[发明专利]一种全陶瓷表面张力测试架及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试架，更具体地，涉及一种全陶瓷表面张力测试架。

背景技术

表面张力测试对于了解毛细现象、液体在固体表面的润湿现象非常必要，高温表面张力测试结果则是制定塑料热成型、金属精密熔铸等工艺方案的重要参考；常用的表面张力测试方法包括毛细管上升法、最大气泡压力法、滴重法、悬滴法、吊片法等等；专利ZL200410044059.7公开了一种液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置，采用了气泡法，利用传感器检测压力差和温度，计算获得液态金属及液态合金表面张力值；专利TW289661和专利CN201020580129.1公开的方法都基于悬滴法原理，分别采用铂铑合金或铂铱合金材料的针管型支架和圆环形支架作为悬挂支架，使用中被测液体与金属支架发生直接接触。

在各种表面张力测试方法中，比较准确且重复性较好的是悬滴法，其基本原理是利用悬挂液滴的下部液面轮廓经过图像捕捉和轮廓曲线拟合，计算获得液滴的表面张力；相比常温测试，高温表面张力测试对测试装置有耐高温、无挥发、不变形等要求，因此，金属液滴表面张力测量过程中应尽量避免使用低熔点、易与被测金属互熔的材料制作的测试架，另外，为方便后期对固化后的被测液滴、固化界面等部位的材料元素、成分表征工作，应尽量使用单一材质或测试识辨度高的材料制作测试支架。

本发明一种全陶瓷表面张力测试架能够满足以上要求，其结构简单，操作方便，全部采用陶瓷材料，完全避免了铂铑等耐高温贵金属的使用，节约了宝贵的贵金属资源，同时也有效降低了测试架的成本；另外，该测试架能避免高温测试条件下测试架被腐蚀或与被测高温液体互溶等问题，测试过程中也不存在其它非被测材料的挥发，因此可以保持样品的洁净，提高测量的准确性。

发明内容

本发明一种全陶瓷表面张力测试架，包括：上测试架和底座基板两个部件；其中，上测试架由汇液池、悬滴孔柱、支撑立板功能部位构成；汇液池位于上测试架的上表面，主要用于盛汇熔融被测液体；位于汇液池中心正下方的上测试架底部设有悬滴孔柱，用于液滴悬挂；支撑立板有两片，对称布置于上测试架两侧，用于支撑整个上测试架。

底座基板上表面开有三个槽；其中，正中央的槽为正方形，用于盛接可能掉落的被测液滴，避免污染炉腔；两侧各有一个长条形槽，用于分别与上测试架两侧的支撑立板配合连接，测试时，将上测试架两侧的支撑立板分别插入底座基板的长条形槽中，可将上测试架和底座基板两个部件装配成一整体。

整个测试架的材料都为同一种陶瓷材料，为氧化锆或氧化铝材料，测试架总长、总宽、总高尺寸均在16~30mm范围内。

汇液池位于上测试架中央，表面为圆锥形，其圆锥角度为120°~160°。

悬滴孔柱为一内径1.6~2.4mm、外径3~5mm、长度为2~4mm的圆柱孔，便于熔融液体流向悬滴孔柱下端面，形成悬滴。

本发明的有益效果是：测试架结构简单，操作方便，全部采用陶瓷材料，完全避免了铂铑等耐高温贵金属的使用，节约了宝贵的贵金属资源，同时也有效降低了测试架的成本，另外，该测试架能避免高温测试条件下测试架被腐蚀或与被测高温液体互溶等问题，测试过程中也不存在其它非被测材料的挥发，因此可以保持样品的洁净，提高测量的准确性。

附图说明

图1是俯视视角下的全陶瓷表面张力测试架的装配图。

图2是仰视视角下的全陶瓷表面张力测试架的装配图。

图中：1－上测试架；2－底座基板；3－汇液池；4－悬滴孔柱；5-支撑立板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1和图2分别从俯视视角和仰视视角展示了本发明一种全陶瓷表面张力测试架，主要包括：上测试架1和底座基板2两个部件，其中，上测试架1由汇液池3、悬滴孔柱4和支撑立板5等功能部位构成。

测试前，先将上测试架1和底座基板2两个部件组装好，即将上测试架1两侧的支撑立板5分别插入底座基板2的长条形槽中，然后，称取重量的被测固体块放在汇液池3中央，式中，D₁和D₂分别为悬滴孔柱4的内、外直径，为被测材料的表面张力估计值，通过查阅现有资料或用试错法得到，实际测试的时候要求悬挂的液滴要有足够的体积，但是液滴太大也会掉落，所以需要有个估计值，用于保证实验中液滴能有足够多的量悬挂在上面；g为当地重力加速度，再将整个测试架连同被测固体块一起放进高温炉内，保持上测试架1的悬滴孔柱4下端面水平。升温融化被测固体块，形成高温液体，并沿悬滴孔柱4的内孔留下，在悬滴孔柱4的下端面形成悬挂液滴，最后，利用悬挂液滴的下部液面轮廓经过图像捕捉和轮廓曲线拟合，计算获得液滴的实际表面张力。