Термодинамические характеристики метастабильного равновесия жидкость-пар при лазерном испарении поликристаллического графита

• Автор: Кудряшов, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Неравновесные состояния жидкости, возникающие при ее испарении
1.1.1. Возникновение метастабильного состояния жидкости при ее испарении
1.1.2. Возникновение лабильного состояния жидкости при ее испарении
1.1.3. Спинодальный распад лабильной жидкости как фазовый
переход 2-ого рода
1.2. Особенности термодинамики лазерного испарения жидкости
1.2.1. Поверхностное лазерное испарение метастабильной жидкости
1.2.2. Взрывное лазерное испарение метастабильной жидкости вблизи
и на спинодали
1.2.3. Влияние плазменного факела на характер лазерного испарения жидкости
1.3. Исследования термодинамических характеристик равновесия жидкость-пар углерода
1.4. Постановка задачи
Экспериментальная часть
Глава 2. Приборы и материалы
2.1. Аппаратура и техника эксперимента
2.1.1. Источник лазерного излучения
2.1.2. Рефлектометрические измерения
2.1.3. Оптико-акустические измерения
а) Условия генерации, распространения и регистрации акустических импульсов
б) Определение средней глубины кратера за импульс излучения
в) Определение амплитуд термоакустического давления и давления
отдачи
2.1.4. Зондовые измерения
2.2. Материалы
2.2.1. Поликристаллический графит
Глава 3. Термодинамические характеристики и механизмы лазерного испарения жидкой фазы углерода
3.1. Плавление мишени ПКГ при воздействии лазерного излучения
3.2. Поверхностное лазерное испарение перегретой жидкой фазы углерода
3.3. Взрывное лазерное испарение перегретой жидкой фазы углерода
3.4. Определение термодинамических параметров кривой мета-стабильного равновесия жидкость-пар углерода при лазерном
испарении мишени ПКГ
Глава 4. Зондовые исследования состава продуктов лазерного испарения жидкой фазы углерода
4.1. Масс-спектры заряженных продуктов лазерного испарения
мишени ПКГ
4.1.1. Положительные ионы углерода
4.1.2. Отрицательные ионы углерода
4.2. Микроскопическая модель распределения плотности заряда для высокотемпературных состояний углерода вблизи критической точки
4.3. Определение размеров и механизма образования нанокластеров
при лазерном испарении перегретой жидкой фазы углерода
4.3.1. Обработка масс-спектров
4.3.2. Интерпретация распределений по размерам
4.3.3. Механизмы образования нанокластеров углерода
Глава 5. Заключение
Выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ.
Состояние проблемы
В связи с высокой температурой плавления различных аллотропных модификаций углерода, его Р,Т- диаграмма состояния в области высоких температур до сих пор изучена недостаточно [1-9]. В первую очередь, это относится к области равновесия жидкость-пар углерода, изучение которой “классическими” электрофизическими методами (дуговой разряд, прямое пропускание тока) затрудняется тугоплавкостью графита. Поэтому в большинстве работ исследования параметров равновесия жидкость-пар углерода проводились путем лазерного испарения образцов углерода, осуществлявшегося в квазистатических условиях (при высоком давлении инертного газа) [8,9] или нестационарных условиях (в вакууме и на воздухе) [5]; при этом параметры лазерного излучения обеспечивало необходимую мощность и локальность теплового источника в образце.
Термодинамические исследования равновесия жидкость-пар углерода, проводившиеся при лазерном испарении углерода в квазистатических условиях, позволили установить температурную зависимость давления насыщенного пара вещества в широком диапазоне температуры (4-7)* 103 К и давления 1-103 атм [8], однако, методика этих экспериментов не позволяет определять плотность и состав углеродного пара. Кроме того, достигнутые в работе [8] значения температуры (7*103 К) и давления (103 атм) являются в настоящее время максимальными для углерода, но, из-за технических сложностей одновременного создания высоких статических газовых давлений, ввода нагревающего лазерного излучения в камеру высокого давления и пирометрического измерения температуры образца, только приближаются к параметрам критической точки углерода, значения которых до сих пор не измерялись экспериментально и установлены расчетным путем. Тем не менее, достижение критической точки углерода принципиально возможно с

и испарительного давления от 1о и с их использованием установлены основные механизмы ЛИ жидкости - поверхностное испарение, объемное вскипание и спинодальный распад. Вместе с тем, существует определенное несоответствие экспериментальных данных и результатов расчета по предложенной в работах [16,62} методике выделения ТА и испарительной компонент, проявившееся в форме испарительного импульса, нехарактерной для испарения свободной поверхности, отсутствии проявления ТА нелинейности или совпадении значений нелинейного ТА и испарительного давления [62,82,83], заниженных вдвое (по сравнению с расчетными) значениях испарительного давления [16]. Установленный в указанных работах вклад испарительного давления представляется заниженным за счет гипотетического вклада ТА нелинейности, физическая природа и механизм реализации которой до сих пор неизвестны. Отнесение несимметричной формы акустического в работах [16,62] импульса преимущественно к проявлению ТА нелинейности без выяснения физической природы явления представляется необоснованным, равно как и альтернативная интерпретация этого ОА эффекта, относящая его к проявлению исключительно испарительного (абляционного) механизма акустической генерации на основании отсутствия в регистрируемом акустическом сигнале фазы разрежения при ЛИ полимеров [20,78-79]. Поскольку экспериментальные исследования особенностей акустической генерации при объемном вскипании и спинодальном распаде, начатые в работах [15,16], до сих пор не завершены и в последующих работах не получили развития, необходимость дальнейших исследований механизмов формирования О А сигнала для этих условий ЛИ по-прежнему существует.
Одним из важных направлений изучения взрывного ЛИ жидкостей является определение состава испаренного вещества с помощью распространенных методов исследования состава газовой фазы - масс-спектроскопии и оптической спектроскопии рассеяния, а также электронной микроскопии