Содержание
Принятые обозначения Введение 6 7
Глава 1 Обзор и анализ современного состояния исследований электрического разряда в газе между металлическим и
электролитическим электродами 12
1.1. Современное состояние исследований газового разряда с
жидкими электродами 12
1.2. Особенности электрического разряда между твердыми и
жидкими электродами 14
1.3. Некоторые особенности многоканального разряда между струйным электролитическим катодом и твердым
анодом 19
1.4. Перспективы применения электрического разряда с
электролитическими электродами 23
1.5. Постановка задачи 28
Глава 2 Экспериментальная установка и методика измерений 31
2.1. Функциональная схема экспериментальной плазменной
установки 31
2.2. Высоковольтная экспериментальная установка (выходное
напряжение до 4000 В и при токе 10 А) 34
2.3. Высоковольтная экспериментальная установка (выходное
напряжение до 1500 В и при токе 2 А) 37
2.4. Вакуумная система экспериментальной установки 40
2.5. Электролитическая ванна 42
2.6 Измерительная аппаратура и методика проведения
экспериментов и оценка точности измерений 42
2
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований
электрического разряда между струйным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и
пониженных давлениях 45
3.1. Формы электрического разряда между струйным
электрод итически м катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и
пониженных давлениях 46
3.1.1. Формы многоканального разряда между струйным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при атмосферном
давлении 46
3.1.2. Формы многоканального разряда между капельным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при атмосферном
давлении 49
3.1.3. Формы электрического разряда между струйным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при пониженных
давлениях 55
3.1.4. Формы электрического разряда между капельным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при пониженных
давлениях 60
3.2. Развитие электрического разряда между капельным
электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом при пониженных
3
давлениях 62
3.3. Вольтамперные характеристики электрического разряда между электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и
пониженных давлениях 74
3.3.1. Вольтамперные характеристики многоканального разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном
давлении 74
3.3.2. Вольтамперные характеристики многоканального разряда между капельным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном
давлении 76
3.3.3. Вольтамперные характеристики электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при пониженных
давлениях 79
3.3.4. Вольтамперные характеристики электрического разряда между капельным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при пониженных
давлениях 81
3.4. Распределение температуры вдоль струйного
электролитического катода 82
3.5. Плотности тока на электролитическом
аноде 86 .
3.6. Распределение величины напряжения горения
электрического разряда 88
3.7. Распределение величины тока электрического разряда 91
4
Глава 4 Устройства для получения электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной
электролитической ячейкой-анодом 93
4.1. Устройства для получения электрического разряда со
струйным электролитическим катодом 93
4.1.1. Устройства для получения многоканального разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном
давлении 95
4.1.2. Устройства для получения электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при пониженных
давлениях 97
4.2. Устройство для получения порошка из меди при
атмосферном давлении 99
4.3. Устройство для модификации полимерных материалов при
атмосферном давлении 102
4.4. Регрессивная зависимость получения медного порошка от
условий технолог ического процесса 103
Выводы Список и 105
спользованной литературы 107
Примечание 118
5
Принятые обозначения
/-силатока разряда;
II- напряжение разряда;
6' - расход электролита;
(I с - диаметр струи; с/к - диаметр капли;
/с - длина струи;
/*■-расстояние от конца металлической или диэлектрической трубки до поверхности электролита;
- плотность гока на аноде; с!п- диаметр пузырьков;
кп- расстояние на которое диэлектрическая трубка входит в электролит; V-скорость струи;
Т- температура струйного электролита.
Сокращения
ПЭЯЛ - проточная электролитическая ячейка-анод;
ВАХ - вольтамперная характеристика;
МР - многоканальный разряд;
ТР- тлеющий разряд;
ОТС - отрицательное тлеющее свечение.
6
ВВЕДЕНИЕ
Электрические разряды в газе между металлическими электродами изучены достаточно хорошо [1-2 и др.]. Одним из способов получения низкотемпературной плазмы является использование электрического разряда между металлическим анодом и электролитическим катодом. В настоящее время такие разряды используются в плазменной технологии. Большое внимание уделяется разработке новых эффективных методов для очистки, полировки [3, 4], а также для нагрева металлов [5-7], нанесения покрытий с заданными свойствами на поверхности различных материалов.
Современная техника требует технологий управляемого воздействия на материалы с целью получения заданных характеристик работы механизмов и машин, изделий машиностроения. Такие технологии позволяют экономить энергию, сырье, повышать производительность труда и качество изделий. Составной частью проблемы создания научных основ технологии управляемого формирования заданных * свойств изделия является практически не исследованный вопрос о воздействии неравновесной плазмы на различные материалы. В такой плазме температура атомов и молекул близка к температуре окружающей среды, а электроны обладают энергией, достаточной для возбуждения, диссоциации и ионизации атомов и молекул. Использование неравновесной плазмы многоканального разряда (МР) часто обеспечивает повышение эффективности многих технологических процессов, таких как плазмохимическое формирование поверхностей с заданными свойствами на различных материалах.
Однако возможности технологических применений генераторов плазмы с электролитическими электродами ещё мало изучены. Актуальность исследований в этом направлении обуславливается целым рядом причин: дешевизной электролитов, высокой степенью чистоты технологических процессов с применением неравновесной плазмы парогазового разряда с электролитными электродами и др.
7
\
В настоящее время практически отсутствуют систематические экспериментальные исследования электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и пониженных давлениях. Существующие устройства и способы получения парогазового разряда с электролитическими электродами имеют ограниченные возможности. Не изучены физические процессы на границе раздела струйного электролитического катода и проточной электролитической ячейкой-анодом, остается практически не исследованным взаимодействие плазмы струйного электрического разряда с поверхностью электролита. Всё это задерживает разработку генераторов электрического разряда с электролитическими электродами для практических применений. В связи с вышеизложенным экспериментальное исследование электрического разряда между струйным электролитическим катодом и ПЭЯА при атмосферном и пониженных давлениях является актуальной задачей.
Данная диссертационная работа, состоящая из четырех глав, посвящена решению этих задач.
В первой главе проведен анализ известных экспериментальных и теоретических исследований электрических разрядов, горящих между электролитическим и твердым электродами, а также обсуждаются области их практических применений, сформулированы задачи диссертационной работы.
Во второй главе описывается экспериментальные установки для получения и исследования электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом для различных межэлектродных расстояний при атмосферном и пониженных давлениях. Система электрического питания предназначена для обеспечения электролитической ячейки и вспомогательного оборудования электрической энергией. Вакуумная система состоит из вакуумной камеры, вакуумного насоса и вакуумной арматуры. Электролитическая ячейка заполняется исследуемыми
8
электролитами необходимой концентрации и состава. Здесь же приводится измерительная аппаратура, методика проведения экспериментов и оценка точности измерений.
В третьей главе представлены новые формы электрических разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и пониженном давлениях, установлен переход многоканального разряда в тлеющий разряд при пониженных давлениях. Приведены результаты исследования: вольтамперных
характеристик электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и пониженных давлениях; распределение температуры вдоль струйного электролитического катода; распределение величин напряжения и тока горения МР, ТР.
В четвертой главе на основе полученных результатов разработаны и созданы устройства для получения электрического разряда между струйным электролитическим катодом и проточной электролитической ячейкой-анодом при атмосферном и пониженных давлениях. Разработаны методики распыления меди, модификации полимерных материалов. Получено уравнение репрессии для определенной дисперсности частиц порошка меди.
9
- Київ+380960830922