CC BY
160
с помощью стандартного порошкового образца с известной удельной поверхностью. Относительная точность измерения удельной поверхности прибора «Сорби-М» без учета погрешности определения сухой массы пробы составляет ±6 %. Для снижения случайных погрешностей измерения каждый образец подвергали измерению удельной поверхности дважды, и ее величина усреднялась.
Если предположить, что испытуемые нанопо-рошки состоят из одинаковых и неагломерирован-ных частиц идеально сферической формы, то с помощью анализа удельной поверхности испытуемых порошков можно сделать оценку средних размеров частиц порошка по формуле [8]:
г =
"БЭТ а>
рБ
где р - плотность вещества, £ - удельная поверхность нанопорошка. Данная оценка не учитывает агрегацию частиц и распределение их по размерам.
Таблица. Влияние центробежного ускорения мелющих шаров на измельчение порошка 1гВ2 в аппарате АГО-2М
Центробежное ускорение, g Удельная поверхность, м2/г
0 0,51
10 1,49
20 1,72
30 3,25
40 0,80
На рис. 1 представлены примеры результатов исследований методом SEM с последующей статистической обработкой изображений исходного
Рис. 1. БЕМ-изображения, эквивалентное распределение структурных элементов после обработки в программе ¡таде] и гистограммы распределения частиц по размерам порошков диборида циркония, где N - число частиц в указанном диапазоне
содержание которых могло измениться в процессе диспергирования.
На рис. 2 представлены оже-спектры порошков 2гБ2 исходного и диспергированного.
Определены профили концентраций углерода, кислорода, азота, а также циркония, бора, железа по глубине до 200...400 нм исходных и диспергированных образцов, рис. 3.
Концентрации элементов и концентрационные профили этих элементов в приповерхностной области образцов исследуемых порошков определялись методом послойной электронной оже-спек-троскопии. Энергия электронов зондирующего пучка составляла 3 кэВ, диаметр пучка ~1 мкм. Метод оже-спектроскопии реализуется при давле-
нии 10-5Па. При анализе зондирующий пучок разворачивался в растр ~0,2x0,2 мм2. Место анализа выбиралось по изображению на мониторе на однородной поверхности, т. е. там, где отсутствуют дефекты, включения. Распыление поверхности проводилось ионами Аг+ с энергией 3 кэВ и диаметром пучка ~1 мм с целью послойного удаления атомов, что позволяет определить элементный состав в объёме образца.
По данным оже-спектрометрии в диспергированных образцах концентрация углерода незначительно повышается (видимо, за счет адсорбции), а содержание его находится на уровне 5 ат. %. Концентрации других обнаруженных элементов остаются постоянными.
60-
5 40'
«
к я
сЗ О.
н я 1) я ё 20
И
•• С
'И*,
ю«
'А
С
20
40
60
80 100
Глубина, нм
120 140 160
180
60'
Й 40
«
к а
св О.
И
я
и Я"
я ¡2
50
100 150
Глубина, нм
200
250
Рис. 3. Профили концентраций элементов: а) исходный; б) диспергированный образец порошка ZrB■l
а
а
60 -
40 ^
к
с;
I 20
С
гх
V
Ре
Ре
Ре|
и
гх
Ре
т-,---1-1-1-1-1-1-1-1-1-»-1-<-1-•-1-«-1-«-1---1---1---1---1
273,0 273,4 273,8 274,2 274,6 275,0 275,4 275,8
Длина волны, нм б
Рис. 4. Область оптического спектра, полученного на спектроаналитическом комплексе: а) кривая 1 - железо; кривая 2 - исходный порошок 7гВ-г; б) диспергированный порошок ТгВ
Погрешность определения концентраций элементов методом оже-электронной спектроскопии составляет ±20 %.
Поскольку концентрации железа в диспергированных образцах определялись на пределе чувствительности метода оже-спектроскопии, были проведены исследования этих образцов атомно-эмисси-онным методом на спектроаналитическом комплексе ДФС-458, оснащённом фотоэлектрической приставкой, рис. 4.
На рис. 4 представлены оптические атомно-эмиссионные спектры исходного и диспергированного образцов порошка ZrB2. Для демонстрации и подтверждения наличия или отсутствия железа приведен его оптический атомно-эмиссионный спектр. Результаты, рис. 4, б, достоверно подтверждают наличие железа (примерно до 0,2 ат. %) в об-
разцах, прошедших диспергирование в планетарных мельницах, по сравнению с исходными образцами, в которых примесь железа не обнаружена.
Из диспергированных порошков ZrB2 в вакуумной печи при температуре 2000 °С были спечены контрольные образцы керамики с плотностью ~77 % от теоретического значения. Плотность спеченных образцов на 25 % превышает значения плотности образцов керамик, спеченных из грубо-дисперсного порошка того же состава [9].
Выводы
Показано, что механическое диспергирование крупнодисперсного порошка диборида циркония в планетарных мельницах-активаторах при ускорении мелющих шаров 30 g (оптимальный режим) позволяет довести средний размер частиц до суб-
микронного уровня. При диспергировании незначительно (0,2 ат. %) увеличивается содержание железа без внесения иных примесей, что указывает на потенциальную перспективность метода при изготовлении плотных керамических изделий.
Использование метода оже-электронной спектроскопии дает возможность качественно и количественно оценить содержание примеси железа и общей концентрации углерода, критичной в технологии получения тугоплавких высокоплотных керамик.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Горский В.В. Технология изготовления и применения в реакторах PWR таблеток UO2 с покрытием из ZrB2 // Атомная техника за рубежом. - 1989. - № 9. - С. 7-14. Кислый П.С., Кузенкова М.А. Спекание тугоплавких соединений. - Киев: Наукова думка, 1980. - 168 с. Меерсон Г.А., Горбунов А.Е. Активированное спекание борида циркония.// Неорганические материалы. - 1968. - Т. 4. -№ 3. - С. 320-324.
Андриец С.П., Дедов Н.В., Кутявин Э.М., Селиховкин А.М., Сенников Ю.Н., Соловьёв А.И. Фазовый состав синтезированных в плазме материалов и их термообработка для получения диборида циркония // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение. IV Ставеровские чтения: Труды Всеросс. научно-техн. конф. -Красноярск, 28-29 сентября 2006. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - С. 116-121.
Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - Новосибирск: Наука, 1986. - 305 с.
Карагедов Г.Р., Рыжиков Е.А., Шацкая С.С. Особенности на-ноизмельчения Al2O3 и Zr02 // Химия в интересах устойчивого развития. - 2002. - № 10. - С. 89-99. Мацера В.Е., Пугин В.С., Добровольский А.Г. и др. Измельчение порошков в планетарной центробежной мельнице. Ч. 1. Определение оптимальных условий измельчения // Порошковая металлургия. - 1973. - № 6. - С. 11-15. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1970. - 310 с.
Качаев А.А., Двилис Э.С., Мызь А.Л. Коллекторное прессование крупногабаритных мишеней из ZrB2 для магнетронного распыления // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения: Матер. Междунар. научно-техн. конф. -МИРЭА, 24-28 октября 2006. - М.: МИРЭА, 2006. - Ч. 1. -С. 167-171.
Поступила 08.09.2010г.
УДК 541.8-145.2
МЕТОД ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ АБСОРБЦИОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Н.А. Антропов, Д.А. Карпов, Ю.Ю. Крючков, Т.Н. Стрежнева
Томский политехнический университет E-mail: kyy@tpu.ru
Экспериментально показана возможность использования двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии для определения плотности водно-солевых и водно-спиртовых растворов при вариации массового коэффициента ослабления проб до 80 %.
Ключевые слова:
Двухэнергетическое рентгеновское излучение, плотность, массовый коэффициент ослабления. Key words:
Dual-energy X-ray radiation, density, mass atténuation coefficient.
Введение
Поглощение излучения веществом (абсорбция) является достаточно изученным разделом физики, результаты которого широко используются, например, для определения плотности веществ, которая играет важную роль при проведении аналитических исследований. При использовании абсорбции для измерения плотности многокомпонентных проб переменного состава на углеводородной основе, таких как костный остов животных, нефть, газ и других, возникает проблема определения массового коэффициента ослабления л и плотности пробы р.
В последнее время в медицине для определения минеральной плотности кости широко использует-
ся метод двухэнергетической рентгеновской аб-сорбциометрии. Суть метода заключается в том, что исследуемый объект, например, кость человека, облучают рентгеновским излучением с энергией 35 и 68 кэВ.
Вычисление минеральной плотности кости проводится из системы уравнений [1]:
Д = Ы01 ехр{-ль^ьрь - л^р, - лг х/р1), Д = Д02 ехр(-ЛьЛрь - Л 2К р, - Л/ 2/ Р/ X (1)
где Иъ И2 и И0Ъ И02 - количество импульсов, зарегистрированных детекторами после прохождения излучения через исследуемый участок и внутренний фантом (модель, воспроизводящая часть тела
