки и до 2,04 рад (до 120°) при установленной пушке.

Высокотемпературная вакуумная рентгеновская камера с верх­ ним температурным пределом исследований до 3000° С изображена на рис. 35 [20]. Держателем образца в камере является молибде­ новая кассета с сеткой из тонкой (0,1 мм) молибденовой или воль­ фрамовой проволоки.

Подготовка рентгенографируемого образца сводится к запрес­ совке порошка от руки в объем, ограниченный рамкой кассеты. Проволочная сетка, армирующая образец, в большинстве случаев обеспечивает сохранение плоской формы образца вплоть до самых

высоких температур. Температура образца определяется преиму­ щественно по предварительно полученным градуировочным кри­ вым зависимости температуры от мощности нагревателей.

Верхний температурный предел камеры без значительных изменений конструкции может быть расширен до 3000° С при замене молибденовой кассеты-держателя образца вольфрамовой.

В работе [41] описана рентгеновская камера, предназначен­ ная для изучения монокристаллов (прежде всего для исследования:

пластической деформации металлла используют специальное приспособление, которое монтируют на стойке гониометра рентгеновской установки УРС-50И [54]. Это устройство позво­ ляет нагревать образцы от 20 до 1000° С за 5—7 мин. Образец выдерживают при заданной температуре 5 мин и деформируют. При деформации уменьшается поперечное сечение образца, поэ­ тому заданную температуру поддерживают во время опыта регули­ рованием тока (от селенового выпрямителя через реостат). Одно­ временно проводят рентгеноструктурные исследования с автома­ тической записью рентгенограмм. Температуру контролируют точной термопарой, приваренной к обратной стороне образца, и потенциометром. Чтобы поверхность образца не окислялась, на нее необходимо подавать струю азота.

84

Очевидно, что высокотемпературные рентгеноструктурные ис­ следования вещества с высокой плотностью представляют значи­ тельный интерес для теории твердого тела [68 ]. Поэтому для рент­ геновских исследований кристаллической структуры вещества, находящегося под высоким давлением, сконструированы специаль­ ные камеры [78, 192, 209]. (

Л. В. Верещагиным с сотруд­ никами [78] созданы довольно простые высокотемпературные рентгеновские камеры вращения. Устройство одной из них ясно

с помощью гидравлического пресса до —130 кбар.

Очень интересные, но довольно сложные установки для съемки рентгенограмм при высоких температурах и давлениях рассматри­ ваются в работах [209] (давление до 75 кбар и температура до

1000° С), [192].

Поскольку многие металлургические процессы определяются реакциями твердого вещества с газом, то разработана и создана высокотемпературная приставка к дифрактометру, которая поз­ воляет получать данные об изменении во времени фазового состава твердого вещества в ходе реакции при заданных температуре и расходе реакционного газа (рис. 37). При этом предусматривается

85.