Высокочастотные плазмотроны
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
°х удаётся передать в обрабатываемый гранулированный порошок от 1 до 5% мощности плазмы. Поэтому, несмотря на более низкий энергетический КПД ВЧ плазменной установки (60-0%) по сравнению с дуговым плазмотроном (85-90%), на стадии нагрева порошка эта разница с избытком компенсируется и более эффективным является ВЧИ плазменный способ обработки.
В модели расчёта нагрева, оплавления, проплавления и испарения частиц в плазме следует учесть ряд факторов, оказывающих влияние на достижение высокой производительности технологического процесса. К ним относятся:
режим энергопоглощения и энергопреобразования ВЧ-генератора;
электро- и газодинамика ВЧИ разряда и разрядной камеры;
дисперсность и химический состав исходного порошка;
условия смешения холодного двухфазного потока, в том числе с плазмой ВЧИ-разряда;
равномерность распределения порошка по сечению камеры;
межфазный теплообмен;
термические, химические и термомеханические явления в частицах;
плавление, испарение и зарядка частиц;
ионизация пара и плазмообразующей среды;
скорости и траектории испаряющихся частиц;
интенсивность парообразования;
сечение рассеяния испаряющихся в плазме частиц;
протяжённость термически активной зоны;
время пребывания частиц в плазме;
условия закалки и формирования продукта;
осаждение конденсата на исходных частицах;
наличие примесей, легирующих добавок и катализаторов;
способ пассивации активного материала.
Среди перечисленных факторов роль некоторых из них может быть достаточно мала и не приниматься в расчёт. Однако для каждого обрабатываемого материала, уровня мощности ВЧИ-плазмотрона, рода плазмообразующего газа общая модель обработки порошков должна быть достаточно универсальной и корректироваться в зависимости от условий проведения конкретного технологического процесса плазменной обработки порошковых материалов. Мощность, расходуемая на обработку порошковых материалов, складывается из ряда составляющих: нагрева твёрдой частицы до плавления, плавление частицы, нагрев расплавленной частицы до кипения, испарение частицы, нагрев пара, ионизация материала частицы.
Так, мощность для испарения алюминиевого порошка размером частиц от 0,1 до 30 мкм при производительности процесса 1 г/с составляет от 15,1 до 22,2 кВт. При таких требованиях мощность дуговой установки составляет 500-1800 кВт, а мощность ВЧИ-разряда - 100-106 кВт.
Таким образом, при сфероидизации гранулированных порошков выгоднее использовать ВЧИ плазменные установки.[1]
4.2.3 Сфероидизация порошков тугоплавких окислов
При сфероидизации порошков окислов в нейтральной, например аргоновой, плазме нередко нарушается химический состав окисла из-за частичного его восстановления. В том случае, когда такое диспропорционирование нежелательно, сфероидизацию следует проводить в кислородной плазме. Естественно, сто при таком подходе предпочтение должно быть отдано ВЧ плазменному нагреву кислорода или кислородсодержащего газа. Широкие технологические возможности для сфероидизации порошковых материалов открывает применение ВЧЕ- и ВЧИ-разрядов. Малая скорость плазменного потока, большой объём плазмы как в поперечном, так и в продольном её сечении позволяют округлять частицы различных тугоплавких материалов с большой эффективностью. Специфика ВЧИ плазменного разряда даёт возможность вводить обрабатываемый порошок непосредственно в центре струи и использовать энергию ВЧИ-разряда наилучшим образом. В приосевой области ВЧИ-разряда плотность тока равна нулю, поэтому подача порошка в центральную зону не нарушает стабильного горения разряда.
Производительность такой плазменной установки довольно высока (при мощности ВЧИ разряда 6,5 кВт - 1,5-2 кг/час порошка оксида алюминия с размером частиц 63-1000 мкм). Аналогичную производительность на дуговом плазмотроне получают при мощности 100 кВт.
В высокочастотной плазме не только существенно эффективнее процессы сфероидизации, но и обеспечивается возможность округления более крупных частиц. Например, в дуговой плазме удаётся сфероидизировать порошок оксида алюминия с размером частиц до 60-70 мкм, в том время как в ВЧИ плазме размер обрабатываемых частиц может быть увеличен до 600-800 мкм. Переход к обработке крупных фракций оксида алюминия или порошков тех же размеров, но из материала с высокой теплоёмкостью требует увеличения тепловых потоков от плазмы к порошку. Этому в значительной степени способствуют добавки кислорода в плазмообразующий газ. В кислородной плазме ВЧИ-разряда удалось сфероидизировать порошки двуокиси кремния, оксида магния и двуокиси циркония, который невозможно обработать в аргоновой плазме ВЧИ-разряда при той же мощности.[1]
4.2.4 Плазменный процесс получения монооксида кремния SiO
Монооксид кремния находит широкое применение в электронной технике в качестве диэлектрического и изоляционного материала при изготовлении конденсаторов, триодов и ряда других микроплёночных элементов. Обладая хорошими электрофизическими параметрами и устойчивостью в атмосфере воздуха, он выгодно отличается от других диэлектриков низкой температурой испарения в вакууме. Свойствам монооксида кремния посвящено большое число работ. Исследованы условия синтеза монооксида кремния в низкотемпературной плазме при взаимодействии кремния и двуоксида кремния, взятых в стехиометрическом соотношении. В качестве источника низкотемпературной плазмы и