Плазменные эмиссионные системы на базе разряда низкого давления для нанесения покрытий из мелкодисперсных материалов

• Автор: Гребнев, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Современные достижения в области методов и оборудования для нанесения покрытий при пониженных давлениях
1.1. Анализ моделей, описывающих взаимодействия плазмы газового разряда с порошкообразными веществами

1.2. Сравнительный анализ различных методов нанесения покрытий

1.2.1. Методы химического осаждения покрытий ХОП

1.2.2 Получение тонких пленок распылением материалов ионной бомбардировкой РИБ

1.2.3 Метод генерации потока осаждаемого вещества термическим испарением МТИ.

1.3 Постановка целей и задач работы

Глава 2. Модель процессов в плазме низкого давления при внесении в нее мелкодисперсного материала.
2.1. Основные исходные посылки при моделировании поведения мелкодисперсной частицы в плазме низкого давления
2.2. Основные уравнения модели в системе плазма низкого давления мелкодисперсный материал.
2.3. Баланс токов в системе плазма низкою давления мелкодисперсный материал определение величины и знака скачка потенциала у поверхности частицы
2.3.1. Основные составляющие баланса токов при внесении мелкодисперсного материала в плазму низкого давления.
2.3.2. Баланс токов в системе плазма низкого давления нанодисперсный материал в случае отрицательного падения потенциала у поверхности частицы
2.3.3. Баланс гоков в системе плазма низкою давления нанодисперсный материал в случае положительного падения потенциала у поверхности частицы
2.4. Баланс энергии в системе плазма низкого давления мелкодисперсный материал
2.4.1. Составляющие баланса мощности при внесении мелкдисперсного материала в плазму низкого давления при отрицательной разности потенциалов между плазмой и телом
2.4.2. Составляющие баланса мощности при внесении нанодисперсного материала в плазму низкого давления при положительной разности потенциалов между плазмой и телом.
2.5. Результаты расчета баланса мощностей для 8Ю2.
2.6 Выводы.
Глава 3. Динамика тспломассобмена и кинетики процессов нагрева, плавления и испарения нанодисперсного материала в плазме газового разряда низкого давления
3.1. Нагрев нанодисперсиой частицы до температуры плавления.
3.2. Плавление нанодисперсиой частицы. Фазовый переход твердое тело
жидкость
3.3. Нагрев нанодисперсиой частицы до температуры кипения.
3.4. Полное испарение расплава материала
3.5. Оценка времени испарения мелкодисперсной частицы из БЮ2 в плазме низкого давления.
3.6. Выводы.
Глава 4. Моделирование процессов в плазменных эмиссионных системах на
базе разрядов низкого давления
4.1. Моделирование процессов в газоразрядной камере с накаленным катодом
4.1.1. Процессы генерации ионов в газоразрядной камере с накаленным катодом
4.1.2. Функция распределения электронов по энергиям в газоразрядной камере с накаленным катодом.
4.1.3. Сечения ионизации, усредненные по функции распределения электронов
4.1.4. Процессы уничтожения ионов в плазме низкого давления
4.1.5. Вывод уравнений баланса частиц в газоразрядной камере
с накаленным катодом.
4.1.6. Результаты решения уравнения баланса в газоразрядной камере с накаленным катодом
4.2. Моделирование процессов теплообмена частиц в прикатодной плазме вакуумной дуги
4.3. Выводы
Глава 5. Плазменная эмиссионная система дуонлазматронного типа для нанесения пленок из веществ в мелкодисперсной фазе.
5.1. Особенности разрядных процессов в дуоплазматроне А типа
5.2 Исследование предельных режимов протекания тока в разряде с двойным контрагированием.
5.2.1. Расчет частот ионизации атомов электронным ударом.
5.2.2. Условия обрыва тока в разряде с двойным контрагированием.
5.2.3.Сравнение расчетных результатов с экспериментальными данными и их обсуждение
5.3. Газоразрядная камера тина дуоплазматрон для нанесения покрытий из веществ в мелкодисперсной фазе.
5.4. Результаты тестирования полученных покрытий.
5.5. Выводы
Заключение.
Литература


Эффективность, надежность, долговечность деталей, узлов машин и приборов в значительной степени определяется не объмными, а поверхностными свойствами материалов. Широкие возможности управления физическими свойствами, степенью чистоты, составом и структурой поверхностных слоев открывает применение вакуумных методов плазменной технологии высоких энергий. Спектр применений покрытий, получаемых с помощью вакуумнодугового испарителя чрезвычайно перспективен. Ионноплазменные технологии позволяют наносить антикоррозийные и жаростойкие покрытия. Известны примеры успешного применения ускоренных потоков металлической плазмы для обработки не только проводящих подложек, но и диэлектрических изделий, используемых в качестве вакуумноплотных соединений. Отмечаются их высокие адгезионные свойства, устойчивость по отношению к термоциклированию и безразличность к продолжительности пайки. Расширение областей практического применения ионноплазменных технологий связано с дальнейшим теоретическим и экспериментальным изучением процессов генерации, движения и осаждения заряженных частиц плазменного потока, и дальнейшим усовершенствованием конструкций источников плазмы. Анализ моделей, описывающих взаимодействии плазмы газового разряда с порошкообразными веществами. Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля, Льюиса лр. Этому вопросу посвящено большое количество работ 1. Работы В. В.Кудинова, С. ВДресвина, В. С.Клубникина , посвящены нагреву частиц в плазменных струях до плавления значительное внимание уделено исследованию процессов получения ттоплавких соединений на основе испарения некоторых металлов работы Т. Л. Миллера, В. В. Жакова, В. II. Троицкой и др В ряде из них делаются попытки приближенною аналитического описания процессов нагрева, ускорения и испарения порошка в низкотемпературных плазменных струях. Использование в ряде математических моделей критериальных зависимостей хотя и позволяет численно оценивать коэффициент теплоотдачи от плазменной струи к частице материала а но, с другой стороны, приводит к весьма приближенному соответствию математического описания реальным процессам и условиям эксперимента. АъНмТСр ,рпл,с7. Согласно анализу литературных данных, наиболее часто рассматирваются три режима состояния течения газа 1 вязкостный 2 молекулярновязкостный 3 молекулярный. Указанные режимы характеризуются отношением средней длины свободного пробега молекул газа X к характерному диаметру сГ критерием Кнудсена К К Х 1с1. При К 0,1 обтекание частицы плазменной струей следует рассматривать с позиций сплошной среды область скольжения соответствует вязкостному режиму . По данным работы в этом случае нагрев частиц при температуре плазмы примерно до 0 К обусловлен, главным образом, теплопроводностью и конвекцией. При Кп 1 рассмотрение процесса теплообмена должно основываться на представлениях кинетической теории газов . Причем, последний случай, когда средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный диаметр Кп 1, соответствует высокому вакууму низкому давлению
Наиболее часто для нагрева порошка используют плазменную струю высокого давления первый случай режима течения та. Авторы работы считают, что в области скольжения К уменьшается теплообмен между плазмой и стенками канала, т. В этом случае аналитическое описание теплообмена в системе плазма частица и кинетики нагрева частиц порошка сводится обычно к совместному решению уравнений теплового баланса и движения частиц в струе. Уравнение теплового баланса в предположении безградиентного нагрева В 1 и при отсутствии химических реакций может быть записано в виде
а5Гд7г,5 а5Мс, 1. М, 5 масса и площадь поверхности частицы Тт, Т температура струи и материала частицы с, а0 удельная теплоемкость материала частицы и коэффициент излучательной способности ее поверхности е поток лучистой энергии на частицу 5 постоянная СтефанаБольцмана т время. Критерий Био ВЦ характеризует связь между полем температур в частице и условиями теплоотдачи на ее поверхности
Здесь А,,ц, и А теплопроводность плазмы и материала частицы. ХУ лобовое газодинамическое сопротивление частицы и ее поперечное сечение го со скорость движения плазмы и частицы рРЛ плотность плазмы т время.