Разработка и исследование тонкопленочных датчиков теплового потока для установок промышленной теплоэнергетики

• Автор: Моисеев, Станислав Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор конструкций и характеристик датчиков теплового

потока, используемых в теплометрии

§1.1. Основные методы измерения тепловых потоков

§ 1.2. Классификация ДТП и их конструктивные характеристики

1.2.1. Одиночные ДТП продольного типа

1.2.2. Батарейные ДТП продольного типа

1.2.3. ДТП поперечного типа

§ 1.3. Методы градуировки датчиков тепловых потоков

Глава 2. Технология получения тонких пленок путем термического

испарения материалов в вакууме
§ 2.1. Основные методы вакуумного нанесения тонких пленок
§ 2.2. Кинетика и термодинамика формирования пленок в вакууме
§ 2.3. Особенности углового распределения испаряемых атомов
§ 2.4.Технологические особенности вакуумного термического напыления
2.4.1. Основные требования к испарителям вакуумных
установок
2.4.2. Требования к поверхности подложек при напылении
2.4.3. Контроль скорости напыления и толщины пленок
§ 2.5. Установка ВУП-5 для вакуумного термического напыления
Глава 3. Экспериментальное исследование тонкопленочных датчиков
теплового потока
§ 3.1. Строение твёрдых тел и их теплофизические свойства
3.1.1. Межатомные связи и структура твердых тел
3.1.2. Теплофизические свойства материалов для
тонкопленочных датчиков теплового потока

§ 3.2. Конструкция и технология изготовления тонкопленочных датчиков теплового потока
3.2.1. Материалы термопар и подложки
3.2.2. Маски для вакуумного напыления термоэлектродов
3.2.3. Технология изготовления датчиков теплового потока
§ 3.3. Градуировка тонкопленочных датчиков теплового потока
3.3.1. Градуировка тонкопленочных термопар
3.3.2. Градуировка тонкопленочных датчиков теплового
потока
§ 3.4. Атомно-силовая микроскопия термоэлектродов датчиков
Глава 4. Использование тонкопленочных датчиков теплового потока в
теплотехнических экспериментах
§ 4.1. Определение коэффициентов теплоотдачи и тепловых потерь на лабораторном стенде
4.1.1. Определение коэффициентов теплоотдачи
4.1.2. Измерение тепловых потерь изолированного
трубопро вода
4.1.3. Погрешности тепловых измерений с помощью ДТП
§ 4.2. Измерение тепловых потерь на теплоэнергетическом оборудовании МГТУ им.А.Н.Косыгина
Основные результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время мировое сообщество столкнулось с серьезными энергетическими проблемами, обусловленными ускоренным экономическим ростом, исчерпанием и крайне неравномерным распределением энергетических ресурсов, чрезмерной нагрузкой энергетической инфраструктуры на окружающую среду [1]. Для нашей страны эта ситуация усугубляется проблемами переходного периода, а также тем, что Россия -северная страна, вынужденная тратить значительную долю своих энергоресурсов на обогрев производственных и жилых зданий. Поэтому в Энергетической стратегии России на период до 2030 г. важнейшей задачей названо повышение эффективности производства и потребления энергии внутри страны, а энергосбережение отнесено к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники и входит в перечень критических технологий [2].
Энергосбережение необходимо рассматривать в двух аспектах [3]. Первый предполагает структурную перестройку российской экономики в пользу развития малоэнергоемких обрабатывающих отраслей, наукоемких производств и сферы услуг. Второй включает в себя реализацию потенциала организационного и технологического энергосбережения, т.е. внедрение передовых технологий, техническое перевооружение существующих производств, внедрение энергосберегающих мероприятий, позволяющих заметно сократить затраты энергии на выпуск единицы продукции. Следует отметить, что экономия энергии неразрывно связана со сбережением ресурсов, в частности, пресной воды, которая потребляется в нашей стране в огромных количествах. В свою очередь, экономия ресурсов, стоимость которых содержит значительную энергетическую составляющую, влечет за собой экономию энергии.

прекращать процесс напыления по мере достижения заданной толщины пленки.
Для испарения вещество нагревают; обычно для этого используют резистивный нагрев, однако применяются и другие способы подвода тепла: нагрев электронным пучком, электрической дугой, а также индукционный нагрев.
При ионном распылении осаждаемый поток атомов получают, бомбардируя поверхность материала потоком ускоренных положительно заряженных ионов. Чаще всего для этого используют тлеющий разряд; причем на распыляемый материал подают отрицательный потенциал источника питания, и он играет роль катода. Для получения положительных ионов в разряде в вакуумную камеру через специальный натекатель подают аргон или другие инертные газы. Когда кинетическая энергия ионов превышает энергию связи атомов в кристаллической решетке, бомбардировка разрушает приповерхностный слой и ведет к выбросу атомов в паровую фазу. Таким образом, распыление связано с передачей импульса, когда быстрая частица выбивает атом с поверхности мишени. Пороговая энергия ионов, необходимая для распыления, составляет 15...30 эВ. Важнейшей характеристикой процесса является коэффициент распыления, определяемый как отношение числа распыленных атомов мишени к числу бомбардирующих ионов. Энергия распыленных атомов гораздо выше, чем у термически испаренных частиц, и составляет от 0,1 до 100 эВ; на практике это облегчает формирование пленок. Распыление, как правило, сопровождается эмиссией вторичных электронов.
Кроме различных способов получения потока пара, методы вакуумного напыления различаются состоянием и энергетическим спектром частиц пара (атомы, ионы), их взаимодействием с остаточными газами, присутствующими в камере и другими технологическими особенностями. Однако, несмотря на эти различия, в этих методах можно встретить и много общего.