IMPM-15-07-01

Pinnat prosessimetallurgiassa
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa
Syksy 2015
Teema 7 - Luento 1
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Tavoitteet
• Oppia pintojen ominaispiirteet ja niiden
kuvaamiseen käytetyt suureet
• Oppia tunnistamaan pintailmiöiden roolia
prosessimetallurgiassa
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Sisältö
•
•
•
•
•
•
Peruskäsitteet: Pinta ja rajapinta
Pintojen erityispiirteitä
Pintojen merkitys prosessimetallurgiassa
Ydintyminen
Kostutus
Pintoja kuvaavat ominaisuudet
– (Raja)pintaenergia ja -jännitys, pinta-aktiivisuus
• (Pintaominaisuuksien kokeellinen määritys)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pinta? Rajapinta?
• Pinta
= Kondensoituneen (kiinteä tai neste) faasin
’ulkopinta’ (kaasufaasia vasten)
• Rajapinta
= Kahden kondensoituneen faasin välinen
rajapinta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintojen erityispiirteitä
• Kondensoituneilla faaseilla on aina (raja)pinta
• Rakenne ja ominaisuudet eivät vastaa bulkkia
– Vähemmän järjestäytynyt
– Pintaan on sitoutunut ylimääräistä energiaa
• Erittäin ohut (vain kymmeniä atomikerroksia)
• Pintoja on erilaisia
–
–
–
–
Eri olomuodon omaavien faasien välillä
Saman olomuodon omaavien faasien välillä
Ulkopinta kaasua vasten
Raerajat
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva. Skemaattinen kuva pinnan rakenteesta
(H.Jalkanen, 2006)
Pintojen erityispiirteitä
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintojen merkitys
prosessimetallurgiassa
• Metallurgiset prosessit
ovat aina heterogeenisiä:
useita faaseja, joiden
välillä on rajapintoja
– Pintojen rooli erityisen suuri
systeemeissä, joissa on
paljon pinta-alaa suhteessa
tilavuuteen
•
•
Hienojakoiset materiaalit
Pieniä kuplia, pisaroita, ym.
• Hallittavia asioita:
– Heterogeeniset reaktiot
rajapinnoilla
•
– Aineen- ja lämmönsiirto
rajapintojen yli
– Pintoihin sitoutunut energia
•
•
•
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Yhteinen rajapinta
Pisaroiden ja kuplien
muodot
Uuden faasin
muodostuminen ja kasvu
Faasien väliset kontaktit
Esimerkkejä pintojen
merkityksestä metallurgiassa
• Heterogeenisen reaktion
edellytyksenä on kontakti
faasien välillä (yhteinen
rajapinta)
• Tämä voi olla rajoittava
tekijä erityisesti kiinteäkiinteä-reaktioissa
– Reaktio tapahtuu usein
epäsuorasti kaasufaasin
kautta
Kuva: Prof. Timo Fabritius.
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
KOKSI
PELLETTI
SINTTERI
• Sulan ja kiinteän faasin välinen
kontaktipinta-ala riippuu faasien välisestä
kostutuksesta
• Kuitenkin aina suurempi reaktiopinta kuin
kiinteiden faasien välillä
• Myös partikkelikoolla on
KUONA
merkittävä rooli
KOKSI
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Prof. Timo Fabritius.
Esimerkkejä pintojen
merkityksestä metallurgiassa
Esimerkkejä pintojen
merkityksestä metallurgiassa
• Kiinteä-kaasu-reaktioissa reaktiopinta-alan
suuruuteen vaikuttavat erityisesti kiinteän
materiaalin huokoisuus ja mahdollisen
reaktiotuotekerroksen rakenne
CO2
CO
CO2
CO
LAMINAARI RAJAKERROS
Fe
FeO
FeO+CO=Fe+CO2
HUOKOINEN PINTAKERROS
TIIVIS PINTAKERROS
Kuva: Prof. Timo Fabritius.
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Esimerkkejä pintojen
merkityksestä metallurgiassa
• Sula-sula-reaktioissa reaktiopinta-alaa
voidaan kasvattaa pisaroittamalla
• Sula-kaasu-reaktioissa reaktiopinta-alaa
voidaan kasvattaa kuplittamalla tai
pisaroittamalla
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Esimerkkejä pintojen
merkityksestä metallurgiassa
• Sintraantumisen ajavana voimana toimii
pintaan sitoutuneen energian pieneneminen
• Sulafaasin läsnäollessa aineensiirto
nopeutuu, jolloin sintraantuminen on
nopeampaa
– Sulafaasi toimii sideaineena
Kuva: Prof. Timo Fabritius.
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Ydintyminen
• Uuden faasin muodostuminen
– Muodostuu rajapintaa erottamaan uutta faasia
vanhasta faasista
– Homogeenisesti tai heterogeenisesti
• Seurausta muutoksista mm.
– lämpötilassa (jähmettyminen, kaasukuplien synty)
– koostumuksessa (sulkeumien synty)
– molemmissa (erkaumien synty jäähdytyksessä)
• Edellytyksenä systeemin kokonaisenergian
pieneneminen
– Gibbsin vapaaenergia + pintaenergia
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Porter & Easterling: Phase transformations in metals and alloys. 1981. London. Chapman and Hall. 446 s.
Kriittinen säde, jota
suuremmilla säteen
arvoilla vapaaenergia
pienenee säteen
kasvaessa eli ytimen
kasvu on spontaania
Homogeeninen ydintyminen
• Ydintyminen toisen faasin sisään
• Ydintymiselle on ajava voima, kun
uuteen pintaan sitoutuneen energian
määrä ei ole suurempi kuin
vapaaenergian muutos uuden faasin
muodostumiselle
– G kasvaa suhteessa tilavuuteen (r3)
– Pintaenergia kasvaa suhteessa pintaalaan (r2)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
G* kuvaa, kuinka
suuri ylikyllästyminen
tai alijäähtyminen
tarvitaan ydinten
muodostumiseksi
r* 
2 SL
GV
G* 
3
16 SL
3GV 
2

3
16 SL
3Gn VM 
2
Kuva: Porter & Easterling: Phase transformations in metals and alloys. 1981. London. Chapman and Hall. 446 s.
Heterogeeninen ydintyminen
• Ydintyminen kahden faasin rajapinnalle
• Energeettisesti edullisempi kuin
homogeeninen ydintyminen
– Vaaditaan vähemmän uutta pintaa, jolloin
tarvittava ydintymisenergia on pienempi
– Ero homog. ja heterog. ydintymisen välillä
on sitä suurempi, mitä paremmin
muodostuva faasi kostuttaa olemassa
olevaa faasia
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Ydinten kasvumekanismit
• Riippuu, minkälaisesta ytimestä on kyse
• Kiinteän faasin ydintyminen metallin jähmettyessä
– Kasvavien kiteiden pinnalla vapautuu lämpöä
(jähmettymislämpö), jonka on päästävä siirtymään pois
rajapinnalta (kiinteään tai sulaan faasiin), jotta
jähmettyminen etenee
– Käytännössä vaaditaan tietty alijäähtyminen
• Sulkeumien tai kaasukuplien kasvu metallisulassa
– Kasvu diffuusion välityksellä tai ydinten törmätessä toisiinsa
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kostutus
• Youngin yhtälö:
–
–
–
–
–
 sv   sl   lv  cos
Pieni nestepisara kiinteällä alustalla
sv on kiinteä-kaasu-rajapintajännitys
sl on kiinteä-neste-rajapintajännitys
lv on neste-kaasu-rajapintajännitys
 on faasien välinen kostutuskulma
• Kostutuskulma kuvaa sulan kykyä kostuttaa alustaansa
–  < 90 = Hyvä kostutus
–  > 90 = Huono kostutus
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuvat: Aksay, Hoge & Pask: The Journal of
Physical Chemistry 78(1974)12, 1178-1183.
Kuva: Verein Deutscher Eisenhüttenleute. Schlackenatlas.
2nd ed. Düsseldorf. 1995. Verlag Stahleisen M. B. H. 616 s.
Kostutus
• Nestepisara toisen sulan pinnalla:
 L G cos    L G cos    L
2
1
12L2
cos 
– Käytännössä  oletetaan hyvin pieneksi
 cos() = 1
• Kostutuksesta ja kostutuskulmasta löytyy lisätietoa mm.
Slag Atlaksen luvuista 10 ja 12
– Luvussa 12 on lisäksi lukuisia kokeellisesti määritettyjä
kostutuskulman arvoja metallurgisiin systeemeihin liittyen
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Reaktiivinen kostutus
Kuva: Eustathopoulos & Drevet.
Composite Interfaces 2(1994)1, 29-42.
• Systeemi ei ole tasapainossa,
mikäli sulan ja kiinteän faasin
välillä on reaktioita ja/tai
aineensiirtoa
• Kostutus paranee, kun:
– reaktio on nopea
– aineensiirto faasien välillä on
nopeaa
• Kostutuksen voi vaikuttaa
myös muodostuva tuotekerros
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Landry, Rado, Voitovich &
Eustathopoulos. Acta Materialia 45(1997)7,
3079-3085.
Pintoja kuvaavat ominaisuudet
• Pintaenergia ja -jännitys
• Rajapintaenergia ja -jännitys
• Pinta-aktiivisuus
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintaenergia, 
 G 
s  


A
 s T , P ,ni
• Kuvaa pintaan sitoutunutta energiaa
– Pinta-alayksikköä kohden määritetty skalaarisuure
• Pyrkimys minimoida systeemin kokonaisenergia
(sis. pintaan sitoutunut energia)
– Kuplien ja pisaroiden pyrkimys pallon muotoon
– Ajava voima kuplien, pisaroiden ja rakeiden kasvulle
– Merkittävässä roolissa pienillä pisaroilla, kuplilla, jne.
joilloin pinta-alaa on paljon suhteessa tilavuuteen
• Yksikkönä käytetään J/m2
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintaenergian huomiointi
tasapainotarkasteluissa
• Pintaan sitoutuneen energian huomiointi
Gibbsin vapaaenergiaa laskettaessa
dG  SdT  VdP   i dni     s dAs   C1dc1  C2 dc2
– Kaksi viimeistä termiä kuvaavat pintaenergian
riippuvuutta pinnan kaarevuudesta (huomioitava
vain erittäin pieniä (alle 50 Å) kappaleita
tarkasteltaessa
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintajännitys, 
 s 

 x 
 s   s  x
• Kuvaa pinnassa vaikuttavaa • Kiinteillä aineilla pinta-alan
voimaa
kasvu tiettyyn suuntaan
aiheuttaa jännityksen
– Vektorisuure, jolla on suunta
– Jännityksen suuruus riippuu
• Yksikkönä käytetään N/m
pituuden muutoksesta
• Sulilla aineilla:
• Tästä johtuen pintaenergia
– pintaenergian arvo =
ja -jännitys voivat poiketa
pintajännitysen arvo
toisistaan paljonkin
• Jännityksettömillä kiinteillä
aineilla:
– pintaenergian arvo 
pintajännityksen arvo
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
– Erityisesti matalissa
lämpötiloissa
– Ero pienenee, kun T kasvaa
Rajapintaenergia ja -jännitys
• Kahden kondensoidun faasin (kiinteä-sula tai
sula-sula) välillä olevaa rajapintaa kuvaavat
ominaisuudet
– Rajapintaenergia on skalaarisuure
– Rajapintajännitys on vektorisuure
– Yksiköt samat kuin pintaenergialla ja -jännityksellä
• Pyrometallurgiassa tärkeimpiä ovat kuona- ja
metallisulien väliset rajapintaominaisuudet
• Yleensä rajapintajännitys pienenee, mikäli
faasien välillä on aineensiirtoa
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuvat: Kasama et al. Canadian Metallurgical Quarterly. 22(1983)1, 9-17.
Boni & Derge. 1956. Transactions AIME Journal of Metals. 1956.1, 53-64.
Metallurgisten sulien pinta- ja
rajapintajännityksiä
 Fe  2367  0,34  T C 
Fe-X-liuos
Fe-C
Fe-Ce
Fe-Mn
Fe-N
Fe-P
Fe-Si
Seosaineen vaikutus pintajännitykseen
ei vaikutusta
 = Fe - 700[%Ce]
 = Fe - 51[%Mn]
 = Fe - 5585[%N]
 = Fe - 25[%P]
 = Fe - 30[%Si]
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Metallurgisten sulien pinta- ja
rajapintajännityksiä
• Kuonien pintajännityksiä sekä kuona-metallirajapintajännityksiä tarkastellaan tarkemmin
teeman 8 yhteydessä:
– Kuonien ominaisuudet
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
• Jotkut aineet konsentroituvat
pinnoille (pinta-aktiivisuus)
– Esim. happi ja rikki terässulassa
• Taustalla pintaan sitoutuneen
energian minimointipyrkimys
– Pinta-aktiiviset aineet alentavat
pintaenergiaa
• Vaikuttavat mm. aineensiirtoon
pinnan yli
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuvat: Ono-Nakazato et al. ISIJ Int. 46(2006)9,1306-1311.
Nakashima & Mori. ISIJ Int. 32(1992)1,11-18.
Pinta-aktiiviset aineet
Pintaominaisuuksien kokeellinen
määritys
• Koejärjestelyissä kiinnitetään:
– systeemin geometria
– aineiden koostumukset/määrät
– olosuhteet
• Mitataan:
– kostutuskulmaa
– voimaa
– ja/tai etäisyyksiä sekä dimensioita
• Määritetään edellisten pohjalta laskennallisesti:
– pintaominaisuudet kuten pintaenergia tai -jännitys
– Yhtälöt määritetään systeemin geometrian pohjalta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Pintaominaisuuksien kokeellinen
määritys
• Kapillaarimenetelmä
• Irrottamismenetelmät
• Kaasukuplan ja pisaran
maksimipainemenetelmät
• Pisaran painomenetelmä
• Sessile drop -menetelmä
• Pendant drop -menetelmä
• Oskilloivan pisaran menetelmä
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
• Tarkasteltavaan nesteeseen upotetaan
kapillaariputki
• Menetelmällä voidaan määrittää nesteen
pintajännitys, joka saadaan laskettua, kun
nestepatsaan korkeus, pinnan
kaareutuma ja nesteen tiheys tunnetaan
• Kostuttavat systeemit:
– Kuvan mukainen käyttäytyminen
• Kostuttamattomat systeemit:
– Kaarevuus toisin päin; nesteen pinta putkessa
alempana kuin ympäröivän nesteen pinta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Salmang & Scholze. Keramik – Teil 1:
Allgemeine Grundlagen und wichtige
Eigenschaften. Sechste Auflage. Berlin.
Springer-Verlag. 1982. 308 s.
Kapillaarimenetelmä
Kapillaarimenetelmä
• Tarkka menetelmä
• Rajoituksia/heikkouksia:
– Tarkasteltavan nesteen ja kapillaarimateriaalin
välinen kostutuskulma on tunnettava
– Kapillaariputken oltava mahdollisimman tasainen
ja läpinäkyvä (visuaalinen havainnointi)
– Lasiputket reagoivat metallisulien kanssa, mikä
rajoittaa niiden käyttöä
– Vaatii kohtalaisen määrän näytenestettä
– Halkaisijan kasvaessa painovoima vaikuttaa
kaarevuuteen (tarvitaan korjauskertoimia)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
• Tarkasteltavaan nesteeseen upotetaan
kappale (rengas, ohut levy, putki tai sylinteri)
• Kostuttava neste kiinnittyy kappaleeseen
• Kappaletta nostetaan ylöspäin ja
nostamiseen tarvittava voima mitataan
• Vaadittava voima saavuttaa maksimin
hetkellä, jolla neste irtoaa kappaleesta
• Pintajännitys voidaan laskea mitatun
maksimivoiman pohjalta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Verein Deutscher
Eisenhüttenleute. Schlackenatlas.
2nd ed. Düsseldorf. 1995. Verlag
Stahleisen M. B. H. 616 s.
Irrottamismenetelmät
• Tarkasteltavaan nesteeseen upotetaan kapillaariputki, jonka sisällä vallitsevaa painetta nostetaan
• Paine saavuttaa maksimiarvonsa hetkellä, jolloin
putken päähän muodostuva kupla irtoaa putkesta
• Mitatun maksimipaineen pohjalta voidaan
määrittää nesteen pintajännitys
– Tunnettava upotussyvyys, putken halkaisija ja nesteen
tiheys
– Käytännössä tarvitaan lisäksi erilaisia kapillaarivakioita ja
korjauskertoimia, koska kuplan muoto yleensä poikkeaa
pallomaisesta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Verein Deutscher
Eisenhüttenleute. Schlackenatlas.
2nd ed. Düsseldorf. 1995. Verlag
Stahleisen M. B. H. 616 s.
Kaasukuplan ja pisaran
maksimipainemenetelmät
Kaasukuplan ja pisaran
maksimipainemenetelmät
• Menetelmän etuja ovat nopeus ja
soveltuvuus myös reaktiivisten systeemien
tarkasteluun
– Tosin putken halkaisijan tarkka määrittäminen on
vaikeaa, mikäli putkimateriaali reagoi
voimakkaasti tarkasteltavan nesteen kanssa
• Voi muodostua ongelmaksi esim. aggressiivisia
kuonasulia tarkasteltaessa (erityisesti korkeat
lämpötilat)
• Mittausvirhettä voi aiheuttaa myös liian suuri
kuplimisnopeus
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
• Nestettä valutetaan putken päähän, kunnes
putken päähän muodostunut pisara kasvaa
niin suureksi, ettei pintajännitys enää pysty
estämään pisaran putoamista
• Nesteen pintajännitys voidaan laskea, kun
pisaran massa, putken säde ja pisarasta
putoamatta jäävää osaa kuvaava
korjauskerroin tunnetaan
– Etuna se, ettei nesteen tiheyttä tarvitse tietää
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Adamson: Physical chemistry of surfaces.
3rd ed. New York. John Wiley & Sons Ltd. 1976
Pisaran painomenetelmä
Pisaran painomenetelmä
• Edellytys mittausten onnistumiselle:
– Pisaraa on kasvatettava riittävän hitaasti juuri
ennen sen putoamista, jotta ’pintajännityksen
voittamiseen’ tarvittava massa saataisiin
määritettyä mahdollisimman tarkasti
– Yleensä pudotetaan useita pisaroita, joiden
lukumäärä lasketaan
– Alla olevaan astiaan kertyneen nesteen
kokonaismassan pohjalta voidaan määrittää
keskimääräinen pisaran massa, kun pisaroiden
lukumäärä tunnetaan
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Sessile drop ja Pendant drop
-menetelmät
• Pienet pisarat pyrkivät pallomaiseen
muotoon pintajännityksen minimoimiseksi
– Pallomaisella kappaleella on pienin pinta-ala
suhteessa tilavuuteen
• Pintajännitys voidaan määrittää pisaran
muodon pohjalta, kun tarkastellaan
systeemiä, jossa gravitaatio- ja pintavoimat
ovat tasapainossa
– Pisaran muotoon perustuvia menetelmiä ovat
mm. sessile drop ja pendant drop -menetelmät
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Sessile drop -menetelmä
(Optinen dilatometri)
•
•
Pisaran dimensioiden
pohjalta saadaan laskettua
halutut pintaominaisuudet
(kostutuskulma,
pintajännitys, jne.)
Voidaan tarkastella myös:
–
–
Sulamis- ja pehmenemiskäyttäytymistä
Alustan ja näytteen välisiä
reaktioita analysoimalla näyte
kokeen jälkeen esim.
pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
1 Tutkittava näyte
2 Alusta
3 Näytekelkka
4 Kuljetin
5 Uuniputki
6 Termoelementti
7 Videokamera
8 Tietokone
9 TV-monitori
10 Virtalähde
11 Sähkövastus
12 Datalogger
13 Lämpötilan säädin
Kuva: Heikkinen (laadittu oppimateriaalia varten)
Sessile drop -menetelmä
• Pisaran muotoa (ja pintaominaisuuksia) voidaan
tarkastella:
– häiriöttömissä (tasapaino-)olosuhteissa TAI
– jonkin olosuhdemuuttujan (esim. T) funktiona
• Yleensä tarkastelut suoritetaan inertissä
atmosfäärissä (Ar), jottei pinta-aktiivinen happi
sotkisi mittauksia
– Ellei haluta tarkastella hapen vaikutusta
• Suurin virhelähde on yleensä muuttujien
epätarkka määritys kuvista
– Erityisesti, jos sulaminen tapahtuu epäsymmetrisesti
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Sessile drop -menetelmä
Kuonasula vs. Al2O3
Kuonasula vs. grafiitti
Kuvat: Heikkinen (laadittu oppimateriaalia varten)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
• Tarkastellaan pisaran muotoa
tilanteessa, jossa siihen vaikuttavat
pinta- ja gravitaatiovoimat
• Pintaominaisuudet määritetään laskemalla
• Sessile drop -menetelmässä näytepisara
makaa alustalla
• Pendant drop -menetelmässä pisara roikkuu
kapillaariputken päässä
• Etuna pieni näytemäärä, vaikeutena pisaran
dimensioiden tarkka määritys
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Verein Deutscher
Eisenhüttenleute. Schlackenatlas.
2nd ed. Düsseldorf. 1995. Verlag
Stahleisen M. B. H. 616 s.
Pendant drop -menetelmä
Oskilloivan pisaran menetelmä
– Sulapisara jatkuvassa oskilloivassa
liikkeessä sähkömagneettisen kentän
ja pintaa ylläpitävän pintaenergian
vaikutuksesta
– Oskillointitaajuus on verrannollinen
pintajännitykseen, joten pintajännitys
voidaan määrittää laskennallisesti sen
pohjalta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Kuva: Verein Deutscher
Eisenhüttenleute. Schlackenatlas.
2nd ed. Düsseldorf. 1995. Verlag
Stahleisen M. B. H. 616 s.
• Gravitaatiovoimien kompensointi
sähkömagneettisen voiman avulla
Oskilloivan pisaran menetelmä
• Etu kaikkiin em. menetelmiin verrattuna on
se, ettei tarkasteltava neste ole kontaktissa
minkään mittauslaitteistoon kuuluvan osan
(alusta, kapillaariputki, upokas, jne.) kanssa
– Näyte kontaktissa vain atmosfäärin kanssa
– Ei vuorovaikutuksia, joiden seurauksena näytteen
koostumus ja ominaisuudet muuttuisivat
– Soveltuvuus myös hyvin korkeissa lämpötiloissa
(yli 2000 C) sulavien materiaalien tarkasteluun
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015
Teeman 7 suoritus
• Pintailmiöihin ja niiden merkitykseen
tutustutaan tarkemmin paritöinä tehtävien
raporttien kautta
• Deadline: 18.12.2015
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2015