Электротехнологические комплексы на основе управляемого газового разряда для изучения теплофизических свойств материалов и определения толщины покрытий

• Автор: Марцынюков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫМ РАЗРЯДОМ

1Л. Газоразрядный лазер на углекислом газе

1.2. Модуляция лазерного излучения

1.3. Положительный столб тлеющего разряда

1.3.1. Электрический дрейф заряженных частиц

1.3.2. Диффузионное движение заряженных частиц

1.3.3. Описание плазменных моделей

1.4. Исследование влияния магнитного поля на поведение

газового разряда
1.4.1. Измерение параметров плазмы зондовым методом
1.4.2. Исследование смещения заряженных частиц
под действием поперечного магнитного поля
1.5.Вывод ы
2. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА НА УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
2.1. Механизмы влияния поперечного магнитного поля на активную среду молекулярного лазера
2.2. Расчет электромагнитной системы управления
2.3. Распределения магнитного поля в рабочем зазоре
2.4. Воздействие поперечного магнитного поля на уровень выходной мощности излучения лазера
2.5. Разработка схем управления электромагнитами
2.5.1. Импульсно-периодическая схема управления на симисторе
2.5.2. Схема формирования однократных импульсов
2.6. Выводы

3. ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ
УПРАВЛЯЕМОГО ГАЗОВОГО РАЗРЯДА
ЗЛ. Электротехнологический комплекс для изучения фазовых
превращений в материалах
ЗЛ Л. Установки для термического исследования фазовых
превращений
3 Л .2. Достижение высоких температур
ЗЛ .3. Определение условий нагрева при исследовании фазовых
превращений
ЗЛ.4. Конструкция электротехнологического комплекса для исследования фазовых превращений в неорганических материалах
3.2. Электротехнологический комплекс для измерения толщины покрытий
3.2.1. Методы измерения толщины покрытий
3.2.2. Определение условий нагрева для измерения толщины покрытия
3.2.3. Комплекс для измерения толщины покрытий
3.3.Вывод ы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время для теплофизического исследования материалов, а также определения толщины формируемых покрытий требуется разработка и создание элек ротехнологических комплексов, использующих источники излучения с регулируемой энергией воздействия на объект исследования. Лазеры на основе газового разряда, за счет высокого значения плотности потока энергии и высокой пространственной однородности, открывают уникальные технологические возможности в этом направлении. Из лазерных источников наиболее широко применяются отпаянные молекулярные С02-лазеры. Уровень выходной мощности и характерная длина волны излучения ССЬ-лазеров (10,6 мкм) позволяют использовать их в металлургии, термических процессах различного назначения, в технологических процессах сварки, резки и т. д. Создаваемая зона нагрева может быть уменьшена путем фокусирования излучения.
Кроме этого лазер может работать в частотно-импульсном режиме. Для процессов селективной технологии необходимы импульсы длительностью 10 6 с с высокой интенсивностью излучения и высокой частотой повторения. Для процессов лазерной сварки, термоупрочнения и других, создаются импульсы излучения длительностью 10 4... 10-2 с.
Активная среда ССЬ-лазеров представляет собой смесь газов, важными компонентами которой являются молекулы С02 и азота (N2). Лазерный эффект обеспечивается молекулами диоксида углерода, а свойства молекул азота позволяют эффективно задействовать молекулы С02 в электрическом разряде, обеспечивающем накачку лазерной среды. При такой форме разряда объемные процессы ионизации и рекомбинации протекают в объеме положительного столба, а вынос тепла осуществляется потоком газа через зону разряда, не вовлекая в эти процессы стенки разрядной камеры. За счет внешнего воздействия на положительный столб тлеющего разряда удается изменить плотность заполнения разрядного промежутка и обеспечить модуляцию мощности излучения.
Генерация ИК-излучения происходит в результате стимулированных

тромагнитного происхождения представляет собой силу трения электронов об ионы, показывает следующее:
- магнитное поле не влияет на движение электронов в направлении вектора индукции магнитного поля;
- в наибольшей степени магнитное поле ограничивает движение электронов в направлении по электрическому полю и перпендикулярном магнитному полю. Ограничение подвижности электрона в этом случае описывается выражением
= (134) 1 + СО т
где bej_ - проводимость поперек магнитного поля; beо — подвижность в отсутствие магнитного поля; ße = roßt - параметр Холла для электронного компонента;
- в направлении, перпендикулярном как индукции магнитного поля, так и напряженности электрического поля, подвижность bej_ в ße раз больше, чем подвижность 6ем;
- если для векторов электрического и магнитного полей выполняется соотношение Е JL В, а давление плазмообразующей среды мало, то скорость дрейфа плазмы, как целого, перпендикулярна векторам электрического и магнитного полей и равна Е / В.
1.4.1. Измерение параметров плазмы зондовым методом
Поведение газового разряда в магнитном поле исследовалось в макете, позволяющем изменять как состав и давление наполняемого газа, так и условия существования разряда, достигаемые за счет наложения внешнего магнитного поля. Исследования проводились в газовой среде чистого аргона (Аг) и смеси газов СОг-Лг-Не.
В протяженном макете (длина разрядной части (L) больше диаметра трубки 2R = 25 мм) располагались три электрических зонда (молибденовая проволока диаметром 1 мм), позволяющие определять параметры плазмы по сечению разрядной трубки (рис. 1.5).