SU911299A1 - Способ определени коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ КИСЛОГОДА В МЕТАЛЛАХ И ОКИСЛАХ

1

Изобретение относитс  к метрологии при- цессов диффузионного переноса кислорода в металлах и нёстехиометрических соединени х и может быть использовано дл  определени  коэффициента химической диффузии кислорода в металлах и в таких соединени х, как

TiOj, Nb2Os, CeOjfxИзвестен способ определени  коэффициента диффузии кислорода с помощью устройства , включающего твердоэлектролитную гальваническую  чейку (ТТЛ), обладающую кислородоионной проводимостью, путем пропускани  посто нного тока, через  чейку и измерени  изменени  ЭДС  чейки во времени (1..

Недостатком данного способа  вл етс  то, что на него вли ют зар дки двойных электрических слоев .и электронных токов  чейки, что приводит к увеличению погреиюости измерений и кроме того, дает среднее значение коэффициента диффузии при изменении состава образтщ.

Наиболее близким технюгеским решением к изобретению  вл етс  способ определени 

коэффициента диффузии кислорода в металлах и окислах с помощью твердоэлектролитной гальванической  чейки, заключающийс  в том, что на электроды  чейки подают напр жение, измер ют во времени ионный ток, проход ицта через  чейку, и рассчитывают по полученным данным коэффициент диффузии 2.

Коэффициент диффузии кислорода определ ют из уравнени  Коттрелла

10

,-.2ffik), (,

15

где ,Э -ионный ток, протекающий через

 чейку;

F - посто нна  Фараде ; Ь - коэффициент химической диффузии кислорода;

20

COL, начальна  и конечна  концентраци  кислорода в исследуемом образце: t - врем ; S - плои(адь поЬерхности раздела электролит - образец; X - первый корень функции Бессел  ,нулевого пор дка. В уравнении (I) концентраци  кислорода Со, определ ема  величиной приложенного напр жений к поверхности раздела образец электролит, должна быть посто нной во вре мени измерени  тока. Однако в известном способе поддерживают посто нной величину приложенного к гальванической  чейке напр жени . При это в соответствии с уравнением и-ЭИ (2.) 4-F где и - приложенное напр жение; Э - ток; R - омическое сопротивление электро лита; шсмический потенциал кислорода n GU Oa. электрода сравнени  и исследуемо образца на поверхности раздела электролит - образец будет происходит увеличение приложенного поверхности раздела образец - электролит : напр жени , которое в конце измерений, ко да ток почти равен нулю, составить значение , равное произведению Jp R , а это, в свою очередь, приведет к изменению концейтрации кислорода на поверхности раздела образец - электролит, что может вызывать существенное увеличение погрешности измерени  коэффициента диффузии кислоро Кроме того, поскольку концентраци  кис лорода на свободной поверхности образца не контролируетс  и не поддерживаетс  на первоначальном уровне, то это тоже приводит к увеличению потрешностн. Цель изобретени  - повышение точности определени  козффициента диффузии кислорода в металлах и окислах. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  коэффициента диффузий кислорода в метЕШлах и окислах с помоицью твердоэлектролитной гальванической  чейки, заключающемс  в том, что на электроды  чейки подают напр жение, нзмер ют во времени ионньш ток, проход щий через  чейку, и рассчитывают по полученным- данным коэффициент диффузии, величи ну напр жени  уменьшают обратно пропорционально корню квадратному из интервала времени, прошедшего с момента подачи напр жени . На чертеже изображено устройство, реали 13ующее способ. Исследуемый образец 1 помещают на плоское дно твердоэлектролитной пробирки 2, внутреннее пространство которой заполнено равномерной смесью металл-окись металла, служащей электродом 3 сравнени . По центру пробирки проходит потенцийметрический вывод 4. На свободной noBepixHocти образца имеетс  платиновый кольцеобразный слой 5, снабженный потенциометрическим выводом 6, и конусное твердоэлектролитное тело 7, имеющее вывод 8. Сборку располагают внутри кислородного керамичесiKoro насоса, выполненного из глухой твердо электролитной трубы 9, содержащей дозировочные 10 и измерительный 11 электроды, герметизируют, вакуумируют и нагревают до заданной температуры, лежащей в интервале от 900 до 1800 К. Способ осуществл ют следующим образом. Подают на электроды твердоэлектролитной  чейки напр жение 60-100 мВ, измер ют во времени ионный ток, проход щий через  чейку, а по мере снижени  тока, величину напр жени  уменьшают обратно пропорционально корню квадратному из интервала времени, прощедшего с момента подачи напр жени . Вследствие того, что материал пробирки при температуре измерений обладает чисто ионной проводимостью, протекающий через  чейку ток переносит ионы кислорода и уменьшает или увеличивает концентрацию кислорода на поверхности раздела образец - элекгтролит в соответствии с, величиной прилбженного напр жени . По характеру изменени  ионного тока по известной зависимости определ ют коэффициент диффузии кислорода в исследуемом образце. П р им е р. Измер ют изменение ионного тока во времени дл  образца при . Анализиру  уравнени  (1) нетрудно увидеть, что построив зависимость тока от I/V-b можно определить величину коэффициента дифф)гзин кислорода при известных остальных величинах. Было получено значение 5 равное (2,7+0,3) Ю дл  отношени  ,0001. Таким образом, способ позвол  ет производить измерение козффициента диффузии кислорода в металлах и окислах, использу  простое уравнение Коттрелла, дл  чего необходимо поддерживать стабильными значени  концентрации кислорода с высокой точностью путем применени  описанных операций. Преимущества способа заключаютс  в том, что он может примен тьс  дл  определени  коэффициента диффузии кислорода в интервале значени  от Ш вплоть ло

59

в температурном диапазоне от 900 до 1800° К с погрешностью 8-10%. Полученные значени  необходимы дл  расчетов кинематических характеристик различных технологических процессов , в  дерной энергетике.

Claims (2)

1.R. Z. Pastore L. and R. А. Rapp The sotibility and dtffusirity of oxygen in solid

.from electrochemical measurement, 245 (1969), p- 1711-1720.

2.R. C. Steel and Riccardi in Metallurgical chemistry Measument of Chemical, diffusion coeffisient in non-stehiometrical

oxides using solid state electrochemical technics. 0. Kuba schevsd, London, 1972, p. 123 (прототип)..