RU2646427C1 - Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method - Google Patents
Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646427C1 RU2646427C1 RU2017102287A RU2017102287A RU2646427C1 RU 2646427 C1 RU2646427 C1 RU 2646427C1 RU 2017102287 A RU2017102287 A RU 2017102287A RU 2017102287 A RU2017102287 A RU 2017102287A RU 2646427 C1 RU2646427 C1 RU 2646427C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analytical
- behavior
- analytical signal
- homogeneity
- region
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области определения однородности дисперсных материалов и могут найти применение в порошковой металлургии, в пиротехнике, в самораспространяющемся высокотемпературном синтезе, в материаловедении и аналитической химии.The invention relates to the field of determining the homogeneity of dispersed materials and can find application in powder metallurgy, pyrotechnics, self-propagating high-temperature synthesis, materials science and analytical chemistry.
Одной из важных задач, стоящих при использовании дисперсных материалов и их смесей, является контроль однородности распределения компонентов и примесей, входящих в их состав, с помощью которого можно судить о качестве перемешивания и об оптимальности выбора его режимов, а также о качестве материалов и изделий, получаемых с использованием дисперсных материалов и смесей на их основе.One of the important tasks of using dispersed materials and their mixtures is to control the homogeneity of the distribution of components and impurities that make up their composition, with which you can judge the quality of mixing and the optimal choice of its modes, as well as the quality of materials and products, obtained using dispersed materials and mixtures based on them.
Под показателями, характеризующими однородность дисперсных материалов, понимают статистические показатели отклонения значений параметров, связанных с содержанием компонентов и их распределением в материале, от средних или контролируемых заданных значений. В энциклопедической статье [Новцов A.M., Коробков A.M. Смешения качество пиротехнических составов. - В кн.: Краткий энциклопедический словарь по энергетическим конденсированным системам. - М.: Янус-К, 2000. С. 516 /1/] под параметром, характеризующим химическую однородность или качество перемешивания смеси, состоящей из двух и более компонентов, понимается среднее квадратичное отклонение Sн содержания определенного компонента в анализируемых пробах, отнесенное к его рецептурному значению, соответствующему заведомо однородному распределению компонента или среднему значению Со:Under the indicators characterizing the homogeneity of dispersed materials, understand the statistical indicators of the deviation of the parameter values associated with the content of the components and their distribution in the material from the average or controlled set values. In the encyclopedic article [Novtsov AM, AM Boxes Mixes the quality of pyrotechnic compositions. - In the book: A Brief Encyclopedic Dictionary of Condensed Energy Systems. - M .: Janus-K, 2000. P. 516/1 /] by a parameter characterizing chemical uniformity or the mixing quality of a mixture of two or more components, is the mean square deviation S n of the content of a particular component in the analyzed samples, referred to its prescription value corresponding to a known uniform distribution of the component or the average value of C about :
где KV - коэффициент однородности (коэффициент вариации содержания определенного компонента смеси).where K V is the coefficient of homogeneity (coefficient of variation of the content of a particular component of the mixture).
Под определенным компонентом в /1/ может пониматься «ключевой» компонент, содержание которого наименьшее по массе или который определяет специальный эффект, характеризующий эту порошковую смесь.A specific component in / 1 / can be understood as a “key” component, the content of which is the smallest by mass or which determines the special effect characterizing this powder mixture.
В работе [Грабой И.Э., Можаев А.П., Третьяков Ю.Д. Сравнение химической однородности композитов, полученных различными методами, на основании измерения удельной электропроводности. Известия АН СССР. Неорганические материалы, 1991, Т. 27, №4, с. 870-872 /2/] в качестве показателя однородности использовали величину дисперсии относительной интенсивности характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого облучением электронным пучком, для основных химических элементов, относящихся к компонентам смеси.In the work [Graboi I.E., Mozhaev A.P., Tretyakov Yu.D. Comparison of the chemical homogeneity of composites obtained by various methods based on the measurement of electrical conductivity. Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Inorganic Materials, 1991, T. 27, No. 4, p. 870-872 / 2 /], the dispersion value of the relative intensity of the characteristic x-ray radiation excited by electron beam irradiation for the main chemical elements related to the components of the mixture was used as an indicator of uniformity.
Наиболее близким к предлагаемому способу определения показателей однородности дисперсного материала спектральным методом является способ, который приведен в описании ГОСТ 8.531-2002 [ГОСТ 8.531-2002. «Стандартные образцы состава монолитных и дисперсных материалов. Способы оценивания однородности» /3/]. Он включает отбор образцов и изготовление аналитических проб, возбуждение и регистрацию аналитического сигнала спектральным методом, определение статистических показателей разброса аналитического сигнала для разных локальных зон каждой аналитической пробы в качестве показателей однородности. В качестве характеристики однородности используется среднее квадратичное отклонение содержания аттестуемого компонента, определяемого по нескольким пробам, взятым от всей массы исследуемого экземпляра стандартного образца дисперсного материала. При этом различают понятия макро- и микронеоднородности. Макронеоднородность - составляющая погрешности (разброса), обусловленная неоднородностью для частей образца материала, сумма масс которых равна массе экземпляра материала. Микронеоднородность - составляющая погрешности, обусловленная неоднородностью для частей материала, сумма масс которых равна массе аналитической пробы. При этом во всех случаях /1-3/ меньшие значения статистических показателей разброса соответствовали лучшей однородности материалов.Closest to the proposed method for determining the uniformity of dispersed material by the spectral method is the method that is described in the description of GOST 8.531-2002 [GOST 8.531-2002. “Standard samples of the composition of monolithic and dispersed materials. Methods for assessing uniformity ”/ 3 /]. It includes sampling and production of analytical samples, excitation and registration of the analytical signal by the spectral method, determination of statistical indicators of the spread of the analytical signal for different local zones of each analytical sample as indicators of uniformity. As a characteristic of homogeneity, the root-mean-square deviation of the content of the certified component is determined, determined from several samples taken from the entire mass of the test specimen of the standard sample of dispersed material. At the same time, the concepts of macro- and microinhomogeneity are distinguished. Macro-heterogeneity is a component of the error (scatter) due to heterogeneity for parts of the material sample, the sum of the masses of which is equal to the mass of the material instance. Microinhomogeneity is a component of the error due to heterogeneity for parts of the material, the sum of the masses of which is equal to the mass of the analytical sample. Moreover, in all cases / 1-3 /, lower values of the statistical indicators of scatter corresponded to better uniformity of materials.
Способы /1-3/ имеют существенный недостаток, связанный с отсутствием /1, 2/ или использованием не всех обязательных масштабных факторов /3/ в анализе однородности дисперсных материалов и их смесей, что не позволяет использовать их для полной и точной характеристики однородности дисперсных материалов и, в особенности, в определении качества перемешивания смесей на их основе. Масштабные факторы не только не используются, но и не введены в качестве необходимых параметров при определении однородности в /1, 2/. В определении однородности стандартных образцов дисперсных материалов в способе-прототипе /3/ используется понятие об экземпляре анализируемого материала, в качестве масштабного фактора, характеризующего максимально возможную гипотетическую выборку, доступную для анализа однородности дисперсного материала. Используются еще два параметра, относящиеся к частям экземпляра материала, используемым для анализа, и которые можно отнести к масштабным факторам однородности. Это понятия об аналитическом объеме (аналитической пробе) и о наименьшей представительной пробе дисперсного материала. Под аналитическим объемом понимается объем аттестуемого дисперсного материала, предусмотренный методикой выполнения измерения /3/, например, для получения спектра излучения в конкретном приборе, т.е. под ним понимают объем или массу материала, достаточные для проведения одного или нескольких измерений в используемом для анализа методе. С практической точки зрения при реализации подходов, описанных в /3/, вместо «аналитического объема» уместно использование термина «аналитическая проба», который не связан с детерминированными геометрическими понятиями, количеством и плотностью материала, которые всегда различны при использовании различных спектральных методов, реализованных в различных приборах и методиках, и потому является более общим. Кроме этого, становится более очевидной взаимосвязь и преемственность с другими масштабными факторами в анализе однородности.Methods / 1-3 / have a significant drawback associated with the absence of / 1, 2 / or the use of not all mandatory scale factors / 3 / in the analysis of the homogeneity of dispersed materials and their mixtures, which does not allow them to be used for a complete and accurate characterization of the uniformity of dispersed materials and, in particular, in determining the quality of mixing of mixtures based on them. Scale factors are not only not used, but also not introduced as necessary parameters in determining the homogeneity in / 1, 2 /. In determining the homogeneity of standard samples of dispersed materials in the prototype method / 3 /, the concept of an instance of the analyzed material is used as a scale factor characterizing the maximum possible hypothetical sample available for analyzing the homogeneity of dispersed material. Two more parameters are used related to the parts of the material instance used for analysis, and which can be attributed to scale factors of homogeneity. These are concepts of the analytical volume (analytical sample) and the smallest representative sample of dispersed material. By analytical volume is meant the volume of certified dispersed material provided by the measurement procedure / 3 /, for example, to obtain a radiation spectrum in a specific device, i.e. it is understood to mean the volume or mass of material sufficient to carry out one or more measurements in the method used for analysis. From a practical point of view, when implementing the approaches described in / 3 /, instead of the “analytical volume”, it is appropriate to use the term “analytical sample”, which is not associated with deterministic geometric concepts, the quantity and density of the material, which are always different when using different spectral methods implemented in various devices and techniques, and therefore is more general. In addition, the relationship and continuity with other large-scale factors in the analysis of homogeneity becomes more apparent.
Наименьшая представительная проба - наименьшее количество вещества, взятого от экземпляра дисперсного материала, сохраняющее все метрологические характеристики, приписанные данному материалу [ГОСТ 8.315-97. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения /4/]. Наименьшая представительная проба может быть ограничена по массе, объему, длине, площади поверхности /4/.The smallest representative sample is the smallest amount of a substance taken from a sample of dispersed material, preserving all the metrological characteristics attributed to this material [GOST 8.315-97. Standard samples of the composition and properties of substances and materials. The main provisions / 4 /]. The smallest representative sample may be limited by weight, volume, length, surface area / 4 /.
Известно, что при уменьшении количества материала в пробе наблюдается возрастание погрешности измерения [Основы аналитической химии. В двух книгах под ред. Ю.А. Золотова. Книга 1 Общие вопросы. Методы разделения. М.: Высшая школа. 2004, с. 40 /5/] и при некотором минимальном значении параметра, характеризующего количество вещества в пробе, ее метрологические характеристики перестают соответствовать всему экземпляру смеси. В прототипном способе /3/ нет сведений о возможности и необходимости определения параметров, характеризующих величину наименьшей представительной пробы. При этом использование спектральных методов анализа предполагает, что надежные спектры могут быть получены с локальностью 0,1-1,0 мкм [Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Учебник. В двух томах. Под ред. А.А. Ищенко. М.: Издательский центр «Академия». 2010. Том 2, с. 269 /6/]. Локальность метода - это линейный размер микрообъема, из которого с заданной вероятностью регистрируется аналитический сигнал /6/. Для анализа однородности дисперсных материалов важно, что локальность характеризует линейный размер области возбуждения аналитического сигнала, достаточный для одного надежного и воспроизводимого измерения параметров, характеризующих содержание химических элементов в данной локальной выборке материала. Необходимо знать количество материала в области возбуждения аналитического сигнала и соотносить его с количеством анализируемого вещества, соответствующим понятию «наименьшая представительная проба». Высокий уровень локальности предполагает, что количество дисперсного материала в области возбуждения аналитического сигнала может оказаться меньше количества материала, требуемого для наименьшей представительной пробы. В этом случае определяемые показатели однородности не будут достоверно характеризовать равномерность распределения компонентов смеси в аналитическом объеме (микронеоднородность) и в экземпляре смеси (макронеоднородность). Как и размер наименьшей представительной пробы /4/, размер области возбуждения аналитического сигнала может быть выражен через линейный размер (локальность), объем, массу (навеску) или площадь поверхности анализируемого материала.It is known that with a decrease in the amount of material in the sample, an increase in the measurement error is observed [Fundamentals of Analytical Chemistry. In two books, ed. Yu.A. Zolotova.
Зависимость всех свойств веществ и материалов, включая химический состав, от масштаба рассмотрения (размера выборки) при величинах меньших определенного минимального значения [Соколов И.М. Размерности и другие геометрические критические показатели в теории протекания. Успехи физических наук. 1986. Том 150, вып. 2, с. 233-237 /7/] является неотъемлемым свойством вещества (см. фиг. 1). Для гомогенных веществ и материалов минимальный размер выборки сопоставим с размерами молекул, для гетерогенных систем - с размерами фрагментов (частиц) фаз, входящих в них. Неопределенность величины, характеризующей размер наименьшей представительной пробы, приводит к недостоверному суждению об однородности дисперсных материалов по статистическим показателям однородности. При завышенных количествах материала в области возбуждения аналитического сигнала информация об однородности и, например, о качестве перемешивания, о которых судят по показателям разброса интенсивности аналитического сигнала, не является правомерной в силу того, что достаточно точное соответствие заданной рецептуре большой выборки ничего не говорит о равномерности распределения компонентов в ней. При заниженных количествах материала в области возбуждения аналитического сигнала значения показателей однородности окажутся неправдоподобно высокими и в сильной степени зависящими от размера выборки и от ее местоположения в пределах аналитической пробы.The dependence of all the properties of substances and materials, including chemical composition, on the scale of consideration (sample size) at values less than a certain minimum value [Sokolov I.M. Dimensions and other geometric critical exponents in percolation theory. Advances in physical sciences. 1986. Volume 150, no. 2, p. 233-237 / 7 /] is an integral property of a substance (see Fig. 1). For homogeneous substances and materials, the minimum sample size is comparable with the size of molecules, for heterogeneous systems - with the sizes of fragments (particles) of phases included in them. The uncertainty of the value characterizing the size of the smallest representative sample leads to an inaccurate judgment on the homogeneity of dispersed materials by statistical indicators of homogeneity. With overestimated amounts of material in the field of excitation of the analytical signal, information on homogeneity and, for example, on the quality of mixing, which is judged by the scatter in the intensity of the analytical signal, is not valid due to the fact that a fairly accurate correspondence to a given recipe of a large sample does not mean uniformity distribution of components in it. With underestimated amounts of material in the field of excitation of the analytical signal, the values of the homogeneity indicators turn out to be incredibly high and highly dependent on the size of the sample and its location within the analytical sample.
В методических подходах, связанных с возможностью определения масштабных границ однородности, известно описание одного из них в статье /7/. В ней указано, что изменение масштаба рассмотрения неоднородной дисперсной системы, заключающееся, например, в изменении размера выборки для анализа ее свойств, приводит к изменению характера зависимости свойств системы (в /7/ речь идет о плотности) от масштаба (см. фиг. 1). На масштабах, превышающих положение границы однородного поведения системы, ее свойства не зависят от размера выборки, а на масштабах, меньших данного граничного значения, любые свойства системы зависят от размера выборки. Эта область в [7] названа областью фрактального или неоднородного поведения.In methodological approaches related to the possibility of determining large-scale boundaries of homogeneity, a description of one of them in article / 7 / is known. It indicates that a change in the scale of consideration of an inhomogeneous disperse system, consisting, for example, in changing the sample size for analysis of its properties, leads to a change in the nature of the dependence of the properties of the system (in / 7 / we are talking about density) on scale (see Fig. 1 ) At scales exceeding the position of the boundary of the uniform behavior of the system, its properties do not depend on the size of the sample, and on scales smaller than this boundary value, any properties of the system depend on the size of the sample. This region in [7] is called the region of fractal or heterogeneous behavior.
Данный подход может быть реализован в анализе однородности дисперсных материалов по химическому составу для определения одной масштабной границы, отделяющей область однородного поведения аналитического сигнала от неоднородного. Однако для химического состава дисперсных материалов и их смесей значимым является наличие двух масштабных границ, а не одной как в /7/. Неиспользование в анализе однородности определения второй масштабной границы однородности приводит к потере информации о наличии масштабной области микронеоднородного поведения аналитического сигнала и о ее размере, что снижает точность и достоверность анализа однородности.This approach can be implemented in the analysis of the homogeneity of dispersed materials in chemical composition to determine one scale boundary that separates the region of homogeneous behavior of the analytical signal from the inhomogeneous one. However, for the chemical composition of dispersed materials and their mixtures, the presence of two scale boundaries, and not one as in / 7 /, is significant. Failure to use the definition of the second scale boundary of homogeneity in the analysis of uniformity leads to the loss of information about the presence of a large-scale region of microinhomogeneous behavior of the analytical signal and its size, which reduces the accuracy and reliability of the analysis of uniformity.
Задачей заявляемого способа определения показателей однородности дисперсных материалов спектральным методом и способа определения масштабных границ однородности дисперсных материалов является повышение точности и достоверности определения показателей однородности.The objective of the proposed method for determining the uniformity of dispersed materials by the spectral method and the method for determining the scale boundaries of the uniformity of dispersed materials is to increase the accuracy and reliability of determining the uniformity.
Техническим результатом является то, что расширяется круг показателей однородности, что позволяет выявлять тонкие отличия в однородности дисперсных систем и в качестве перемешивания смесей на их основе; определение показателей однородности проводится с учетом влияния размера выборки на их значения, что позволяет различать и сопоставлять только те величины, которые непосредственно относятся к однородности материалов и качеству перемешивания. Кроме того, повышается обоснованность использования показателей однородности и качества перемешивания дисперсных материалов во взаимосвязи с другими свойствами, соответствующими функциональному назначению дисперсного материала.The technical result is that the range of homogeneity indicators is expanding, which makes it possible to identify subtle differences in the homogeneity of disperse systems and as mixing of mixtures based on them; the determination of uniformity indicators is carried out taking into account the influence of the sample size on their values, which makes it possible to distinguish and compare only those values that directly relate to the uniformity of materials and the quality of mixing. In addition, the validity of the use of indicators of uniformity and mixing quality of dispersed materials in conjunction with other properties corresponding to the functional purpose of the dispersed material is increased.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата в заявляемом способе определения показателей однородности дисперсного материала спектральным методом, включающем отбор и изготовление аналитической пробы, возбуждение и регистрацию аналитического сигнала, определение статистических показателей разброса аналитического сигнала для разных локальных зон каждой аналитической пробы в качестве показателей однородности, новым является то, что дополнительно в качестве показателей однородности определяют масштабные границы области однородного поведения R1 и области микронеоднородного поведения R2 аналитического сигнала, а статистические показатели разброса аналитического сигнала определяют отдельно для каждой из масштабных областей поведения аналитического сигнала.To solve this problem and achieve a technical result in the claimed method for determining the uniformity of dispersed material by the spectral method, which includes the selection and production of an analytical sample, the excitation and registration of an analytical signal, the determination of statistical indicators of the spread of the analytical signal for different local zones of each analytical sample as indicators of uniformity, new is that, in addition, scale faces are determined as indicators of uniformity the regions of homogeneous behavior of R 1 and regions of microinhomogeneous behavior of R 2 of the analytical signal, and the statistical scatter indicators of the analytical signal are determined separately for each of the large-scale areas of behavior of the analytical signal.
Решение технической задачи и достижение технического результата в заявляемом способе определения масштабных границ однородности дисперсного материала спектральным методом заключается в том, что аналитический сигнал регистрируют при изменении размеров области их возбуждения в аналитической пробе, получают зависимость интенсивности аналитического сигнала от размера области возбуждения, а о положении границы R1 области однородного поведения аналитического сигнала и границы R2 области микронеоднородного поведения аналитического сигнала судят по перегибам на кривой данной зависимости в соответствии с условиями:The solution of the technical problem and the achievement of the technical result in the inventive method for determining the scale boundaries of the homogeneity of the dispersed material by the spectral method is that the analytical signal is recorded when the dimensions of their excitation region are changed in the analytical sample, and the dependence of the intensity of the analytical signal on the size of the excitation region is obtained, and the boundary position R 1 region of uniform behavior of the analytic signal and the boundary region R 2 of the analytical behavior microheterogeneous B Nala judged by excesses in the art depending on the curve in accordance with the conditions:
- 
- 
- 
где n1, n2, n3 - число шагов разбиения кривой зависимости интенсивности аналитического сигнала от размера области возбуждения в каждой масштабной области; 
Методический подход к определению показателей однородности в предлагаемом решении заключается в использовании спектральных методов определения элементного химического состава твердых веществ и материалов, например, атомно-эмиссионного спектрального анализа (АЭС анализа) и рентгеновского спектрального микроанализа (РСМ-анализа). Высокая локальность этих методов предполагает возможность изменять размер области возбуждения аналитического сигнала от сотых долей микрон до миллиметров и следить за поведением аналитического сигнала. Область возбуждения аналитического сигнала может меняться целенаправленно за счет изменения площади поверхности сканирования электронным пучком в РСМ-анализе или изменением диаметра и энергии пучка лазера в АЭС анализе с лазерным возбуждением. Если изменять размер области возбуждения аналитического сигнала, то интенсивность аналитического сигнала, соответствующего содержанию анализируемого элемента, будет закономерно изменяться при переходе через масштабные границы однородности (см. фиг. 2). Так, если уменьшать размер области возбуждения аналитического сигнала от больших размеров к меньшим, то сначала будет наблюдаться масштабная область однородного поведения, в которой интенсивность аналитического сигнала не зависит от размера области его возбуждения, пока не будет достигнута первая масштабная граница однородности. Именно она определяет линейный размер наименьшей представительной пробы, по которому можно установить другие ее количественные параметры (площадь поверхности, объем и су1)(1 При известной плотности анализируемого материала.) После достижения первой масштабной границы, определяющей снизу область однородного поведения аналитического сигнала, начинается масштабная область, в которой интенсивность аналитического сигнала слабо зависит от размера области его возбуждения. Данная масштабная область представляет собой область микронеоднородного поведения аналитического сигнала. Дальнейшее уменьшение размера области возбуждения приводит к тому, что достигается вторая масштабная граница, ниже которой интенсивность аналитического сигнала не только сильно зависит от размера области возбуждения, но и от ее местоположения (от координатной зоны) на поверхности аналитической пробы. Увеличение локальности метода (уменьшение размера выборки) достигает таких пределов, когда надежный и воспроизводимый аналитический сигнал (спектр) набирается из случайной области анализируемого дисперсного материала, в которой наблюдается значительное обогащение по одним компонентам или примесям и обеднение по другим. Эта часть зависимости интенсивности аналитического сигнала от размера области его возбуждения представляет собой масштабную область неоднородного поведения аналитического сигнала (см. фиг. 2).A methodological approach to the determination of homogeneity indicators in the proposed solution consists in the use of spectral methods for determining the elemental chemical composition of solids and materials, for example, atomic emission spectral analysis (AES analysis) and x-ray spectral microanalysis (PCM analysis). The high locality of these methods suggests the ability to change the size of the excitation region of the analytical signal from hundredths of microns to millimeters and monitor the behavior of the analytical signal. The excitation region of the analytical signal can be changed purposefully due to a change in the surface area of the scan by the electron beam in the PCM analysis or by a change in the diameter and energy of the laser beam in the laser excitation AES. If you change the size of the excitation region of the analytical signal, then the intensity of the analytical signal corresponding to the content of the analyzed element will naturally change when passing through the scale boundaries of uniformity (see Fig. 2). So, if we reduce the size of the excitation region of the analytical signal from large to smaller, then we will first observe a scaled region of homogeneous behavior in which the intensity of the analytical signal does not depend on the size of the region of its excitation until the first scale boundary of uniformity is reached. Namely, it determines the linear size of the smallest representative sample, from which it can be used to establish other quantitative parameters (surface area, volume, and su 1 ) ( 1 At a known density of the analyzed material.) After reaching the first scale boundary, which determines the region of homogeneous behavior of the analytical signal from below, a scale region in which the intensity of the analytical signal weakly depends on the size of the region of its excitation. This scale region is the region of microinhomogeneous behavior of the analytical signal. A further decrease in the size of the excitation region leads to the achievement of a second scale boundary, below which the intensity of the analytical signal not only strongly depends on the size of the excitation region, but also on its location (on the coordinate zone) on the surface of the analytical sample. An increase in the locality of the method (reduction in sample size) reaches such limits when a reliable and reproducible analytical signal (spectrum) is collected from a random region of the dispersed material being analyzed, in which significant enrichment in one component or impurity and depletion in another is observed. This part of the dependence of the intensity of the analytical signal on the size of the region of its excitation is a large-scale region of the inhomogeneous behavior of the analytical signal (see Fig. 2).
Статистические показатели разброса значений интенсивности аналитического сигнала, по которым судят о содержании элементов, в частности, коэффициент вариации, характеризующий однородность аттестуемого дисперсного материала (см., например, формулу (1)), меняются при переходе от одной масштабной области к другой. Их значения минимальны в области однородного поведения аналитического сигнала, повышаются при переходе в область микронеоднородного поведения и резко возрастают в области неоднородного поведения. Значимыми с точки зрения анализа однородности порошковых смесей являются статистические показатели в области однородного и микронеоднородного поведения аналитического сигнала. Значения масштабных границ между областью однородного и микронеоднородного поведения R1, а также между областью микронеоднородного и неоднородного поведения аналитического сигнала R2 сами по себе являются показателями однородности дисперсных материалов и качества перемешивания их смесей. При этом чем меньше их значения, тем более однородной является смесь.The statistical indicators of the dispersion of the values of the intensity of the analytical signal, which are used to judge the content of elements, in particular, the coefficient of variation characterizing the homogeneity of the certified dispersed material (see, for example, formula (1)), change when moving from one scale region to another. Their values are minimal in the region of homogeneous behavior of the analytical signal, increase upon transition to the region of microinhomogeneous behavior, and sharply increase in the region of inhomogeneous behavior. Statistical indicators in the field of homogeneous and microinhomogeneous behavior of the analytical signal are significant from the point of view of the analysis of homogeneity of powder mixtures. The values of the scale boundaries between the region of homogeneous and micro-inhomogeneous behavior of R 1 , as well as between the region of micro-inhomogeneous and inhomogeneous behavior of the analytical signal R 2 are themselves indicators of the homogeneity of dispersed materials and the quality of mixing of their mixtures. Moreover, the smaller their value, the more uniform the mixture.
Масштабная граница между областью однородного и микронеоднородного поведения R1 является параметром, определяющим размер минимальной представительной пробы, а положение границы R2 в сильной степени связано с размером частиц дисперсного материала и их способностью к агломерированию или агрегированию. Значимым параметром, характеризующим микронеоднородность дисперсных систем, является разность между R1 и R2, определяющая протяженность области микронеоднородного поведения аналитического сигнала.The scale boundary between the region of homogeneous and microinhomogeneous behavior of R 1 is a parameter that determines the size of the minimum representative sample, and the position of the border of R 2 is strongly related to the particle size of the dispersed material and their ability to agglomerate or aggregate. A significant parameter characterizing the microinhomogeneity of disperse systems is the difference between R 1 and R 2 , which determines the extent of the region of microinhomogeneous behavior of the analytical signal.
Определение масштабной границы R1, разделяющей область однородного и микронеоднордного поведения, позволяет точно установить размер наименьшей представительной пробы дисперсного материала и точно знать, что показатель однородности (например, коэффициент вариации интенсивности аналитического сигнала, отражающий содержание анализируемого компонента) определен именно для представительной пробы материала, т.е. для масштабной области не меньшей, чем ее минимальное граничное значение R1. Такой подход позволяет проследить влияние не только однородности на функциональные свойства материалов, но и выделить различия в содержании компонентов дисперсных материалов, отобранных из разных мест объема хранения экземпляра анализируемого материала. Определение масштабной границы области микронеоднородного поведения R2 позволяет установить наличие и протяженность области микронеоднородного поведения. Определение и сопоставление показателей однородности данной области для дисперсных материалов одной природы позволяет установить тонкие отличия в их свойствах, связанные с процессами и явлениями, локализующимися на микроуровне, например, в местах контакта частиц, на их поверхности и в подповерхностных слоях. К таким свойствам относятся динамические характеристики материалов: реакционная способность, электро- и теплопроводность, прессуемость и формуемость и т.п.Determination of the scale boundary R 1 dividing the region of homogeneous and micro-non-uniform behavior allows you to accurately determine the size of the smallest representative sample of the dispersed material and to know exactly that the homogeneity index (for example, the coefficient of variation of the intensity of the analytical signal reflecting the content of the analyzed component) is determined specifically for the representative sample of the material, those. for a scale region not less than its minimum boundary value R 1 . This approach allows us to trace the influence of not only homogeneity on the functional properties of materials, but also to highlight differences in the content of components of dispersed materials selected from different places of the storage volume of an instance of the analyzed material. The determination of the scale boundary of the region of microinhomogeneous behavior of R 2 allows us to establish the presence and extent of the region of microinhomogeneous behavior. The determination and comparison of the homogeneity indices of this region for dispersed materials of the same nature allows us to establish subtle differences in their properties associated with processes and phenomena localized at the micro level, for example, at the places of contact of particles, on their surface and in subsurface layers. Such properties include the dynamic characteristics of materials: reactivity, electrical and thermal conductivity, compressibility and formability, etc.
На фиг. 1 представлен схематический график зависимости свойства неоднородной (гетерогенной) системы, например, дисперсного материала от масштаба рассмотрения (размера выборки) /7/.In FIG. 1 is a schematic graph of the dependence of the property of a heterogeneous (heterogeneous) system, for example, dispersed material on the scale of consideration (sample size) / 7 /.
На фиг. 2 приведена зависимость содержания титана на поверхности пробы от размера области сканирования (HFW1) (1 HFW - Horizontal Field Width - дословно - ширина горизонтального поля (зрения) электронного микроскопа с интегрированной функцией РСМ-анализа (размер области возбуждения рентгеновского характеристического спектра).)In FIG. Figure 2 shows the dependence of the titanium content on the sample surface on the size of the scanning area (HFW 1 ) ( 1 HFW - Horizontal Field Width - literally - the width of the horizontal field (view) of the electron microscope with the integrated function of the PCM analysis (the size of the excitation region of the X-ray characteristic spectrum).)
в РСМ-анализе дисперсного материала на основе смеси порошков Ti+Al с пятиминутным перемешиванием.in a PCM analysis of a dispersed material based on a mixture of Ti + Al powders with five minute stirring.
На фиг. 3 приведена зависимость содержания алюминия на поверхности пробы от размера области сканирования (HFW) в РСМ-анализе дисперсного материала на основе смеси порошков Ti+Al с пятиминутным перемешиванием.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the aluminum content on the sample surface on the size of the scanning area (HFW) in the PCM analysis of a dispersed material based on a mixture of Ti + Al powders with five-minute stirring.
На фиг. 4 представлен график зависимости производной содержания титана в координатной зоне 1 от размера области возбуждения спектра РСМ-анализа по поверхности аналитической пробы смеси порошков Ti+Аl с пятиминутным перемешиванием.In FIG. Figure 4 shows a graph of the dependence of the derivative of titanium content in coordinate
На фиг. 5 приведены график зависимости отношения интенсивности линии алюминия к интенсивности линии титана в атомно-эмиссионных спектрах, возбуждаемых лазерным пучком, и график зависимости коэффициента вариации значений отношения интенсивностей от размера области возбуждения атомно-эмиссионного спектра (диаметра лазерного пучка) для смеси порошков Ti+Al, перемешанной в течение 20 мин.In FIG. Figure 5 shows a graph of the relationship between the intensity of the aluminum line and the intensity of the titanium line in the atomic emission spectra excited by a laser beam, and a graph of the dependence of the coefficient of variation of the intensity ratio on the size of the excitation region of the atomic emission spectrum (laser beam diameter) for a mixture of Ti + Al powders, mixed for 20 minutes
На фиг. 6 изображены графики зависимости значений коэффициентов вариации отношения интенсивностей линий атомно-эмиссионных спектров для аналитических проб, отобранных из разных мест объема хранения экземпляров смесей порошков Ti+Al с различным временем перемешивания.In FIG. Figure 6 shows graphs of the dependences of the coefficients of variation of the ratio of the intensities of the lines of the atomic emission spectra for analytical samples taken from different places in the storage volume of copies of mixtures of Ti + Al powders with different mixing times.
В табл. 1 приведены усредненные по нескольким координатным зонам значения показателей микронеоднородности, определенные методом РСМ-анализа, для дисперсных материалов на основе смесей порошков Ti+Al с разным временем перемешивания.In the table. Figure 1 shows the values of microinhomogeneity averaged over several coordinate zones determined by the PCM analysis for dispersed materials based on mixtures of Ti + Al powders with different mixing times.
В табл. 2 представлены показатели макронеоднордности, установленные по данным АЭС анализа, для смесей порошков Ti+Al с различным временем перемешивания.In the table. Figure 2 shows the macroinhomogeneity indices established according to the data of the NPP analysis for mixtures of Ti + Al powders with different mixing times.
В табл. 3 приведены показатели микронеоднородности, установленные по данным РСМ-анализа, для составов на основе перхлората калия и бора с различной крупностью.In the table. Figure 3 shows the microinhomogeneity indices established according to the PCM analysis for compositions based on potassium and boron perchlorate with different sizes.
Способ определения показателей однородности дисперсных материалов спектральным методом и способ определения масштабных границ однородности дисперсных материалов спектральным методом могут использоваться независимо друг от друга. При осуществлении способа определения показателей однородности дисперсных материалов спектральным методом из разных мест объема хранения экземпляра аттестуемого дисперсного материала (из контейнера, мешка, банки и т.п.) отбираются образцы материала. Из отобранных образцов готовятся аналитические пробы, например, с помощью прессования. Аналитическая проба помещается в камеру прибора для проведения спектрального анализа. В зависимости от используемого метода с помощью первичного излучения в некоторой локальной зоне аналитической пробы возбуждается аналитический сигнал (спектр), который регистрируется анализатором спектрометра. Изменяют размер области возбуждения спектра. В методе АЭС анализа с лазерным возбуждением изменяют диаметр лазерного пучка или его энергию, в методе РСМ-анализа изменяют размер области сканирования первичным электронным пучком, возбуждающим характеристическое рентгеновское излучение. Результаты анализа (например, интенсивности линий спектра, их отношения для базовых химических элементов или непосредственно данные по содержанию химических элементов, относящихся к компонентам смеси) для разных локальных зон записываются в таблицы во взаимосвязи с параметром, характеризующим размер области возбуждения спектров (линейный размер, площадь поверхности, объем).The method of determining the uniformity of dispersed materials by the spectral method and the method of determining the scale boundaries of the uniformity of dispersed materials by the spectral method can be used independently of each other. When implementing the method for determining the homogeneity indicators of dispersed materials by the spectral method, samples of material are taken from different places of the storage volume of an instance of certified dispersed material (from a container, bag, can, etc.). Analytical samples are prepared from the selected samples, for example, by pressing. An analytical sample is placed in the instrument chamber for spectral analysis. Depending on the method used, using the primary radiation in some local area of the analytical sample, an analytical signal (spectrum) is excited, which is recorded by the analyzer of the spectrometer. Change the size of the spectrum excitation region. In the method of AES analysis with laser excitation, the diameter of the laser beam or its energy is changed, in the method of PCM analysis, the size of the scanning area is changed by the primary electron beam that excites characteristic x-ray radiation. The analysis results (for example, the intensities of the spectrum lines, their relationships for basic chemical elements, or directly the data on the content of chemical elements related to the components of the mixture) for different local zones are recorded in tables in conjunction with a parameter characterizing the size of the spectral excitation region (linear size, surface volume).
Рассчитывают статистические показатели разброса (например, коэффициент вариации) результатов анализа для разных локальных зон в пределах аналитической пробы во взаимосвязи с размером области возбуждения спектра. По величине показателей разброса выделяют область однородного поведения, в которой наблюдаются их наименьшие значения. Устанавливают область микронеоднородного поведения аналитического сигнала с заметно большими значениями показателей разброса и отмечают переход к области неоднородного поведения аналитического сигнала, характеризующейся резким возрастанием разброса результатов анализа. За масштабные границы R1 и R2 принимают минимальные значения параметров, определяющих размер области возбуждения, для установленных масштабных областей поведения аналитического сигнала. В качестве показателей однородности принимаются статистические показатели разброса, определенные для области однородного поведения и области микронеоднородного поведения аналитического сигнала (например, среднеквадратичное и относительное среднеквадратичное отклонение /коэффициент вариации/ интенсивности аналитического сигнала, характеризующего содержание анализируемого химического элемента), а также значения масштабных границ однородности.The statistical scatter indicators (for example, the coefficient of variation) of the analysis results are calculated for different local zones within the analytical sample in relation to the size of the spectrum excitation region. By the magnitude of the scatter indicators, a region of homogeneous behavior is distinguished, in which their smallest values are observed. The region of microinhomogeneous behavior of the analytical signal with markedly large values of the scatter indices is established, and the transition to the region of inhomogeneous behavior of the analytical signal, characterized by a sharp increase in the spread of the analysis results, is noted. For the scale boundaries R 1 and R 2 take the minimum values of the parameters that determine the size of the excitation region for the established scale regions of the behavior of the analytical signal. As indicators of homogeneity, statistical scatter indicators are taken that are defined for the region of homogeneous behavior and the region of microinhomogeneous behavior of the analytical signal (for example, the standard deviation and relative standard deviation / coefficient of variation / intensity of the analytical signal characterizing the content of the analyzed chemical element), as well as the values of the scale boundaries of the homogeneity.
При необходимости и, если есть потребное количество материала, повторяют измерения для других аналитических проб, например, изготовленных из образцов, взятых из разных мест объема хранения экземпляра анализируемого материала. Значения показателей однородности, полученные усреднением в пределах отдельных аналитических проб, представляют собой показатели микронеоднородности. Значения показателей однородности, полученные усреднением для аналитических проб, изготовленных из образцов, взятых из различных мест объема хранения всего экземпляра анализируемого дисперсного материала, являются показателями макронеоднородности.If necessary, and if there is the required amount of material, repeat the measurements for other analytical samples, for example, made from samples taken from different places in the storage volume of a sample of the analyzed material. The values of the homogeneity indices obtained by averaging within individual analytical samples are microinhomogeneity indices. The values of the homogeneity indicators obtained by averaging for analytical samples made from samples taken from different places of the storage volume of the entire sample of the dispersed material being analyzed are macroinhomogeneity indicators.
При реализации способа определения масштабных границ однородности дисперсных материалов спектральным методом получают спектры и измеряют параметры аналитического сигнала, изменяя размер области его возбуждения с шагом Δl, определяемым, например, по соотношениюWhen implementing the method for determining the scale boundaries of the homogeneity of dispersed materials by the spectral method, spectra are obtained and the parameters of the analytical signal are measured by changing the size of its excitation region with a step Δl, determined, for example, by the ratio
где Lmax, Lmin - относительные максимальный и минимальный возможные размеры области возбуждения спектра; N - число шагов разбиения всей кривой зависимости. При этом длина шага может корректироваться для различных областей кривой с целью более точного определения масштабных границ однородности, например, уменьшаться для области однородного и микронеоднородного поведения аналитического сигнала и увеличиваться для области его неоднородного поведения.where L max , L min - the relative maximum and minimum possible dimensions of the spectrum excitation region; N is the number of steps to split the entire dependence curve. In this case, the step length can be adjusted for different regions of the curve in order to more accurately determine the scale boundaries of homogeneity, for example, decrease for the region of homogeneous and microinhomogeneous behavior of the analytical signal and increase for the region of its inhomogeneous behavior.
Строят зависимость величины параметра аналитического сигнала I a для анализируемого химического элемента от размера области возбуждения спектра L. По положению перегибов на кривой зависимости I a от L определяют масштабную границу между областью однородного поведения и областью микронеоднородного поведения (граница R1), а также между областью микронеоднородного поведения и неоднородного поведения (граница R2) аналитического сигнала, соответствующего содержанию химических элементов.The dependence of the value of the parameter of the analytical signal I a for the analyzed chemical element on the size of the excitation region of the spectrum L is built. Based on the position of the bends on the curve of the dependence of I a on L, the scale boundary between the region of homogeneous behavior and the region of microinhomogeneous behavior (boundary R 1 ), as well as between the region micro-heterogeneous behavior and heterogeneous behavior (boundary R 2 ) of the analytical signal corresponding to the content of chemical elements.
Масштабная область однородного поведения при L≥R1 характеризуется независимостью аналитического сигнала от размера области возбуждения /7/, т.е. выполняется условие:The scaled region of homogeneous behavior at L≥R 1 is characterized by the independence of the analytical signal from the size of the excitation region / 7 /, i.e. the condition is satisfied:
Масштабная область микронеоднородного поведения R2≤L≤R1 характеризуется слабой зависимостью величины аналитического сигнала от размера области возбуждения спектра, соответствующей условиюThe scale region of microinhomogeneous behavior R 2 ≤L≤R 1 is characterized by a weak dependence of the value of the analytical signal on the size of the spectrum excitation region corresponding to the condition
Масштабная область неоднородного поведения L<R2 характеризуется сильной зависимостью величины аналитического сигнала не только от размера, но и от положения области возбуждения аналитического сигнала в аналитической пробе. В этом случае неравенства по условиям (2) и (3) не выполняется иThe large-scale region of inhomogeneous behavior L <R 2 is characterized by a strong dependence of the magnitude of the analytical signal not only on the size, but also on the position of the excitation region of the analytical signal in the analytical sample. In this case, inequalities in conditions (2) and (3) are not satisfied and
Указанные выше процедуры повторяют для других локальных зон в пределах аналитической пробы, взятой от отобранного образца дисперсного материала, а затем берут другой образец экземпляра (партии) материала, например, взятый из другого места объема хранения, готовят аналитическую пробу и повторяют измерения.The above procedures are repeated for other local areas within the analytical sample taken from a selected sample of dispersed material, and then another sample of a sample (batch) of material is taken, for example, taken from another place in the storage volume, an analytical sample is prepared and measurements are repeated.
При реализации заявляемых способов об однородности материалов судят по комплексу показателей. В качестве показателей микронеоднородности используют данные, полученные для отдельных аналитических проб. К ним относятся значения аналитических сигналов, полученных для масштабной области однородного поведения L≥R1 и микронеоднородного поведения R2≤L≤R1;When implementing the proposed methods, the homogeneity of the materials is judged by a set of indicators. As indicators of microinhomogeneity using data obtained for individual analytical samples. These include the values of the analytical signals obtained for a large-scale region of homogeneous behavior L≥R 1 and microinhomogeneous behavior R 2 ≤L≤R 1 ;
- относительные интенсивности линий в спектре основных химических элементов, соответствующих компонентам смеси. IЕ1;- the relative intensities of the lines in the spectrum of the main chemical elements corresponding to the components of the mixture. I E1 ;
- отношение относительных интенсивностей основных химических элементов 
- содержания основных химических элементов, соответствующих компонентам смеси [El], а также их средние значения
Кроме этого определяют статистические показатели разброса значений аналитических сигналов, полученных для отдельных аналитических проб как в области однородного (L≥R1), так и микронеоднородного поведения аналитического сигнала (R2≤L≤R1): среднеквадратичные отклонения значений аналитических сигналов SI, S[El] или их отношений 
Показателями макронеоднородности дисперсных материалов являются статистические показатели разброса значений интенсивности аналитических сигналов, полученные в соответствующих масштабных областях однородного поведения (L≥R1) и микронеоднородного поведения (R2≤L≤R1) для аналитических проб, изготовленных из разных образцов, отобранных из разных мест объема хранения экземпляра дисперсного материала.Indicators of macroinhomogeneity of dispersed materials are statistical indicators of the scatter of the intensity values of analytical signals obtained in the corresponding large-scale areas of homogeneous behavior (L≥R 1 ) and microinhomogeneous behavior (R 2 ≤L≤R 1 ) for analytical samples made from different samples taken from different places of storage volume of a sample of dispersed material.
Средние значения масштабных границ 
Решение задачи и достижение технических результатов предлагаемого изобретения реализовано в следующих примерах выполнения способов.The solution to the problem and the achievement of the technical results of the invention are implemented in the following examples of the methods.
Пример 1. Определение показателей однородности и масштабных границ однородности дисперсного материала на основе смеси порошков (дисперсных материалов) Ti+Al с помощью метода рентгеновского спектрального микроанализа.Example 1. Determination of the indicators of uniformity and scale boundaries of the uniformity of the dispersed material based on a mixture of powders (dispersed materials) Ti + Al using the method of x-ray spectral microanalysis.
Гетерогенная система на основе эквимолярной смеси порошков титана и алюминия может быть использована в качестве исходной шихты для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) интерметаллического соединения - моноалюминида титана TiAl. Качественный химический состав и его соответствие химической формуле TiAl продукта синтеза в данном случае является показателем качества материала, а однородность шихты, определяющая качество ее перемешивания и зависящая от его продолжительности, в данном случае должна в значительной мере влиять на качество продукта СВС.A heterogeneous system based on an equimolar mixture of titanium and aluminum powders can be used as an initial charge for self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of an intermetallic compound - titanium monoaluminide TiAl. The qualitative chemical composition and its compliance with the chemical formula TiAl of the synthesis product in this case is an indicator of the quality of the material, and the uniformity of the charge, which determines the quality of its mixing and depends on its duration, in this case should significantly affect the quality of the SHS product.
Из указанных выше исходных компонентов были изготовлены экземпляры смесей с 5-, 10- и 20-минутным перемешиванием в смесителе типа «пьяная бочка». От каждого экземпляра смесей из разных мест хранения были отобраны образны для анализа. Из образцов были изготовлены аналитические пробы путем прессования таблеток до степени уплотнения 0,8 отн. ед., диаметром 11 мм и высотой 1,5 мм. Аналитические пробы были подвергнуты рентгеновскому спектральному микроанализу (примеры 1 и 3) и атомно-эмиссионному спектральному микроанализу с лазерным возбуждением спектра (см. Пример 2).From the above starting components, samples of mixtures with 5-, 10- and 20-minute stirring were made in a drunk barrel mixer. From each instance of mixtures from different storage locations, figurative for analysis were selected. Analytical samples were made from the samples by pressing tablets to a compaction degree of 0.8 rel. units, with a diameter of 11 mm and a height of 1.5 mm. Analytical samples were subjected to x-ray spectral microanalysis (examples 1 and 3) and atomic emission spectral microanalysis with laser excitation of the spectrum (see Example 2).
На фиг. 2 и 3 представлены зависимости содержания титана и алюминия на поверхности аналитической пробы, полученные для трех различных координатных зон. Данные по содержанию химических элементов рассчитаны по рентгеновским спектрам характеристического излучения, возбужденного первичным электронным пучком (зондом). На кривых зависимости содержания титана и алюминия от размера области возбуждения спектра, полученных для разных координатных зон предметного столика по отношению к оптической оси электронной колонны, видны три характерные зоны, границы между которыми являются масштабными границами однородности R1 и R2. Для определения положения границ проверяют соответствие средних значений производной функции зависимости интенсивности аналитического сигнала от размера области его возбуждения в соответствующих масштабных областях критериям (2)-(4). Такой подход хорошо иллюстрируется зависимостью производной функции зависимости интенсивности аналитического сигнала от размера области возбуждения спектра (см. фиг. 4), на которой хорошо различимо положение масштабных границ однородности с точностью до шага разбиения всего диапазона размеров области возбуждения спектров. В области однородного поведения зависимости содержания элемента от размера области возбуждения спектра выполняется условие (2), где значение 
Значения определенных таким образом масштабных границ однородности для данной координатной зоны составляют R1=298.2 мкм и R2=51,5 мкм (фиг. 4). Данные процедуры были повторены для других координатных зон, после чего определены средние значения содержания элементов на поверхности единичной аналитической пробы, а также среднеквадратичные отклонения и коэффициенты вариации (относительные средне квадратичные отклонения). В частности, графики зависимости Kv от размера области сканирования приведены на фиг. 2 и фиг. 3, а их средние значения составляют 0,84 абс. % и 5,32 абс. % для области однородного и неоднородного поведения аналитического сигнала соответственно.The values of the thus determined uniformity scale boundaries for a given coordinate zone are R 1 = 298.2 μm and R 2 = 51.5 μm (Fig. 4). These procedures were repeated for other coordinate zones, after which the average values of the content of elements on the surface of a single analytical sample were determined, as well as the standard deviations and coefficients of variation (relative standard deviations). In particular, graphs of K v versus scan area size are shown in FIG. 2 and FIG. 3, and their average values are 0.84 abs. % and 5.32 abs. % for the area of homogeneous and heterogeneous behavior of the analytical signal, respectively.
Отбор образцов, изготовление аналитических проб и измерительные процедуры продолжали для экземпляров смесей порошков Ti+Al с временем перемешивания 10 и 20 минул и были получены статистические показатели микронеоднородности, т.е. в пределах единичных аналитических проб. Результаты представлены в табл.1.Sampling, manufacturing of analytical samples and measurement procedures were continued for samples of mixtures of Ti + Al powders with a mixing time of 10 and 20 minutes and statistical indices of microinhomogeneity were obtained, i.e. within single analytical samples. The results are presented in table 1.
По данным таблицы 1 видно, что по случайным фрагментам частиц, оказавшихся на поверхности аналитических проб, микронеоднородность материалов возрастает в ряду длительности перемешивания: 10 мин → 5 мин → 20 мин. Т.е. для данных конкретных ансамблей частиц, оказавшихся на поверхности, их распределение наиболее однородно для 10-минутного перемешивания смеси.According to table 1, it can be seen that, according to random fragments of particles that appeared on the surface of analytical samples, the microinhomogeneity of the materials increases in the series of mixing duration: 10 min → 5 min → 20 min. Those. for given specific ensembles of particles that are on the surface, their distribution is most uniform for a 10-minute mixing of the mixture.
Пример 2. Использование метода атомно-эмиссионного анализа с лазерным возбуждением спектра позволяет реализовать дискретность размера области возбуждения аналитического сигнала с шагом не ниже 100 мкм. На фиг. 5 представлены зависимости отношения интенсивностей линии Аl к интенсивностям линии Ti в спектрах, возбуждаемых лучом лазера с переменным диаметром на поверхности аналитической пробы смеси порошков Ti+Al с 20-минутным перемешиванием. Видно, что уменьшение размера области возбуждения спектра, выражающееся в уменьшении диаметра лазерного пучка, закономерно приводит к возрастанию разброса в параллельных измерениях. По величине коэффициента вариации с точностью до шага по размеру области возбуждения можно установить масштабную границу области однородного поведения аналитического сигнала (в данном случае отношения интенсивностей линий спектра), которая равна R1=500 мкм. Это значение близко к тому, которое установлено с помощью РСМ-анализа для данной смеси с длительностью перемешивания 20 мин (см. табл. 1). Масштабная граница R2 данном случае она принимается равной 200 мкм. Таким образом, для данной аналитической пробы показатели микронеоднородности смеси с 20 мин длительностью перемешивания равны Kv=8,6 отн. % для области однородного поведения аналитического сигнала и 13,6 отн. % для области микронеоднородного поведения. Влияние времени перемешивания устанавливается по показателям макронеоднородности, полученным усреднением для аналитических проб, взятых из разных мест хранения экземпляров смесей с разным временем перемешивания. Проведение измерительных процедур для образцов, отобранных из других мест экземпляров смеси порошков Ti+Al, перемешанных в течение 5, 10 и 20 мин, позволяет построить зависимости коэффициента вариации от диаметра области возбуждения атомно-эмиссионного спектра лазерным пучком (см. фиг. 6). Видно, что в области однородного поведения аналитического сигнала, когда размер области его возбуждения больше масштабной границы R1=500 мкм, различия в коэффициенте вариации практически отсутствуют, тогда как в области микронеоднородного поведения при размерах области возбуждения спектра меньших R1, но больших R2 эти различия вполне очевидны (см. табл. 2).Example 2. The use of the method of atomic emission analysis with laser excitation of the spectrum allows for discreteness of the size of the excitation region of the analytical signal with a pitch of at least 100 μm. In FIG. Figure 5 shows the dependences of the ratio of the intensities of the Al line to the intensities of the Ti line in the spectra excited by a laser beam with a variable diameter on the surface of an analytical sample of a mixture of Ti + Al powders with 20-minute stirring. It is seen that a decrease in the size of the spectrum excitation region, expressed in a decrease in the diameter of the laser beam, naturally leads to an increase in the spread in parallel measurements. Using the magnitude of the coefficient of variation, up to a step in size of the excitation region, one can establish the scale boundary of the region of homogeneous behavior of the analytical signal (in this case, the ratio of the intensities of the lines of the spectrum), which is equal to R 1 = 500 μm. This value is close to that established using PCM analysis for this mixture with a mixing time of 20 min (see table. 1). The scale boundary of R 2 in this case, it is taken equal to 200 microns. Thus, for this analytical sample, the indicators of microinhomogeneity of the mixture with 20 minutes of mixing duration are K v = 8.6 Rel. % for the area of homogeneous behavior of the analytical signal and 13.6 Rel. % for the area of microinhomogeneous behavior. The influence of mixing time is established by the macroinhomogeneity indices obtained by averaging for analytical samples taken from different storage locations of specimen mixtures with different mixing times. Carrying out measuring procedures for samples taken from other places of the Ti + Al powder mixture samples mixed for 5, 10, and 20 min, allows one to construct the dependences of the coefficient of variation on the diameter of the region of excitation of the atomic emission spectrum by a laser beam (see Fig. 6). It can be seen that in the region of homogeneous behavior of the analytical signal, when the size of its excitation region is larger than the scale boundary R 1 = 500 μm, there are practically no differences in the coefficient of variation, while in the region of microinhomogeneous behavior when the dimensions of the spectrum excitation region are smaller than R 1 but large R 2 these differences are quite obvious (see table. 2).
По данным фиг. 6 и табл. 2 видно, что показатели макронеоднородности убывают, т.е. качество перемешивания и однородность возрастает в ряду значений длительности перемешивания: 5 мин → 10 мин → 20 мин.According to FIG. 6 and tab. Figure 2 shows that the macroinhomogeneity indices decrease, i.e. mixing quality and uniformity increases in the range of mixing durations: 5 min → 10 min → 20 min.
Пример 3. Измерительные процедуры по определению показателей микронеоднородности были использованы для анализа качества перемешивания смесей, состоящих из перхлората калия и бора с различной крупностью. Данные по показателям микронеоднородности, установленные аналогично Примеру 1, приведены в табл. 3Example 3. Measurement procedures for determining indicators of microinhomogeneity were used to analyze the quality of mixing of mixtures consisting of potassium perchlorate and boron with different sizes. Data on indicators of microinhomogeneity, established similarly to Example 1, are given in table. 3
Видно, что по всем показателям в пределах единичной аналитической пробы состав с более мелкими частицами горючего компонента является менее однородным, что связано с высокой склонностью более мелкого бора к агломерации.It can be seen that for all indicators within a single analytical sample, the composition with smaller particles of the combustible component is less uniform, which is associated with a high tendency of the smaller boron to agglomerate.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102287A RU2646427C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102287A RU2646427C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2646427C1 true RU2646427C1 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017102287A RU2646427C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2646427C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730929C1 (en) * | 2020-01-13 | 2020-08-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of estimating heterogeneity of structural materials and individual inhomogeneous areas by content of chemical elements |
| CN115096943A (en) * | 2022-06-21 | 2022-09-23 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | Nondestructive testing device and testing method for uniformity of fluid grinding tool |
| RU2818994C1 (en) * | 2024-01-29 | 2024-05-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for complex assessment of material inhomogeneity |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054660C1 (en) * | 1991-12-28 | 1996-02-20 | Алексей Никифорович Никифоров | Method for performing high precision x-ray spectrometry analysis of nonhomogeneous materials |
| AU751674B2 (en) * | 1999-06-21 | 2002-08-22 | Fct-Actech Pty Ltd | Method and apparatus for X-ray diffraction analyses |
| RU2452939C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-06-10 | Закрытое акционерное общество "Научные приборы" | X-ray diffraction method of identifying batches of pharmaceutical products |
| US20140001356A1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-01-02 | Fei Company | Cluster analysis of unknowns in sem-eds dataset |
-
2017
- 2017-01-24 RU RU2017102287A patent/RU2646427C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2054660C1 (en) * | 1991-12-28 | 1996-02-20 | Алексей Никифорович Никифоров | Method for performing high precision x-ray spectrometry analysis of nonhomogeneous materials |
| AU751674B2 (en) * | 1999-06-21 | 2002-08-22 | Fct-Actech Pty Ltd | Method and apparatus for X-ray diffraction analyses |
| RU2452939C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-06-10 | Закрытое акционерное общество "Научные приборы" | X-ray diffraction method of identifying batches of pharmaceutical products |
| US20140001356A1 (en) * | 2012-06-28 | 2014-01-02 | Fei Company | Cluster analysis of unknowns in sem-eds dataset |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730929C1 (en) * | 2020-01-13 | 2020-08-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of estimating heterogeneity of structural materials and individual inhomogeneous areas by content of chemical elements |
| CN115096943A (en) * | 2022-06-21 | 2022-09-23 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | Nondestructive testing device and testing method for uniformity of fluid grinding tool |
| CN115096943B (en) * | 2022-06-21 | 2024-04-26 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | Nondestructive testing device and testing method for uniformity of fluid grinding tool |
| RU2818994C1 (en) * | 2024-01-29 | 2024-05-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for complex assessment of material inhomogeneity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5264061B2 (en) | Method and apparatus for substance identification | |
| Bell et al. | Development of sampling methods for Raman analysis of solid dosage forms of therapeutic and illicit drugs | |
| Strobl et al. | Wavelength-dispersive dark-field contrast: micrometre structure resolution in neutron imaging with gratings | |
| Stärk et al. | A new approach for calibration of laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry using thin layers of spiked agarose gels as references | |
| CN104111264A (en) | Methods for quickly detecting content of heavy metal elements in rice and evaluating comprehensive pollution index of heavy metal elements | |
| RU2646427C1 (en) | Method for determining indexes of homogeneity of disperse material by the spectral method and method for determining the scale boundaries of homogeneity of disperse material by the spectral method | |
| Emmons et al. | High‐pressure infrared absorption spectroscopy of poly (methyl methacrylate) | |
| Vitton et al. | Particle-size analysis of soils using laser light scattering and X-ray absorption technology | |
| Matějíček et al. | Alternative methods for determination of composition and porosity in abradable materials | |
| Fernández-Ruiz et al. | Study of archaeological ceramics by total-reflection X-ray fluorescence spectrometry: Semi-quantitative approach | |
| Mroczkowska-Szerszeń et al. | Infrared spectroscopy methods in reservoir rocks analysis–semiquantitative approach for carbonate rocks | |
| Rossbach et al. | Homogeneity studies of reference materials by solid sampling–AAS and INAA | |
| EP3779418A1 (en) | Amorphous phase quantitative analysis apparatus, amorphous phase quantitative analysis method, and amorphous phase quantitative analysis program | |
| Tsuji et al. | Grazing exit electron probe microanalysis for surface and particle analysis | |
| Hubbard et al. | Experimental and calculated standards for quantitative analysis by powder diffraction | |
| Anggraeni et al. | Recognition of spectral identifier from green coffee beans of arabica and robusta varieties using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Schmitz et al. | Chemical U-Th-Pb dating of monazite by 3D-Micro X-ray fluorescence analysis with synchrotron radiation | |
| Kale et al. | Approaching the hard sphere limit in colloids suitable for confocal microscopy–the end of a decade lasting quest | |
| Jones | Uncertainties in focused ion beam characterisation | |
| Maltsev et al. | New quantification approaches for total-reflection X-ray fluorescence analysis of micro-sized samples: Apatite case study | |
| Attfield | Resonant powder x-ray diffraction applied to mixed valence compounds and the possibility of site-resolved x-ray absorption spectroscopy illustrated for YBa2Cu3O6. 27 | |
| Kim et al. | Accurate determination of polyethylene pellet density using transmission Raman spectroscopy | |
| CN108508056A (en) | A kind of method of accurate quantification trace solid free-radical contents | |
| Demir et al. | Effect on particle size to emitted X-ray intensity in pellet cement sample analyzed with WDXRF spectrometer | |
| RU2730929C1 (en) | Method of estimating heterogeneity of structural materials and individual inhomogeneous areas by content of chemical elements |