САМОГОРИЗОНТИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ, СМАЧИВАНИЯ И РАСТЕКАНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ В ВАКУУМЕ И ИНЕРТНОЙ ИЛИ АКТИВНОЙ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
SELF-LEVELLING DEVICE TO INVESTIGATE SURFACE PHENOMENA, WETTING AND SPREADING UNDER HEATING IN VACUUM AND INERT OR ACTIVE GAS MEDIA

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть преимущественно использовано для исследования поверхностных явлений смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах.
Известно гироскопическое устройство, содержащее основание 1 с опорой 2 для оси три и размещенный на оси ротор 4, обладающий способностью сохранять направление линии оси 0-0 собственного вращения ω. Гироскопическое устройство может быть использовано   преимущественно на средствах передвижения, в частности, содержащих  гироскопы с массивными роторами. Роторы 5А и 5В с противоположными направлениями вращения размещают последовательно вдоль линии O-O осей на осях 4А и 4В, связанных с боковыми опорами 2А и 2В и общей центральной опорой 3. Каждый из роторов расположен на своей оси асимметрично относительно опор оси с меньшим расстоянием от каждого из роторов до центральной опоры по сравнению с расстоянием от каждого из роторов до боковой опоры оси. При этом на центральную опору гироскопические силы действуют совместно в одном направлении со стороны обоих роторов, а на каждую из боковых опор гироскопическая сила действует только со стороны одного из роторов. Изобретение позволяет расширить область применения гироскопического устройства (патент РФ №2390725).
Недостатком аналога является отсутствие возможности использования методов исследования поверхностных явлений (смачивания и растекания) при размещении устройства в печи с контролируемой атмосферой (вакуумная печь, контейнер), помещаемого в печь с воздушным нагревом либо сушильным шкафом с температурой от 50 до 400°C.
Известно устройство для определения поверхностного натяжения и краевых углов смачивания металлических жидкостей. Установка состоит из вакуумной камеры 1, 2 - печь, 3 - паромасляный насос, 4 - форвакуумный насос, 5 - объектив, 6 - кассетная часть, 7 - пружины, 8 - образец металла на исследуемой подложке, 9 - очередные образцы, 10 - сильфон, 11 - вакуумный клапан, 12 - резервуар для очищенного инертного газа, 13 - горизонтальный шток, 14 - кварцевая призма или зеркало, 15 - конденсатор, 16 - осветитель, 17 - вертикальный шток. Горизонтирование проводилось за счет пружин (Контактные явления в металлических расплавах. Ю.В. Найдич, "Наукова Думка", Киев - 1972 г., стр.45).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для исследования кинетики растекания,  состоящая из: 1 - вакуумная камера, 2 - монометрические лампы, 3 - патрубки с фланцами, 4 - стальные плиты, 5 - каркас, 6 - амортизаторы, 7 - винтовая опора, 8 - печь сопротивления, 9 - измерительная ячейка, 10 - осветитель, 11 - длиннофокусный объектив, 12 - система трех зеркал, 13 - фотопластинка, 14 - кинокамера. Данное устройство горизонтировалось за счет выравнивания винтовых опор (Методы исследования и свойства границ раздела контактирующих фаз. "Наукова Думка", Киев - 1977 г., стр.54).
У аналога и прототипа недостатком является отсутствие возможности использования методов исследования поверхностных явлений (смачивания и растекания) при размещении устройства в печи с контролируемой атмосферой (вакуумная печь, контейнер), помещаемого в печь с воздушным нагревом либо сушильным шкафом с температурой от 50 до 400°C, а также то, что горизонтирование проводится полностью всей установки.
Задача изобретения на разработку самогоризонтируемого устройства, позволяющего проводить исследования при размещении устройства в печи с контролируемой атмосферой (вакуумная печь, контейнер), помещаемого в печь с воздушным нагревом.
Поставленная задача решается в предлагаемом самогоризонтируемом устройстве, включающем корпус, в верхней части которого установлен промежуточный элемент, закрепленный двумя стержнями к стенке корпуса, самогоризонтируемый столик, в нижней части которого расположен массивный груз, столик закреплен двумя стержнями в промежуточном элементе, причем стержни располагаются взаимно - перпендикулярно друг другу, а в нижней части корпуса расположены упоры для фиксирования массивного груза.
Целесообразно корпус, промежуточный элемент и столик выполнять в форме, определяемой формой печи или контейнера.
Целесообразно корпус выполнять из керамики, молибдена или стали.
Целесообразно промежуточный элемент выполнять из такого же материала, что и корпус или отличаться от него.
Целесообразно самогоризонтируемый столик выполнять из такого же материала, что и корпус или отличаться от него.
Целесообразно стержни для закрепления элементов устройства изготавливать из более жаропрочного материала и низким коэффициентом трения, чем материал, из которого выполнены эти элементы.
Целесообразно массивный груз выполнять из такого же материала, что и корпус или отличатся от него.
Целесообразно массивный груз выполнять съемным.
Целесообразно массивный груз соединять с самогоризонтируемым столиком через соединительный стержень.
Корпус, промежуточный элемент и столик выполняют любой формы,  определяемой формой печи или контейнера. Например, в случае использования устройства в квадратном контейнере, целесообразно изготавливать устройство квадратной формы для наибольшего размещения исследуемых образцов на поверхности столика. Таким же образом если печь имеет круглую форму, то целесообразно изготавливать устройство круглой формы.
Корпус, промежуточный элемент, самогоризонтируемый столик, массивный груз могут быть выполнены из керамики, молибдена или стали. Материал выбирают в зависимости от температурного режима проводимых исследований поверхностных явлений.
Варианты сочетания выполнения данных элементов устройства из разных материалов могут быть отличны, в целях экономии дорогостоящего материала.
Устройство позволяет исследовать процессы смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах при температурах до 1500…2000°C.
Массивный груз выполняют съемным и соединяют через соединительный стержень в целях удобства замены столика и экономии в случае выполнения груза из дорогостоящего материала.
Столик крепится к промежуточному элементу при помощи двух стержней, находящихся на одной оси. Промежуточный элемент крепится к корпусу так же, но стержни расположены на оси, перпендикулярной первой оси. Так как стержни расположены на двух пересекающихся осях они позволяют грузу регулировать положение столика в двух плоскостях. Столик принимает горизонтальное положение благодаря тяжести массивного груза и стержней, установленных именно таким способом.
Самогоризонтируемое устройство может размещаться в печи, сушильном шкафу, вакуумной печи, основание которых горизонтально не выровнено и не требует горизонтирования всей установки, в которой оно будет располагаться.
Данное устройство может быть использовано при любых газовых средах и температурах.
Стержни для закрепления элементов устройства изготавливаются из более жаропрочного материала с низким коэффициентом трения, чем материал из которого выполнены эти элементы.
Изобретение поясняется чертежами.
На Рис.1 - общий вид устройства круглой формы; на рис.2 - вид сверху.
Самогоризонтируемое устройство включает корпус 1, выполненный из керамики, молибдена или стали, в верхней части которого установлен промежуточный элемент 2, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, закрепленный двумя стержнями 3 к стенке корпуса 1, самогоризонтируемый столик 4, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, в нижней части которого расположен массивный груз 5, который может быть выполнен съемным и соединяться через соединительный стержень 6; самогоризонтируемый столик 4 закреплен двумя стержнями 7 в промежуточном элементе 2, причем стержни 3 и 7 расположены взаимно - перпендикулярно друг другу. В нижней части корпуса 1 расположены упоры 8 для фиксирования массивного груза 5. На рис.1 и 2 позицией 9 показаны навески образцов и позицией 10 - пластины исследуемого материала.
Корпус 1, промежуточный элемент 2 и самогоризонтируемый столик 4 выполнены в форме, определяемой формой печи или контейнера.
Устройство работает следующим образом.
На поверхности самогоризонтируемого столика 4 (Рис.1, 2) размещают пластины 10 из исследуемого материала, на поверхность которых помещают навески образцов 9. Столик 4 закрепляют в промежуточном элементе 2 двумя стержнями 7, находящимися на одной оси, устанавливают в верхней части корпуса 1, и закрепляют двумя стержнями 3 к стенке корпуса 1. Устройство помещают в печь и убирают упоры 8, необходимые в случае выполнения массивного груза 5 из хрупких материалов (молибден, керамика) для предотвращения сколов при случайном ударе, и соединенного с самогоризонтируемым столиком 4, посредством соединительного стержня 6.
Так как стержни 3 и 7 расположены взаимно - перпендикулярно друг другу на двух пересекающихся осях они позволяют массивному грузу 5, расположенному в нижней части самогоризонтируемого столика 4, регулировать положение в двух плоскостях, в результате чего столик принимает горизонтальное положение.
Самогоризонтирование обеспечивает формирование после растекания окружностей геометрически правильной и постоянной формы, площадь  которых легко измеряется, вычисляется при измерении диаметров двух взаимно-перпендикулярных направлений. Последнее обстоятельство обеспечивает корректное определение влияния температуры, химического состава контактирующих материалов и активности газовой среды.
После проведения исследования, самогоризонтируемое устройство вынимают из печи, охлаждают, ставят упоры 8. С самогоризонтируемого столика 4 снимают пластины 10 из исследуемого материала, на поверхности которых были размещены навески образцов 9.
Устройство готово к дальнейшей эксплуатации.
Техническим результатом является то, что устройство позволяет проводить исследования при размещении его в печи с контролируемой атмосферой и в печи с воздушным нагревом.