Вакуумные микровесы

Cтраница 2

Наиболее плодотворными за последнее время были исследования процессов адсорбции, кинетики реакций на поверхности твердого тела, оценка термической стойкости материалов и некоторые другие. В нашей стране вакуумные микровесы в течение длительного времени успешно используются в работах Сарахова ( для изучения процессов адсорбции на гладких поверхностях), Игнатова [7, 8] и Арсламбекова [9] ( для изучения процессов окисления металлов, сплавов и полупроводников), а также в ряде работ других исследователей. В настоящее время существует несколько типов микровесов, а для каждого типа - значительное число конструктивных вариантов, отражающих специфику исследований, для которых они предназначались. [16]

В исследованиях поверхностных явлений при помощи вакуумных микровесов особенно важной задачей часто является сохранение поверхности образца свободной от загрязнений, поскольку величина этих поверхностей обычно весьма мала. Обезгаживание реакционных трубок при температурах 1000 - 1100 С легко достигается, если они изготовлены из кварца или термостойкого фарфора. Соединительные трубки из стекла пирекс можно прогревать при достаточно высокой температуре ( 500 С), однако обезгаживание весов и их кожуха представляет трудность, так как прецизионные весы могут выдерживать только ограниченные температуры. Для пружинных весов такого ограничения нет, но весы более сложной конструкции, особенно в случае соединения частей такими цементами, как селен или хлористое серебро, было бы неблагоразумно обезгаживать при температурах, превышающих 300 С; обычно во избежание каких бы то ни было пластических деформаций температура не должна превышать 200 С. С) платино-серебряным припоем ( 50: 50), однако хорошее соединение тонких деталей на этом припое осуществить нелегко. В случае обезгаживания кожуха весов при температурах выше 60 С необходимо устранить все стеклянные краны на смазке и металлические окошки на прокладках. Для прецизионных исследований поверхности нужно применять цельнопаянную систему из стекла и кварца без всяких кранов, шлифов или окошек на прокладках и прогревать реакционную трубку при 1000, соединительные трубки при 500 и кожух весов при 300 С. Обезгаживание самих весов выполнимо благодаря тому, что они изготовлены из кварца, но применение различных механических или оптических приборов, предназначенных для работы в вакууме, приводит к нежелательному усложнению конструкции. [17]

Требования, предъявляемые к образцу. При исследовании химических поверхностных реакций при помощи прецизионных вакуумных микровесов особо важное значение имеет приготовление твердых поверхностей, поскольку эффективность метода в значительной степени зависит от того, с какой тщательностью и искусством эти поверхности были приготовлены. Приращения веса, обусловленные такими поверхностными процессами, как адсорбция, химическая реакция, растворение или испарение, часто малы, и даже в случае исключительно чувствительного прибора желательно, чтобы отношение поверхности образца к его объему было велико. Другими словами, оптимальной геометрической формой образца является очень тонкая пластинка или фольга. [18]

Это легко может быть достигнуто использованием описанного выше метода вакуумных микровесов. [19]

Ангштром [60] в 1895 г. один из первых применил принцип электромагнитной компенсации для взвешивания малых количеств вещества порядка 10 - г. Впоследствии Эмих [61] усовершенствовал этот прибор таким образом, что последний мог показывать изменения веса в 2 10 - 8 г. С этого времени электромагнитная компенсация стала успешно использоваться в вакуумной микрогравиметрии для весов с нулевой компенсацией. Урбен [64], Маниго и Тсай [65] использовали эту методику, исследуя с помощью вакуумных микровесов свойства гидратированных солей при высоких температурах. Более оригинальные по конструкции и менее сложные микровесы описаны в работе Грегга [ 661, изучавшего скорость адсорбции. [20]

Весы Сальвиони ( по Предводителеву и Витту. [21]

Ниже будут рассмотрены типы конструкций весов, их рабочие характеристики и будут даны сведения о вакуумной технике, контроле качества поверхности и ее характеристик. Наконец, в разделе II будут рассмотрены некоторые специальные примеры исследования поверхностей при низких температурах с помощью вакуумных микровесов. [22]

Некоторые исследователи используют торзионный метод совместно с методом Кнудсена. Для этого в приборе, работающем по весовому методу, нить с подвешенной к ней эффузионно-торзион-ной ячейкой укрепляют на коромысле вакуумных микровесов. [23]

Если и удается все же внести поправки на термомолекулярный эффект и на плавучесть, то тем не менее в обычной лабораторной практике трудно повысить точность измерения выше 1 мкг. Это значение при использовании азота в качестве адсор-бата соответствует площади поверхности адсорбента 36 см2, что служит низшим пределом определения S с помощью вакуумных микровесов. Таким образом, минимальная удельная поверхность, которая может быть измерена с точностью до 1 %, равнялась бы 3600 см2 - г - 1 при весе образца 1 г или 3 6 м2 - г - 1 при весе образца 0 1 г. Чтобы получить более высокую точность, необходимо принять особые меры. [24]

Одними из первых вакуумных микровесов, предназначенных для адсорбционных исследований, были весы Донау [43], разработанные на основании первой модели Нернста. Они состоят из кварцевого коромысла, подвешенного на торзионной нити. Классическим примером использования вакуумных микровесов для изучения адсорбционных измерений было выполненное Бар-ретом, Берни и Коином [44] исследование адсорбции паров воды на поверхностях кремнезема. [25]

Тензиметрические измерения [1-4] при давлении 1 am указывают на неограниченную взаимную растворимость Nb и NbH. Экспериментальные данные разных авторов хорошо согласуются; в работе [3] они получены вплоть до температуры 1400 С, в [1, 2, 4] - только до 700 - 800 С. Определения с помощью вакуумных микровесов [5] соответствуют тензиметрическим измерениям. При температуре 673 С [6] построена кривая давление-состав вплоть до 1000 am, при этом растворимость достигла 42 3 % ( ат. Как видно из изобар ( рис. 244), эквиатомный состав не достигается методами гидрирования. Термодинамические расчеты [4] указывают, что содержание Н не может превысить 47 1 % ( ат. [26]

К счастью, такие источники искажений, как растворение, испарение или диссоциация адсорбированных газов, вряд ли протекают в системе металл-таз со значительной скоростью при низкотемпературных измерениях адсорбции или скорости реакции. Прецизионные измерения изменений веса порядка микрограмма или еще меньших требуют применения конструкции микровесов, пригодной для данного исследования, а также весьма тщательной работы и учета всех возможных ошибок измерений. Несмотря на то, что изготовляемые в настоящее время вакуумные весы имеют достаточно большой рабочий интервал, большую предельную нагрузку и чувствительность, в ряде случаев необходимо применять специальные приборы, конструирование и изготовление которых требуют умения и опыта. Наконец, хотя стоимость вакуумных микровесов для поверхностных исследований не очень высока, затраты на вакуумное оборудование, оптические измерительные приспособления, монтажные устройства, приборы для приготовления и определения характеристик поверхностей образцов, а также на приборы для регулирования и измерения температуры и давления могут составить значительную долю в общей сумме расходов. Конструкция прибора обычно является в высшей степени специализированной, и микровесы, сконструированные для данного исследования поверхности, не всегда применимы в другой работе. [27]

Тонкая металлическая фольга представляет собой тип образца, промежуточный между напыленными в вакууме пленками и монокристаллическими пластинками, так как она обладает лучше выраженной структурой поверхности по сравнению с первыми и большей величиной удельной поверхности, чем вторые. Повидимому, основные трудности, встречающиеся при микрогравиметрическом исследовании образцов, состоят в том, что либо структура поверхности будет недостаточно хорошо выражена, либо величина поверхности будет мала, а следовательно, мала и точность гравиметрического определения. Бик и его сотрудники [78] показали, насколько плодотворными могут быть исследования напыленных металлических пленок; они также доказали возможность прецизионных измерений в случае малых поверхностей. Из трех рассматриваемых здесь типов образцов для исследований при помощи вакуумных микровесов наиболее удобно, невидимому, применять металлическую фольгу. Металлическую фольгу толщиной 0 025 мм можно легко изготовить из большинства металле и сплавов на прокатном станке Зендцимера. [28]

Помимо разбавления фтора инертным газом ими были приняты и другие противокоррозионные меры. В частности, для защиты кварцевой спирали был использован поток азота в зоне ее расположения. Сведения о применении вакуумных микровесов для изучения процессов в чистом фторе или его соединениях в литературе отсутствуют. Объясняется это, по-видимому, тем, что к общим трудностям использования такого чувствительного вакуумного прибора, как микровесы, добавляются еще трудности, связанные с коррозионной агрессивностью фтора и его соединений, которая сильно ограничивает возможности выбора материалов для изготовления микровесов. В частности, невозможно применение таких классических по своим упругим свойствам материалов, как кварц и вольфрам, являющихся основными для изготовления практически всех известных в настоящее время моделей вакуумных микровесов. Поэтому всякие новые данные в этой области представляют большой интерес. [29]

На рис. 2.10 изображен прибор, работающий по методу Кнудсе-на, он измеряет малые давления насыщенного пара порядка 10 - 10 -:) Па. Эффузионная камера окружена нагревателем, который может быть как печью сопротивления с радиационной передачей тепла образцу, так и источником индукционного нагрева камеры или нагрева электронным ударом. Эффузионная камера с нагревателем помещена в вакуум-камеру с водяным охлаждением и ловушкой с жидким азотом. Система регистрации количества эффузионного вещества Дт ( отсутствует на приведенной схеме) представляет собой сменные и интенсивно охлаждаемые пластины, на которых конденсируется часть эффундирующего за время Лт вещества. Иногда величину Дт определяют взвешиванием эффузион-ной камеры до и после опыта или применяют систему непрерывного взвешивания с помощью вакуумных микровесов. [30]

Страницы: 1 2 3