Влияние газовой среды на энергетические характеристики электрического взрыва проводников и свойства получаемых нанопорошков

• Автор: Пустовалов, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ПРИ ВЗРЫВЕ ПРОВОДНИКА И СВОЙСТВАМИ ПОЛУЧАЕМЫХ ПОРОШКОВ

1.1. Феноменологическое описание процесса электрического взрыва проводника

1.2. Связь характеристик ЭВП и свойств получаемых порошков

1.2.1 Диспергирование проводника

1.2.2. Образование частиц после ЭВП

1.2.3. Влияние состава газовой атмосферы на продукты ЭВП

1.3. Пассивирование нанопорошков металлов

1.4. Методы расчета начальных условий электрического взрыва проводника

1.4.1. Магнитогидродинамический расчет
1.4.2. Теория подобия
1.4.3. Учет влияния электрической прочности среды на протекание процесса ЭВП
1.5. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ
2.1. Схема установки УДП и принцип ее работы
2.2. Анализ ошибок измерения энергетических характеристик ЭВП
2.3. Условия экспериментов
2.4. Определение характеристик полученных нанопорошков А1 и Бе..
2.5. Структурно - методологическая схема исследования
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА А1 В Бе В ВОЗДУХЕ И В АРГОНЕ
3.1. Критический режим ЭВП
3.2. Режимы ЭВП без паузы тока
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА ПРОВОДНИКОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯ И ЖЕЛЕЗА
4.1. Влияние давление аргона на дисперсность порошков
4.2. Влияние энергии, вводимой в проводник, и энергии, выделяемой в дуговой стадии разряда, на свойства порошков
4.2.1. Характеристики алюминиевых порошков
4.2.2. Характеристики нанопорошков железа
ГЛАВА 5. ЭЛЕКРИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ ПРОВОДНИКОВ В СРЕДЕ АРГОНА С ДОБАВЛЕНИЕМ КИСЛОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА '..
5.1. Получение порошков алюминия в аргоно-кислородных смесях
5.2. Получение порошков железа в аргоно-кислородных смесях
5.3. Пассивирование порошков А1 и Бе в смесях Аг-С
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ II ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЭВП - электрический взрыв проводника МГД - магнитогидродинамический расчет н.у. - нормальные условия (20°С, 1 атм.)
РФА - рентгенофазовый анализ ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия СЭМ - сканирующая электронная микроскопия ДТА - дифференциально-термический анализ
П, Пг, Пъ, - критерии подобия ЭВП
£, V - обобщенные переменные подобия ЭВП (индекс к - критический режим ЭВП)
е - удельная энергия, вводимая в проводник
ед - удельная энергия, выделяемая в дуговой стадии разряда
ес - удельная энергия сублимации (для А1 = 32,9 Дж/мм , Бе = 55,6 Дж/мм3)
Ъвп - время ЭВП
у - плотность протекаемого тока при ЭВП
г] - коэффициент передачи энергии от накопителя к проводнику (индекс к - критический режим ЭВП)
[/о - напряжения заряда конденсаторов С - емкость конденсатора Ьк - индуктивность контура Як - сопротивление контура 2К - волновое сопротивление контура А - диаметр проводника / - длина проводника Р - давление газа
С/3 - напряжение зажигания дугового разряда
•Яд - площадь удельной поверхности порошка
А$ - среднеповерхностный диаметр частиц рассчитанный из Б уд
аа, об, От - средне числовой, среднеповерхностный, среднемассовый диаметр частиц
рассчитанный из гистограммы распределения частиц по размерам
к- коэффициент полидисперсности порошка (равен а„/ат)
Атах - максимальный диаметр частиц регистрируемый из микрофотографий
Аокр - размер областей когерентного рассеяния
А!0, Ре - содержания металлического А1 или Ре в образце
(?пл - удельная теплота плавления
Ли-температура плавления
<2 - удельное количество теплоты выделяемое при нагревании металла.
/и.о. - температура начала окисления
Лпахь Лгахг - максимум первой и второй стадии окисления металла Ди»1, Д/иг - увеличение массы навески при нагревании металла VI, 1>2 - скорость окисления на первой и второй стадиях /и, - масса газа (О2 или СОг) т\е - масса металла (А1 или Ре)
Смоет, СУе ост-Оставшееся содержание А1 или Ре после окисления.

Данная система уравнений не учитывает теплопроводность, вязкость материала проводника, и токи смещения в нем. А при его использовании наиболее важным моментом является корректный выбор уравнения состояния вещества и коэффициента электропроводности в различных фазовых состояниях материала. Поскольку зависимость сопротивления взрываемого материала от внутренней энергии и плотности вещества неизвестна, зависимость р = р(е, V) нужно выбирать расчетно-эмпирическим способом, что вносит определенную погрешность в расчеты.
Модель проверена авторами [53] путем сравнения с результатами
большого числа экспериментов электрического взрыва медных и
алюминиевых проводников в воздухе, воде, масле; основные параметры ЭВП изменяли в диапазонах:
8кВ <и0< 1МВ; 0,15 < С<22 мкФ; 0,07 <ЬК<30 мкГн;
1 см < / < 10 м; 1 < п < 30; 0,04 < й < 0,4 мм
где Си и0 - емкость напряжение заряда батареи конденсаторов, Ьк -индуктивность разрядного контура, п - количество взрываемых проводников, 1пс1-их длина и диаметр.
Во всех случаях разница между рассчитанными и экспериментально определенными значениями амплитуд токов и напряжения не превышала 10 %. Зависимости тока и напряжения от времени и от характеристик проволочки соответствовали экспериментально полученным данным. На рисунке 1.17 приведены примеры сравнения расчетных и экспериментальных данных взрыва медного проводника в масле и в атмосфере воздуха.
Как видно из рисунка 1.17, расчет воспроизводит процесс ЭВП, но дает несколько более ранее начало взрыва, чем в эксперименте. Это объясняется тем, что в уравнении состояния не учитывается плавление металла.
Развитее метода дополняется уравнениями динамики упругопластических деформаций металла проводников и окружающей среды, переходу к решению двумерных МГД уравнений [55], что позволяет