Разработка технологии получения и исследование свойств электродных материалов на основе вольфрама для интенсивных источников света

• Автор: Шуменко, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 234 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Аналитический обзор литературы.

1.1. Электродные материалы на основе вольфрама.

1.2. Основные процессы на электродах дугового разряда.

1.3. Классификация дуговых разрядов.

1.4. Механизм выхода электронов с поверхности катода.

1.5. Работа выхода электрона.

1.5.1. Работа выхода электрона вольфрама.

1.6. Эрозия электродов.

1.7. Электроды высокоинтенсивных источников света.

1.8. Технология производства электродов.
1.9. Способы удаления связки, смазки и пластификатора
из прессовок.
1 Краткое описание теории капиллярнопористого тела А.В.Лыкова.
11. Поведение жидкости в капиллярнопористых телах.
12. Механизм фильтрационного процесса.
13. Теория сушки капиллярнопористых тел.
14. Свойства тонких слоев жидкости.
15. Сушка капиллярнопористых тел.
16. Влага и теплообмен между поверхностью материала
и окружающей средой.
17. Перенос влаги в пористых телах.
2. Характеристика исходных материалов и методы
проведения экспериментов.
2.1. Характеристика исходных материалов.
2.2. Фазовый рентгеноструктурный анализ и измерение периода решетки бадцелеита и спеченного электродного материала.
2.3. Исследование микроструктуры образцов.
2.4. Метод предварительного планирования экспериментов.
3. Исследование процесса прессования и удаления пластификатора.
3.1. Исследование влияния зольного остатка различных
пластификаторов на спекание чистого порошка вольфрама.
3.2. Удаление пластификатора мокрым прессованием.
3.3. Конструкция прессформы для удаления пластификатора.
3.4. Влияние оксидов на уплотнение порошка вольфрама.
3.5. Исследование процесса прессования
гранулированного материала.
3.6. Усовершенствованная конструкция прессформы
для удаления пластификатора.
3.7. Удаление пластификатора методом конвекционной сушки.
4. Спекание.
4.1. Кинетика уплотнения.
4.2. Влияние оксидов на уплотнение порошка вольфрама
при спекании.
5. Свойства композиционного материала.
5.1. Исследование теплопроводности спеченного материала.
5.2. Эрозионная стойкость спеченного материала.
5.3. Обоснование выбора состава электродного материала
по результатам эксперимента.
Выводы.
Список использованной литературы


Наибольшее применение для этой цели получили оксиды тория, иттрия, редкоземельных металлов и бария, а также различные барий содержащие соединения (алюминаты, алюмосиликаты, цирконаты и др. В качестве основы для изготовления электродных материалов используют преимущественно вольфрам. Цирконаты иттрия и гадолиния, на основе бадделеита, в качестве эмиссионной добавки, по нашему мнению, представляют научный интерес. Для анодов также отмечается уменьшение эрозии при понижении работы выхода материала электрода. Поскольку повышение температуры увеличивает эмиссионную способность, то следует ожидать влияние температуры катода на его эрозионную стойкость. Атомы любой активирующей присадки, попадая в катодную область, возбуждаются и ионизируются значительно раньше, чем атомы матрицы. Образовавшиеся положительные ионы атомов присадки в случае стационарного дугового разряда перемещаются под действием электрического поля к поверхности катода. В связи с этим даже при малой концентрации элементов, испаряющихся из катода, можно ожидать значительной их концентрации у поверхности последнего и снижения температуры прикатодной области разряда вследствие уменьшения температуры ионизации. Из-за появления легкоионизируемых атомов температура плазмы в прикатодной области разряда падает, а концентрация электронов, образовавшихся в результате ионизации, растет. Это в свою очередь оказывает положительное влияние на температурные условия работы катода и, следовательно, на его эрозионную стойкость. Необходимое для этого количество присадки поступает в прикатодную область разряда за счет испарения и диффузии её из ближайших к поверхности катода слоев, а по мере их обеднения - из более отдаленных. Скорость диффузии зависит от природы вещества присадки, рабочей температуры, а также величины температурного градиента, который устанавливается на катоде в зависимости от теплового режима работы. Такими свойствами, например, обладает ТЬС^, что позволяет использовать торированные катоды до температур, близких к температуре плавления оксида тория []. Если атомы активирующей присадки имеют более высокую, чем у атомов тория скорость диффузии в вольфрамовой матрице, то величина максимально допустимой температуры на катоде понижается. Так, например, для катодов, легированных оксидом иттрия, эта температура равна +°С, а для катодов с присадкой окиси бария - около °С. При температурах на катоде (Н0°С, когда роль диффузионных процессов ничтожна, удаление присадки происходит из поверхностного слоя, толщина которого в ряде случаев соизмерима с размером частиц активирующих присадок. Поэтому срок службы катодов в данном случае будет определяться только концентрацией присадки в поверхностном слое. Характерным примером в этом отношении являются катоды, работающие в условиях искрового и импульсно-дугового разрядов. При повышении температуры на катоде возрастает диффузионная подвижность атомов присадки, что приводит к соответствующему увеличению её количества, поступающего в прикатодную область разряда. Одновременно с этим возрастает эмиссионная способность катода, повышается его эрозионная стойкость. Максимальная стойкость против эрозии наблюдается при достижении такой температуры катода, при которой возможно существование динамического равновесия между количествами поступающей и расходуемой присадки. При дальнейшем повышении температуры катода установившееся равновесие может быть нарушено, что приводит к быстрому удалению присадки из рабочей зоны катода. Аналогичное влияние оказывает и повышение температурного градиента на катоде. Помимо электрофизических и термических свойств присадок эрозионная стойкость электродных материалов определяется также условиями их работы. В зависимости от типа и параметров разряда имеют место различные физические механизмы эрозии электродов. Для стационарных дуговых разрядов наиболее характерен механизм простого термического испарения и плавления материала электрода под действием плоского или точечного источника тепла, неподвижного или движущегося с определенной скоростью.