2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ............................................... 6
* ВВЕДЕНИЕ........................................................... 8
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРОВОЗДУШНОГО РАЗРЯДА С ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ.......................................................... 13
1.1. Зажигание паровоздушного разряда между металлическим и
электролитическим электродами................................... 13
4 1.2. Разряд в газе между металлическими электродами.................. 15
1.3. Особенности разряда, горящего в электроотрицательном газе....... 18
1.4. Паровоздушный разряд между электролитическим катодом и металлическим анодом................................................. 22
# 1.5. Паровоздушный разряд между электролитическим анодом и
металлическим катодом........................................... 25
1.6. Практическое использование паровоздушных разрядов . с электролитическими электродами....................................... 26
1.7. Постановка задачи диссертации................................... 38
о
з
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА
ИЗМЕРЕНИЙ.................................................... 45
» 2.1. Функциональная схема экспериментальной установки................... 45
2.2. Система электрического питания..................................... 45
2.3. Вакуумная система экспериментальной установки...................... 48
2.4. Электролитические ячейки........................................... 49
2.5. Измерительная аппаратура. Методика проведения экспериментов и
оценка точности измерений.......................................... 50
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРОВОЗДУШНОГО РАЗРЯДА ПЕРЕМЕННОГО И
*
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ............................ 58
3.1. Структуры паровоздушных разрядов переменного и постоянного тока между металлическим и электролитическим электродами, а также
*
между электролитическими электродами........................ 58
3.1.1. Высокочастотный емкостной паровоздушный разряд....... 58
3.1.2.. Низкочастотный паровоздушный разряд................. 60
3.2. Вольт-амперные характеристики паровоздушного разряда « переменного тока между электролитическим и металлическим
электродами................................................. 63
4
3.3. Вольт-амперные характеристики паровоздушного разряда переменного и постоянного тока между электролитическими электродами......................................................... 64
3.4. Плотности тока на электролитическом катоде и электролитическом аноде............................................................... 65
3.5. Развитие паровоздушного разряда между электролитическим и металлическим электродами........................................... 72
3.6. Обобщенные характеристики для напряжения зажигания паровоздушного разряда переменного и постоянного токов между электролитическим и металлическим электродами....................... 75
ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРОВОЗДУШНЫХ РАЗРЯДОВ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ
ЭЛЕКТРОДАМИ И ЕГО ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ............................................. 94
4.1. Устройство для получения объемного паровоздушного разряда постоянного тока между электролитическим катодом и электролитическим анодом при атмосферном давлении.................. 94
4.2. Устройство для получения паровоздушного разряда переменного и в постоянного тока между электролитическими электродами при
пониженных давлениях........................................... 95
5
4.3. Устройство для получения ВЧЕ паровоздушного разряда между
электролитическим и металлическим электродами при пониженном
давлении....................................................... 97
* 4.4. Получение и применение [ - углеродных покрытий (алмазо - подобные
тонкие пленки)................................................. 98
4.5. ЯМР - исследование жидкостей, обработанных парогазовым
разрядом.................................................... 99
выводы........................................................ 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................... 120
• »
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
I - сила постоянного; и - напряжение разряда;
Ип - мгновенное значение напряжения разряда переменного тока; ие - действующее значение напряжения разряда переменного тока; ик - катодное падение потенциала; иэ - падение напряжения в электролите; иа - анодное падение потенциала;
ьжк - мгновенное значение переменного тока разряда с жидким катодом; 1жа “ мгновенное значение переменного тока разряда с жидким анодом; Е - напряженность электрического поля;
] к - плотность тока на металлическом катоде; j а - плотность тока на электролитическом аноде;
.1 жк - плотность тока на электролитическом катоде;
1*6- балластное сопротивление;
Т, р, р - температура, плотность и давление газа;
С - концентрация электролита;
Ф - потенциал;
<1К - диаметр металлического катода; с!а - диаметр металлического анода;
(1 - диаметр твердого электрода;
7
/ - мсжэлектроднос расстояние;
СОКРАЩЕНИЯ ВАХ - вольт - амперная характеристика;
ТР - тлеющий разряд;
ПС - положительный столб.
■4*
8
ВВЕДЕНИЕ
* Газовые разряды между металлическими электродами изучены достаточно
хорошо [1,2 и др.]. В последние годы большое внимание уделяется исследованию парогазовых разрядов между металлическим и электролитическим, а также между электролитическими электродами. Интерес к таким источникам низкотемпературной плазмы объясняется тем, что они используются в
■т
технологических целях и обладают рядом достоинств. Режимами горения разряда можно легко управлять изменением концентрации и состава электролита [3, 4 и др.]. Обработка изделий с помощью плазмы разряда между металлическим и электролитическим электродами возможна, когда другие методы более трудоемки, более дороги или их невозможно применять по другим причинам (например, экологическим). Благоприятное сочетание высокой температуры нагрева и элементов электролита в возбужденном и ионизованном состояниях позволяет осуществлять нагрев металла и сплавов в электролите, электротермическую обработку материалов [5, 6 и др.]. Парогазовые разряды с электролитическими электродами может использоваться в плазменной технологии нанесения теплозащитных, противокорозийных, антифрикционных, и диэлектричеких покрытий [7, 8 и др.].
9
Парогазовые разряды между металлическим и электролитическим электродами, а также между электролитическим электродами представляют практический интерес как генераторы неравновесной плазмы с большим отрывом электронной температуры от температуры тяжелых частиц. Низкотемпературная плазма с указанными свойствами имеет множество эффектов полезных с точки зрения технологических применений: очистка и полировка металлических поверхностей; одностадийность получения мелкодисперсного порошка из углеродистых и инструментальных сталей при атмосферном давлении; синтез органических соединений в растворах электролитов и др. Область применения разряда между металлическим и электролитическим электродами расширяется. В последние годы определились новые перспективные направления применения парогазового разряда между металлическим и жидким электродами в плазмохимии, электронике и машиностроении.
Парогазовые разряды между металлическим и электролитическим электродами, являются полезными не только с точки зрения технологических применений, но и имеют важное значение для изучения физических явлений. Парогазовые разряды между металлическим и электролитическим катодом отличаются особой устойчивостью. Они имеют стабильную диффузную структуру даже при атмосферном давлении. Несмотря на все вышеуказанные достоинства, физика парогазового разряда между металлическим и
10
электролитическим электродами изучена слабо: до сих пор неустановлены основные виды паровоздушных разрядов переменного тока с электролитическими электродами, нет также единого мнения о природе паровоздушного разряда переменного тока, неустановлен механизм паровоздушного разряда между металлическим анодом и электролитическим катодом, а также между электролитическими электродами. Далеко не исчерпаны различные способы и варианты получения источников низкотемпературной плазмы паровоздушных разрядов с электролитическими электродами. Все это задерживает разработку плазменных установок и новых технологических процессов с использованием паровоздушных разрядов с электролитическими электродами и их внедрение в производство.
Поэтому исследования характеристик паровоздушного разряда между металлическим и электролитическим электродами, а также между электролитическими электродами представляют собой актуальную задачу. Данная диссертация, состоящая из четырех глав, посвящена решению этих задач.
В первой главе проведен анализ известных экспериментальных и теоретических исследований паровоздушных разрядов горящих между электролитическим и металлическим электродами, а также обсуждаются области их практических применений, сформулированы задачи диссертационной работы.
Во второй главе приведены описания экспериментальной установки. Функциональная схема экспериментального комплекса для получения и исследования паровоздушного разряда переменного и постоянного тока между
- Київ+380960830922