РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Диференційно - термічний аналіз (ДТА)
Дослідження параметрів фазових переходів Au, Ge, CdTe та CdTe - In (Ge, Sn, Sb) проведено в евакуйованих до 10-5 Па кварцових ампулах (рис. 2.1) на об'єктах масою 0,500 г. Взяті в стехіометричному співвідношенні високочисті компоненти (градація чистоти 6N) синтезувались за стандартною методикою [46], сплавлялись, після чого охолоджувались до кімнатної температури. Для мінімізації вільного об'єму над розплавом і, таким чином, стандартизації умов ДТА над компактним зразком поміщався кварцовий шток, і ампула повторно евакуювалась. Етапи виготовлення зразків для досліджень схематично показано на рис. 2.1.
Аналогічно виготовлялась і ампули з еталоном. В якості еталону використовувався високочистий кварц.
Рис. 2.1. Заготовка ампули з кварцовою заглушкою (а), евакуйована ампула з наважкою підготовлена для синтезу (б) та готова ампула з мінімізованим вільним об'ємом (в) для ДТА.
Дослідження здійснювались на двох установках: стандартній автоматизованій установці NETZSCH DTA 404S (Німеччина) в Інституті неорганічної хімії Віденського університету (Австрія) та нестандартній установці ДТА, укомплектованій автором в Чернівецькому університеті, на кафедрі неорганічної хімії.
Основною частиною нестандартної установки (рис. 2.2) є пічний блок (1). Для створення в ньому інертного середовища використовувався форвакуумний насос (4) і інертний газ (Ar чи He), який поступав із балону (7). Тиск газу у пічному блоці контролювався за допомогою манометра (6). Для нагріву печі застосовувався прецизійний програмний терморегулятор РИФ-101 (силовий блок (11) і блок регулювання живлення (10)). Для регулювання температури використовувалась окрема термопара, сигнал від якої із пічного блоку поступав по кабелю (14) до терморегулятора. З метою запобігання деструкції термічно нестійких деталей (гумові прокладки тощо) здійснювалось охолодження корпусу пічного блоку водяним насосом (2), встановленим на резервуарі з водою (3). Сигнали, що вимірюються, із пічного блоку по кабелю (12) поступали на комутатор сигналів (сканер каналів (8)), який комутував відповідний сигнал на цифровий універсальний вольтметр Keithley 195A (9). Комутація сигналів здійснювалася програмно. Із вольтметра, який через аналого-цифровий перетворювач має вихід на канал загального користування, значення сигналу у вигляді ланцюжка байтів поступало на комп'ютер (15), де програмно переводилося у цифрове значення сигналу. Для реалізації управління температурною програмою за допомогою комп'ютера деякі органи керування програмного терморегулятора РИФ-101 БРП (10) були запаралелені на сканер сигналів (8), який, окрім комутації сигналів на вольтметр, дозволяє незалежно вмикати і вимикати 4 сигнали. В такій конструкції при виставлених на РИФ-101 БРП швидкості нагріву, інтегральних і диференційних коефіцієнтах комп'ютерна програма могла зупиняти (включати) нагрів (охолодження), робити ізотермічну витримку, тобто керувати "термічною біографією" досліджуваного зразка.
Рис. 2.2. Схема установки ДТА:
1-пічний блок,2-водяний насос,3-резервуар з водою,4-форвакуумний насос,5-вакуумні крани,6-манометр,7-балон з газом - теплоносієм,8-комутатор (сканер) сигналів,9-вольтметр універсальний цифровий Keithley 195A,10-терморегулятор прецизійний програмний РИФ - 101 БРП (блок регулювання живлення),11-терморегулятор прецизійний програмний РИФ - 101 БС (силовий блок),12-дроти сигналів, що вимірюються,13-дроти живлення печі,14-дроти термопари для регулювання температури печі,15-комп'ютер IBM 386SX - 20.
Пічний блок (рис. 2.3) являє собою герметичну конструкцію із завареного знизу масивного циліндричного корпусу (9) і верхньої кришки (15). Корпус і кришка вакуумно з'єднані між собою за допомогою гумових прокладок (2). Для запобігання деструкції прокладок і корпус і кришка мають водяне охолодження
Рис. 2.3. Будова пічного блоку:
1-вакуумні з'єднання,2-гумова прокладка, 3-теплоізолятор, 4-водяна сорочка, 5-піч опору,6-зразок,7-термопара для регулювання температури печі,8-проста термопара,9-корпус пічного блоку, 10-конструкція для симетричного розташування термопар,11-фіксатори термопар,12-основа для кріплення печі та термопар,13-дроти живлення печі,14-еталон,15-диференційна термопара,16-верхня кришка,17-дроти термопари для регулювання температури печі,18-дроти вимірювальних термопар,19-вакуумований розйом,20-терморезистор М2К2В 1180.
(4). Нагрів в системі здійснюється за допомогою печі опору (5). Температурне поле в печі вирівнюється за допомогою теплоізоляторів (3). Для контролю за температурою печі служить термопара (7). Обидва плеча диференційної термопари вставлені у керамічну соломку, яка в свою чергу вставляється у керамічні трубки. На соломку термопар зверху поміщаються ампули: з досліджуваною речовиною (6) на просту термопару (8), з еталоном (14) - на диференційну (15). Обидві трубки з'єднані між собою у конструкцію (10), яка дозволяє симетрично розташовувати термопари в просторі печі. Висота гарячих спаїв термопар виставляється за допомогою фіксаторів (11). Всі вхідні і вихідні дроти в пічному блоці (живлення печі (13), сигналів термопар (17,18)) проходять через бокове відгалуження корпусу. Холодні кінці термопар вставляються у вакуумований розйом (18). В якості датчика температури холодних спаїв термопар використовується терморезистор М2К2В 1180, який розміщений безпосередньо біля холодних кінців термопар.
2.1.1. Програмне забезпечення експерименту ДТА. Для проведення експерименту, а також для обробки отриманих даних автором було створено спеціальний програмний пакет. Основні функції програмного пакету: знімання даних ДТА, обробка даних ДТА, а також інші допоміжні функції.
Програма знімання даних складена спеціально для нестандартної установки ДТА із використанням IEEE-488 (GP-IB) інтерфейсу для обміну інформацією між ви