Brevet FR2484091A1 — publié le 19811211

Dispositif pour analyse thermique différentielle La présente invention concerne les dispositifs pour analyse thermique différentielle. L'invention peut trouver des applications avantageuses dans des installations de laboratoire destinées à étudier les transformations de phase des matériaux difficilement fusibles. Bien que le principe de l'analyse thermique différentielle soit connu depuis bien longtemps et qu'on l'utilise largement lors des études des différents matériaux, le problème de l'accroissement de la précision et de la fiabilité des résultats reste actuel jusqu' nos jours. D'autre part, la température maximale de fonctionnement de la nlurart des installations pour analyse thermique différentielle ne dépasse pas 18000C, ce qui limite considérablement leurs capacités technologiques puisque cela rend impossible l'étude de transformations de phase de plusieurs matériaux difficilement fusibles. On connait un dispositif pour analyse thermique différentielle permettant d'étudier des matériaux aux températures allant jusqu'à 23000C (brevets Etats-Unis d'Amérique NO 3524340, Grande-Bretagne NO 1133396, RF NO 1598651, France NO 1540445). Ce dispositif comprend un bloc chauffé, fabriqué en matériau difficilement fusible et délimitant deux chambres. Dans une des chambres est installé un creuset pour les éprouvettes à analyser et dans l'autre un creuset pour le matériau-étalon. Les soudures chaudes du thermocouple différentiel sont mises en contact avec des fonds des creusets. Des appareils enregistreures sont connectés au thermocouple, par exemple millivoltmètres ou enregistreurs. Le dispositif décrit permet de réaliser l'analyse thermique différentielle jusqu'à la température de 23000C. Cette limite de température est déterminée par les propriétés des-matériaux du thermocouple. Lors du chauffage de l'éprouvette dans un four électrique des inductions apparaissent dans le thermocouple, ce qui rend difficile l'en- registrement des paramètres mesurés. On connait aussi un autre dispositif pour analyse thermique différentielle à températures plus élevées (H.D. Heetderks, E. Rudy, T. Eckert. Planseeberichte für Pulvermetallurgie, 1965, 13, 2, 105) qui comprend un blocen ma matériau difficilement fusible et délimitant deux chambres, des trous étant prévus dans les couvercles de ces chambres. Les fonds des chambres sont fabriqués d'une seule pièce et n'ont pas de trous. Dans une des chambres est installé un creuset pourltéprouvette. Dans l'autre est installé un creuset pour matériau-étalon. Par l'un des trous, directement sur l'éprouvette, on disDose un pyrometre photo-électrique. Par l'autre trou,sur le matériau-étalon, est aussi disposé un pyromètre photo-électrique. Aux sorties des pyromètres photo-électriques sont connectés des appareils enregistreurs. L'avantage évident d'un tel dispositif réside en ce que le capteur est éloigné de la zone de températures élevées, ce qui permet d'élargir considérablement la gamme de températures de fonctionnement. Pour éliminer la dépendance des signaux des pyromètres photo-électriques du degré de noirceur de l'objet étudié, dans l'éprouvette et dans l'étalon, sont percés des trous borgnes simulant le corps noir. Chaque pyromètre photo-électrique vise le fond du trou de l'éprouvette et de l'étalon. La nécessité de la simulation du corps noir conditionne quelques difficultés lors de l'utilisation du dispositif décrit. On sait bien qu'un trou borgne cylindrique ne correspond au modele d'un corps noir que si le rapport de sa profondeur au diamètre n'est pas inférieur à 7. Mais dans le cas de telles dimensions relatives du trou, les dimensions de l'éprouvette et de l'étalon doivent être assez grandes et le poids doit atteindre 15g au moins. Lors de l'étude des alliages à base de métaux précieux et rares ce facteur porte considérablement sur le coût de l'expérience. Lors de l'étude de matériaux fragiles et durs le forage des trous dans l'éprouvette et dans l'étalon offre de grandes difficultés technologiques.Une erreur considérable dans les résultats de l'analyse est apportée par les produits d'évaporation du matériau, transportés par les courants de convection du gaz inerte sous lequel est chauffé le bloc. Les capacités technologiques du dispositif sont limitées par le fait que lors de la fusion de l'éprouvette le modèle du corps noir disparaît. Ce facteur exclut la possibilité de déterminer la température de la fin de fusion du matériau de l'éprouvette ainsi que de fixer les températures de transformations de phase du métal fondu, par exemple lors de sa cristallisation. L'invention vise à créer un dispositif pour analyse thermique différentielle dont la construction assure 1 ssélimination de la dépendance des signaux des pyromètres photo-électriques du degré de noirceur de l'objet étudié sans simuler le corps noir et, de cette façon; élargir les capacités technologiques du dispositif et abaisser le cout des recherches. Le dispositif pour analyse thermique différentielle conforme à l'invention comporte un bloc délimitant deux chambres munies de trous; un creuset pour l'éprouvette et un autre pour le matériau-étalon placés dans les chambres du bloc; des pyromètres photo-électriques dont l'un vise le trou de la chambre avec le creuset pour l'éprouvette et l'autre vise le trou de la chambre avec-le creuset pour le materiau-étalon; et des appareils enregistreurs, reliés électriquement aux sorties des pyromètres photo-électriques; et il est caractérisé en ce que les trous sont percés dans les fonds des chambres du bloc, les pyromètres photo-électriques étant disposés de manière à viser des cloisons disposées entre les trous et pàr conséquent entre-l'éprouvette et le matériau-étalon, et en ce que ces cloisons sont fabriquées en même matériau que le bloc. Les températures des cloisons sont déterminées par celles de l'éprouvette et de l'étalon, et on peut graduer l'échelle des températures des appareils enrégistreurs selon les températures des points critiques de matériaux bien connus. Cela permet de compter automatiquement la différence éventuelle entre la température de la cloison et celle de l'éprouvette. De~cette façon, les dispositions constructives particulières indiquées ci-dessus- (orientation des pyromètres photo-électriques sur les cloisons) excluent la nécessité de simuler le corps noir. Grâce à cela la possibilité d'utiliser, pour la recherche, des échantillons relativement petits d'un poids de 1 à 2 g est assurée. Cela baisse considérablement la consommation de l'énergie technologique et le coût des recherches. Puisque le matériau du bloc et des cloisons est identique, le dépôt par évaporation du matériau du bloc sur les cloisons ne change pas la composition des surfaces de ces dernières et pratiquement n'influence pas le degré de noirceur. Grâce au fait que les pyromètres sont orientés-sur les cloisons et non pas sur le matériau étudié, comme dans le dispositif connu, cela influence beaucoup moins les produits d'évaporation du. matériau que le flux lumineux reçu par les pyromètres photo-électriques. Le dispositif permet d'étudier les matériaux non seulementà 1' état solide mais aussi à l'état fondu. La plus simple variante du dispositif est celle où les fonds des creusets servent de cloisons. Les creusets doivent alors être en même matériau que le bloc. La variante préférable du dispositif est celle où les cloisons sont fabriquées en forme de plaques installées sous les fonds des creusets et en contact avec ceux-ci. Dans ce cas, le bloc peut être fabriqué en un matériau, par exemple du métal, et le creuset en un autre matériau, par exemple de la céramique. Pour éviter la déformation de la plaque, il est rationnel qu'elle soit convexe et que le fond du creuset correspondant s'appuie sur le sommet de sa surface convexe. Le plus économique est de fabriquer le bloc et les plaques en tungstène. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaltront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre -de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement la vue générale du dispositif pour analyse thermique diffé- rentielle conforme à l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une variante de réalisation du bloc du dispositif revendiqué avec les cloisons en forme de plaques conforme à l'invention; - la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation du bloc du dispositif revendiqué avec des plaques convexes. Le dispositif pour analyse thermique différentielle comprend un bloc I (figure I) délimitant deux chambres 2 et 3 avec des trous 4 et 5.Le trou 4 est percé dans le fond 6 de la chambre 2 et le trou 5 est percé dans le fond 7 de la cham bre 3. Par dessus les chambres 2 et 3 du bloc 1 sont fermees par un couvercle 8. Le bloc 1 est installé sur des tubes-supports 9 et 10 s'ap payant sur la surface supérieure d'une embase Il Le tube-support 9 par son bout supérieur est monté dans la partie inférieure du bloc I de façon coaxiale par rapport au trou 4 de- la chambre 2 et le tube support 10 par son bout supérieur est monté dans la partie inférieure du bloc I de façon coaxiale par rapport au trou 5 de la chambre 3.Sous les bouts inférieurs des tubes-supports 9 et 10 dans l'embase II sont percés des trous débouchants 12 et 13. Le trou 12est percé de façon coaxiale par rapport au tube-support 9 et le trou 13, de façon coaxiale par rapport au tube-support 10. Dans la chambre 2 du bloc I est installé un creuset 14 pour l'éprouvette 15 et dans la chambre 3, un creuset 16 pour le matériau-étalon 17. Le fond 18 du creuset 14, conformément à l'invention, sert de cloison 19 disposée entre l'éprouvette 15 et le trou 4 de la chambre 2. Le fond 20 du creuset 16, conformément à l'invention, sert de cloison 21 disposée entre le matériau-étalon 17 et le trou 5 de la chambre 3. Les cloisons 19 et 21, conformément à l'invention, sont fabriquées du même matériau que le bloc I. A la face inférieure de l'embase II, sous les trous 12 et 13, est raccordée une tubulure 22, sur le bout inférieur duquel il y a une fenêtre 23. Le dispositif comprend deux pyromètres photoélectriques 24 et 25 disposés sous la fenetre 23. La construction du pyromètre photo-électrique peut être différente pourtant, en l'occurence, il est rationnel d'utiliser un pyromètre photo-électrique à photodiode. Le pyromètre photo-électrique 24 vise, conforme ment à l'invention,par le trou 12 de l'embase II, le tubesupport 9, et par le trou 4 de la chambre 2, la cloison 19 disposée entre l'éprouvette 15 et le trou 4. Le pyromètre photo-électrique 25 vise, conformément à l'invention, par le trou 13 de l'embase II, le tube-support 10, et par le trou 5 de la chambre 3, la cloison 21 disposée entre le matériau-étalon 17 et le trou 5. Le pyromètre photo-électrique 24 a deux sorties 26 et 27 et le pyromètre photo-électrique 25 a deux sorties 28 et 29. Aux sorties des pyromètres photo-électriques 24 et 25 sont connectes les appareils enregistreurs 30 et 31. En qualité d'appareils enregistreurs 30 et 31 peuvent être utilisés des millivoltmètres ou enregistreurs potentiométriques. L'appareil enregistreur 30 est connecté aux sorties 26 et 27 du pyromètre photo-électrique 24 et sert à mesurer la température de l'éprouvette 15. L'appareil enregistreur 31 est connecté à la sortie 26 du pyromètre photo-électrique 24 et à la sortie 29 du pyromètre photo-électrique 25 selon le circuit de comparaison et sert à mesurer la différence de température de l'éprouvette 15 et du matériau-étalon 17. Les pyromètres photo-électriques 24 et 25 ont leurs sorties 27 et 28 connectées en opposition-série. Entre les pyromètres photo-électriques 24 et 25 et la fenêtre 23 est disposé un objectif 32. Sur la figure 2 des dessins ci-joints est représentée une variante de réalisation du bloc 1 du dispositif revendiqué, dont les cloisons 19 et 21 sont réalisées, conformément à l'invention, en forme de plaques 33 et 34 respectivement. La plaque 33, conformément à l'invention, est installée sous le fond 18 du creuset 14 et est en contact avec lui et la plaque 34 est installée sous le fond 20 du creuset 16 et est en contact avec lui. Les plaques 33 et 34 sont fabriquées du même matériau que le bloc 1. Conformément à l'invention, il est plus rationnel de fabriquer le bloc 1 et les plaques 33 et 34 en tungstène. Sur la figure 3 est représentée une variante de réalisation du bloc 1 du dispositif revendiqué avec des plaques convexes 33 et 34. Conformément à l'invention, la plaque convexe 33 est disposée sous le fond 18 du creuset 14 et le fond indiqué 18 s'appuie sur le sommet de la surface convexe de la plaque 33. La plaque convexe 34 est disposée sous le fond 20 du creuset 16 et le fond indiqué 20 s'appuie sur le sommet de la surface convexe de la plaque 34. Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante. Par le couvercle ouvert dans le creuset 12 on place l'éprouvette 15 et dans le creuset 16, le matériauétalon 17. On ferme le couvercle 8 et on chauffe le bloc 1. Comme étalon on utilise un matériau dans lequel, lors du réchauffement dans la gamme de températures, aucune transformation de phase ne se produise. Lors du réchauffement du bloc 1 les creusets 14 et 16 avec l'éprouvette 15 et le matériau-étalon 17 se réchauffent aussi. Les cloisons 19 et 21 (à la figure 1 les fonds 18 et 20 des creusets 14 et 16) se réchauffent eux aussi, et leurs températures sont déterminées essentiellement par les températures de l'é- prouvette 15 et du matériau-étalon 17. Le flux de rayonnement lumineux de la cloison 19 est perçu par le pyromètre photoélectrique 24 et celui de la cloison 21 par le pyromètre photo-électrique 25. L'appareil enregistreur 30. gradué d'une manière conforme, montre la température de l'éprouvette 15 et l'appareil 31 la différence entre les températures de ltéprouvet te 15 et du matériau-étalon 17. Lors de l'utilisation avec les appareils enregistreurs 30 et 31 (des enregistreurs non montrés sur les dessins) on obtient l'image graphique du changement de la température de l'éprouvette 15 etla diffé- rence de temnératures de l'éprouvette 15 et du matériau-étalon 17. Lors des transformations de phase dans le matériau à étudier (éprou- vette 15) la diffrence de température de l'éprouvette et du matériau-étalon change considérablement. Ayant enregistré la valeur des températures du début et de la fin des transformations de phase à ltétat solide ainsi qu' à l'état fondu, on détermine les points critiques de températures du matériau étudié. Les variantes de réalisation du dispositif, représentees sur les figures 2 et 3, fonctionnent essentiellement de la même manière, c est-à-dire comme décrit cidessus. Pourtant, en tant que sources de rayonnement des flux lumineux mesurés sont utilisées les plaques 33 et 34. La variation des températures des plaques 33 et 34 est analogue à celle des températures de l'éprouvette 15 et de l'étalon 17 à cause d'un échange calorifique intense entre les creusets 14 et 16 et ces plaques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En-particulier elle comprend tous les- moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si-celles-ci sont exécutées-.stiivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour analyse thermique différentielle comprenant un bloc délimitant deux chambres munies de trous, un creuset pour l'éprouvette et un creuset pour le matériauétalon, placés dans les chambres dudit bloc; des pyromètres photo-électriques, dont l'un vise le trou de la chambre avec le creuset pour 1 'éprouvette et l'autre vise le trou de la chambre avec le creuset pour le matériau-étalon; et des appareils enregistreurs reliés électriquement aux sorties des pyromètres photo-électriques; caractérisé en ce que les trous sont percés dans les fonds des chambres du bloc, les pyromètres photo-électriques étant disposés de manière à viser des cloisons disposées entre les trous indiqués, et par conséquent entre l'éprouvette et le matériau-étalon, et en ce que ces cloisons sont fabriquées en meme matériau que le bloc. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonds des creusets servent de cloisons et les creusets sont fabriqués en même matériau aue le bloc. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons sont fabriquées en forme de plaques, installées sous les fonds des creusets et en contact avec ceux-ci. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque plaque est convexe et que le fond du creuset correspondant s'appuie sur le sommet de sa surface convexe. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plaques et le bloc sont fabriqués en tungstene.