Введение к работе
Актуальность темы. Важность работ по исследованию явления эктрического взрыва проводника (ЭВП) обусловлена двумя зтоятельствами: во-первых, интересной физической природой П, во-вторых, обширной областью его применения в научных следованиях и технике. С точки зрения научных исследований Г! представляет большой интерес в связи с возможностью строго нагрева металлов до высоких температур (Т > 10 К/с, > 10 К), что позволяет изучать их физические свойства я зовые превращения при переходах от твердого до плазменного стояния. Поэтому ЭВП перспективен для изучения взрывной иссии электронов с металлической поверхности, для ределения свойств металлов в окрестности критической точки и следования высокотемпературного фазового перехода металл -металл.
Очень важны и такие технологические применения ЭВП, как оизводство аэрозолей и напыление тонких пленок для нужд кроэлектроники. При напылении тонких пленок проволочка рывается на определенном расстоянии от подложки, и качество лучаемого покрытия зависит от множества факторов: аленность от проволочки, материал подложки, давление ружающей среды, мощность электровзрыва и т. д. Особенно важна мпература и скорость подлета продуктов ЭВП к препятствию. Порошки, получаемые методом ЭВП, обладают рядом интересных ойств. Возможно получение уникальных химических соединений, стіщ чрезвычайно малого размера (10 м). Распределение ьтрадисперсных частиц по размерам и их внутреннее строение кже зависит от параметров ЭВП, особенно от таких, как еденная энергия, начальный диаметр . проволочки, внешнее отиводавление. Для прогнозирования свойств получаемого рошка надо знать не только плотность, температуру, скорость злета продуктов ЭВП, но и темпы их охлаждения во времени и остранстве.
Ц'-'ль работы. Теоретическое исследование закономерностей разования и дальнейшей эволюции ультрадисперсных частиц. ределение оптимальных условий (расстояние до подложки и личина внешнего противодавления) для получения покрытий, след*- '..ше влияния ^тратификаг.!';! взрывающейся проволочки на панику галета продуктов ЭВП.
Научная новизна.
1. Теоретически показано, что зависимость количества
осевшего на подложке вещества при ЭВП немонотонно зависит от
расстояния до последней. Существует (при данном давлении)
оптимальное расстояние, при 1 котором процент осаждения
максимален.
2. Численно исследовано поведение ультрадисперсных частиц
при разлете, для разных вариантов ввода энергии в проводник.
Показано, что свойства и размеры периферийных капель слабо
зависят от условий электровзрыва.
3. Расчетами подтверждено, что порошки, получаемые
электровзрывом, как правило, состоят из двух фракций:
неиспарившиеся частицы вещества, возникшие при разрушении исходного проводника,
частицы металла, образовавшиеся при конденсации паров в процессе разлета продуктов ЭВП.
4. Дано качественное объяснение возникающим при ЭВП двум
ударным волкам. Наблюдаемая стратификация объясняется
неравномерным нагревом проволочки в момент взрыва.
Рассчитанные температуры горячих и относительно холодных
областей проволочки отличаются примерно на порядок.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования
позволяют лучше понять процессы в разлетающихся продуктах
электровзрыва, оценить влияние тех или иных факторов, таких
как введенная энергия, внешнее противодавление й других, кз
динамику расширения, интенсивность возникающих ударных волн,
ионизацию в парах. Найдено оптимальное расстояние до подложки
при получении тонких пленок методом ЗВП. Численная модель,
предложенная в данной работе, может использоваться для
ориентировочного прогнозирования размеров частиц при взрыве
проволочек.
Тезисы, выносимые на защиту.
1. При нанесении покрытий оптимальное расстояние до
подложки составляет 15-30 начальных диаметров проволочки,
чем ниже давление окружающей среды, тем выше процент
осаждения.
2. Расчеты подтверждают ранее высказывавшийся тезис о том,
что порошки, получаемые электровзрывом, как правило, состоят
из дьух фракций:
- ненспарившиеся частицы вещества, возникшие при разрушении
исходного проводника и находящиеся преимущественно на
//
периферии взрывной камеры,
частицы металла, образовавшиеся при конденсации паров в процессе разлета продуктов 'ЭВП, заходятся в основном в центральной части взрывной камеры.
-
Решенная численно задача по моделировании динамики двух ударных волн во взрывающейся стратифицирующейся проволочке показывает, что температуры холодных и горячих областей отличаются на порядок.
-
Точность численных расчетов разлета меди с начальной плотностью 0. 4 г/см и температурой 2. эВ при выборе уравнения состояния идеального газа не превышает пяти процентов по плотности, температуре и скорости в сравнении с более точными интерполяционными уравнениями состояния.
Апробация результатов диссертации. Результаты, приведенные в диссертации, обсуждались на VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (г. Свердловск, і9905, на V Всесоюзной школе по современным проблемам механики жидкости и газа (г. Иркутск, 1990), на VIII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (г. Мине*:, 1991), на Всесоюзном симпозиуме по газодинамике взрывных я ударных золн, детонационного и сверхзвукового горения (г. Алма-Ата, 1991), XX Международной конференции по явлениям з ионизованных газах (Барга, Италия, 1991), на IX Симпозиума по сильноточной электронике (Россия, 1992), опубликованы в их трудах и з центральной печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения к списка цитируемой литературы. Общий обьем 'диссертации составляет 130 страниц, иллюстрируемых 28 рисунками. Список цитируемой литературы включает 68 наименований.
