Введение к работе
Актуальность темы. Паровоздушный разряд между электролитическим и металлическим электродами имеет стабильную и диффузную структуру при атмосферном давлении. Режимами горения такого разряда можно управлять, изменяя концентрацию и состав электролита. В связи с этим область применения паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами расширяется. В последние годы определились новые перспективные направления его применения в плазмохимии, электронике и машиностроении. Паровоздушный разряд при пониженном и атмосферном давлениях с электролитическими электродами представляет большой практический интерес, как источник неравновесной плазмы с большим отрывом электронной температуры от температуры тяжелых частиц. Неравновесная плазма паровоздушного разряда имеет множество полезных практических применений: очистка, полировка и упрочнение металлических поверхностей; одностадийная технология получения порошка из углеродистых и инструментальных сталей; синтез органических соединений в растворах электролитов; стерилизация растворов и изделий, активация и очистка воды от токсичных веществ. Паровоздушные разряды между электролитическим и металлическим электродами используются в плазменной технологии нанесения теплозащитных, антикоррозионных, антифрикционных и диэлектрических покрытий. Несмотря на то, что, на сегодняшний день низкотемпературная плазма электрического разряда переменного и постоянного тока с электролитическими электродами нашла применение в различных областях науки и техники, протекающие в ней физические процессы, механизмы и характеристики остаются мало изученными как экспериментально, так и теоретически. Практически не разработаны способы и устройства для получения неравновесной плазмы паровоздушного разряда переменного тока с электролитическими электродами. Отсутствуют технологические процессы ее использования. Все это задерживает разработку и создание плазменных установок и новых перспективных технологических процессов с использованием паровоздушных разрядов переменного и постоянного тока с электролитическими и металлическими электродами при пониженном и атмосферном давлениях.
Целью данной работы является установление закономерностей физических процессов протекающих в паровоздушном разряде переменного и постоянного тока с электролитическими электродами при пониженном и атмосферном давлениях и создание на их основе устройств получения паровоздушного разряда с электролитическими электродами для практического применения в плазменной технике и технологии.
l'ot_ ІІЛЦиОеАЛЬИАИ ЬИвЛЦОТЕКА
-
Создать экспериментальную установку для исследования высокочастотного (/=13,56 МГц) емкостного ВЧЕ паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами в широком диапазоне давления 2,4-100 кПа, межэлектродного расстояния 1 = 5-30 мм и тока разряда 1=25 - 3000 мА.
-
Создать экспериментальную установку для исследования паровоздушного разряда переменного тока (f=50 Гц) между электролитическим и металлическим электродами, а также между электролитическими электродами в широком диапазоне давления V = 1, 4 - 100 кПа, межэлектродного расстояния 1=5-30 мм и тока разряда 1= 0,1 -1,2 А.
-
Создать экспериментальную установку для исследования паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами в широком диапазоне давления Р=1,3 -ЮОкШ, 1= 10 -62ттж 1 = 0,015-1 А.
-
Экспериментально исследовать структуры высокочастотного емкостного паровоздушного разряда между металлическим и электролитическим электродами.
-
Экспериментально исследовать структуры и ВАХ паровоздушного разряда переменного тока между металлическим и электролитическим электродами, а также между электролитическими электродами.
-
Экспериментально исследовать развитие разряда переменного тока между электролитическим и металлическим электродами.
-
Экспериментально исследовать ЯМР - 'Н спектры электролита, обработанного паровоздушным разрядом с электролитическим катодом при атмосферном давлении.
-
Экспериментально исследовать структуры и ВАХ паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами, плотности тока на электролитическом катоде и электролитическом аноде.
-
Обобщить напряжения зажигания электрического разряда переменного и постоянного тока с электролитическими электродами.
-
Разработать новые устройства для получения разряда переменного и постоянного тока с электролитическими электродами я исследовать возможности их практического применения.
Научная новизна исследований:
-
Впервые экспериментально изучены структуры высокочастотного емкостного паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами при пониженном и атмосферном давлениях.
-
Впервые представлены результаты экспериментального исследования структуры и ВАХ паровоздушного разряда переменного тока с электролитическими электродами, а также
между электролитическим и металлическим электродами при пониженном и атмосферном давлениях.
-
Впервые изучено развитие паровоздушного разряда переменного тока между электролитическим и металлическим электродами.
-
Впервые обобщены экспериментальные данные для напряжения зажигания паровоздушного разряда переменного тока между электролитическим и металлическим электродами.
-
Впервые обобщены экспериментальные данные для напряжения зажигания паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами.
-
Впервые проведена ЯМР - 'Н - спектроскопия электролита, обработанного паровоздушным разрядом с электролитическим катодом при атмосферном давлении.
-
Экспериментально исследованы структуры и ВАХ, плотности тока паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами.
-
Разработано устройство для получения разряда переменного и постоянного тока между электролитическим катодом и электролитическим анодом при атмосферном давлении.
-
Разработано устройство для получения разряда переменного и постоянного тока между электролитическими электродами при пониженных давлениях.
-
Разработано устройство для получения ВЧЕ паровоздушного разряда переменного тока между электролитическим и металлическим электродами.
-
Впервые получено углеродное покрытие (алмазоподобные тонкие пленки) с помощью ВЧЕ паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами.
Практическая ценность. Результаты исследования служат основой для понимания физических процессов, происходящих в паровоздушном разряде переменного и постоянного тока с электролитическими электродами с целью использования их в плазменной технике и технологии, плазмохимии и электронике. Созданы новые источники низкотемпературной плазмы паровоздушного разряда переменного и постоянного тока с электролитическими электродами: устройство для получения паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами при атмосферном давлении; устройство для получения паровоздушного разряда постоянного и переменного тока с электролитическими электродами при пониженных давлениях; устройство для получения ВЧЕ паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами. Проведена активация электролита. Получены углеродные покрытия (алмазоподобные пленки). Результаты обобщения напряжения зажигания переменного и постоянного тока между электролитическим и металлическим электродами можно рекомендовать для расчета плазменных установок с электролитическими электродами.
Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной научно-исследовательской работой по теме «Исследование взаимодействия парогазового разряда с поверхностью твердых тел» (1998 - 2001 гг.), по госбюджетной теме № С710-1/98 «Создание научных основ физики низкотемпературной плазмы стационарного и нестационарного парогазового разряда с нетрадиционными электродами» (1998 — 2000 гг.) и по программе Минобразования Российской Федерации «Научные исследования в области производственных технологий» по разделу «Радиационные технологии создания и исследования объектов в машиностроении и приборостроении» (2004 г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты экспериментального исследования высокочастотного емкостного паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами при атмосферном я пониженном давлениях.
-
Результаты экспериментального исследования паровоздушного разряда переменного тока (f~50 Гц) между электролитическими, а также между электролитическим и металлическим электродами при пониженном я атмосферном давлениях.
-
Результаты ЯМР - 'Н - спектроскопии электролита, обработанного паровоздушным разрядом постоянного тока между электролитическим катодом и металлическим анодом при атмосферном давлении, а также результаты экспериментального исследования паровоздушного разряда постоянного тока с электролитическими электродами.
-
Обобщенные характеристики напряжения зажигания паровоздушного разряда переменного и постоянного тока с электролитическими электродами.
-
Устройства для получения паровоздушного разряда переменного и постоянного тока и получение углеродных алмазоподобных тонких пленок.
Степень достоверности научны» результатов определяется применением физически обоснованных методик измерений, проведением исследований с использованием различных методов и сравнением подученных результатов с известными экспериментальными данными других авторов. Все эксперименты проводились с применением современных измерительных приборов высшего класса точности на стабильно функционирующей установке с хорошей воспроизводимостью опытных данных, обработанных на ЭВМ с применением методов математической статистики.
Апробация работы. Основные результаты данной диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: международный научно-технический семинар «Новые технологии - 96», г. Казань, 1996 г.; Международная научно - техническая конференция «Состояние и перспективы развития вакуумной техники», г. Казань, 1996г,
9 Школа по плазмохимии для молодых ученых России, Иваново ИГХТУ, 1999т; Международная научно-техническая конференция "Машиностроение и техносфера на рубеже ХШ века". Севастополь, 1998г, 1999т, 2000т; Всероссийская научно-техническая конференция "Состояние и проблемы измерений". Москва, 1999т; научно - технические семинары КГТУ им. А.Н. Туполева
Личный вклад «втор» в работу. Личный вклад автора в работы, вошедшие в диссертацию, является определяющим. Автором создана экспериментальная установка в соответствии с целями исследования; проведены эксперименты, выполнены обработка, анализ и обобщения экспериментальных результатов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы (одна статья, один доклад и 20тезисовдокладов).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 120 страницах. № них 90 страниц машинописного текста, содержит 40 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 120 источников отечественных и зарубежных авторов.
