В Новосибирске налажен выпуск установок воздушно-плазменного напыления покрытий «ТЕРМОПЛАЗМА 50-01»

В ИТПМ СО РАН), г.Новосибирск» href=»http://www.itam.nsc.ru/»>Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук разработана и запущена в производство полнокомплектная промышленная установка воздушно-плазменного напыления покрытий «ТЕРМОПЛАЗМА 50-01». Установка комплектуется двумя плазмотронами для нанесения металлических и керамических покрытий. На сегодняшний день установки уже поставлены на предприятие оборонного комплекса ОАО ТМКБ «Союз» и в «Казанский (Приволжский) федеральный университет». «Так же наши плазмотроны работают работают на предприятиях Новосибирска, Нижнего Новгорода, Екатеринбурга, Москвы, Казани, Петропавловска (Казахстан)» — отметил главный разработчик Кузьмин В.И. Возможность использования на установке «ТЕРМОПЛАЗМА 50-01» в качестве плазмообразующего газа, помимо любых технически чистых газов, обычного воздуха (для связывания кислорода в транспортирующий и фокусирующий газы добавляется пропан-бутан) существенно удешевляет технологию и сокращает срок окупаемости оборудования (установки ведущих западных фирм используют только особо чистые аргон, азот, водород и гелий), что является существенным преимуществом перед ведущими зарубежными производителями плазменных установок. А благодаря последним исследованиям в лаборатории «физикаплазменно-дуговых и лазерных процессов» установка по ряду показателей не имеет аналогов среди отечественных и зарубежных производителей. Применение линейной схемы с секционированной межэлектродной вставкой (МЭВ) в конструкции плазмотронов позволило обеспечить, по сравнению с плазмотронами с самоустанавливающейся длиной дуги, существенно большее рабочее напряжение, хорошую осевую симметрию плазменной струи и минимальный уровень пульсаций рабочих параметров. Плазмотроны рассчитаны на работу в турбулентном, переходном и ламинарном режимах истечения плазменных струй, что позволяет с высокой эффективностью напылять покрытия из любых материалов (металлических, керамических, композиционных и т.

д. ). Оснащение плазмотронов узлом кольцевого ввода с газодинамической фокусировкой порошка (патент РФ № 2474983. БИМП № 4, 10.02.2013 г. ) существенно увеличило эффективность нагрева и ускорения частиц порошковых материалов, что позволяет наносить покрытия с уникальными свойствами. Например, пористость керамических и металлических покрытий может составлять менее 1% (стандартные покрытия, получаемые плазменным напылением, имеют, по данным разных источников, пористость 8-15%). Реализованы режимы напыления, позволяющие существенно повысить твердость покрытий по сравнению с паспортными данными исходного порошкового материала. (среднемассовые параметры плазменных струй на срезе сопла при напылении покрытий имели значения: температура — 6000 К, скорость — 2400 м/с). На установке «ТЕРМОПЛАЗМА 50-01» реализованы режимы, позволяющие наносить твердый, износостойкие покрытия большой толщины (обычно из-за высоких внутренних механических напряжений, как показывает обзор литературных данных, толщина твердых покрытий не превышает 1 мм, так как при большей толщине напыленного слоя отмечаются случаи самопроизвольного отслоения покрытий). http://плазменноенапылениепорошков.рф ​

Плазмотроны и манипуляторы | Оборудование для плазменного напыления

Плазмотроны для напыления предназначены для нагрева и разгона частиц напыляемого материала. От большинства других плазмотронов они отличаются тем, что дуга в них не переносится на обрабатываемое изделие, а анодом, как правило, служит медное водоохлаждаемое сопло, при этом тепловые потоки в анод составляют 20—30% подводимой мощности, что требует наличия в установке блока охлаждения.

Важной конструктивной характеристикой плазмотронов является место ввода напыляемого материала в струю. В большинстве плазмотронов напыляемый материал вводится в струю на расстоянии 0—5 мм от среза сопла через одно отверстие, перпендикулярное оси струи. Такой ввод порошка требует, как правило, очень точного поддержания расхода транспортирующего газа.

Более удачными являются конструкции с распределенным вводом, где порошок вводится в определенное сечение струи через несколько симметричных отверстий. При таком вводе удается получить более компактную струю и повысить плотность покрытий. В серийно выпускаемых плазмотронах установок УМП-5-68, УМП-6-78, УПУ-ЗД, УПУ-5М, «Metco-ЗМВ», «Plasmatechnik» ввод порошка производится через одно боковое отверстие.

При подаче напыляемого материала в виде проволоки или стержня легче осуществить ввод материала в центр струи и гарантировать его расплавление.

Важной характеристикой плазмотрона являются его размеры, так как этим определяется минимальный внутренний диаметр труб и отверстий, подлежащих напылению. С помощью плазмотронов «Metco-7MB» и УМП-6-78 можно осуществлять напыление отверстий диаметром примерно 60 мм. Большинство других плазмотронов позволяет обрабатывать отверстия диаметром от 120 мм и выше.

Ресурс непрерывной работы плазмотронов определяется стойкостью электродов, в первую очередь сопла — анода. Ресурс работы электродов зависит от рода плазмообразующего газа и подводимой мощности и при мощности 30 кВт составляет 20—25 ч.

Разработка новых моделей плазмотронов ведется в направлении увеличения их мощности, надежности и производительности, а также повышения качества покрытий. Создаются модели для работы в активных газовых смесях. В этом смысле представляет интерес созданный в ЧССР плазмотрон «Aquacentrum», работающий на воде. При мощности 160 кВт производительность его составляет 50 кг/ч напыляемой окиси алюминия.

Манипуляторы. Наибольшую стабильность свойств покрытий можно получить только при механизированном напылении. На полностью автоматизированных установках «Plasmatechnik» точность нанесения покрытий составляет ±20 мкм при полном воспроизведении их свойств.

Необходимо стремиться к максимальной механизации процесса напыления. Наиболее просто механизировать процесс напыления цилиндрических поверхностей. Для этой цели можно использовать отработавшие свой срок и потерявшие точность токарные станки. В настоящее время намечается тенденция к созданию специализированных автоматических линий и комплексов для напыления. Примером могут служить линии напыления износостойких покрытий для защиты нитеведущей гарнитуры текстильных машин, установки для напыления электродов дуговых печей и ряд других.

Плазменное напыление или плазменная металлизация.

Процесс плазменного напыления обеспечивает: защиту изделия от воздействия окислительной среды и механических нагрузок, обеспечивает  антикоррозионную защиту, защиту от воздействия агрессивных сред, и упрочнения поверхностей деталей.

Плазменное напыление покрытий — это метод, при котором частицы металлического порошка разгоняются высокотемпературными потоками плазмы и осаждаются на основе в виде покрытия, металлизации. плазменное напыление основано на распылении двух проволок, между которыми горит электрическая дуга и сжатый воздух подается в область энерговыделения. Имеется  установка плазменного напыления алюминием или цинком  различных поверхностей,

Установка включает металлизатор ЭМ-14м, источник питания ВДУ-506, рабочий ток дуги устанавливается в диапазоне 100 — 500 А, блок подачи проволоки (БПП-2) с креплением катушек и с устройством ввода их в металлизатор, компрессор с давлением 6 — 8 атм. и расходом воздуха не менее 1 куб.м в мин. На Воткинской ГЭС способ плазменного напыления алюминием используется в защите от коррозии шандор водосливной плотины, лопастей турбин. Чайковский судоходный шлюз использует

плазменное напыление алюминием или цинком при ремонте металлических створок шлюза. Можно металлизировать баки, емкости и другие детали.

Технология напыления (металлизации) включает различные этапы:

• подготовка поверхности под металлизацию должна производиться сухим песком или дробью (без загрязнений), шероховатость поверхности должна быть не менее 100 мкм;
• металлизация поверхности должна производиться перекрестным методом с толщиной покрытия не менее 200 мкм в зависимости от срока службы;
• изделия со сроком службы 50 лет и более должно наноситься покрытие толщиной не менее 300 мкм;
• окончательная толщина покрытия должна выдерживать существующие воздействие промышленной среды.

Способ импульсной микроплазменной обработки

разработан для получения защитных и упрочняющих слоев на локальных областях. Сущность импульсной микроплазменной обработки сводится к следующему. Нагрев и плавление металла осуществляются в течение импульса тока длительностью t _и дугой прямой полярности. Одновременно вводятся легирующие элементы, которые также плавятся и перемешиваются с основным металлом. В промежуток времени между импульсами, т.е. во время паузы t _п, ванночка жидкого металла кристаллизуется и формируется новое соединение, содержащее легирующие элементы. Процесс внедрения продолжается за счет градиента концентрации внедряемых частиц и термодиффузии. Таким образом, формируемый слой образован из непроплавленного и частично переплавленного металла. Регулируя параметры импульса (амплитуду и длительность), частоту следования импульсов, можно контролировать процесс импульсной микроплазменной обработки, достичь оптимальных результатов. Импульсная микроплазменная обработка позволяет получать качественные равномерные слои по глубине расплава и концентрации внедряемых частиц. Она позволяет получать качественные слои на металлических поверхностях, содержащих легко испаряющиеся химические элементы, термическая обработка которых дугой постоянного тока сопровождается значительными трудностями.

• Процесс импульсной микроплазменной обработки металлов позволили рекомендовать этот источник нагрева для получения защитных и упрочняющих слоев на тонких поверхностях с малыми рабочими токами. Питание дуги импульсами тока дает возможность уменьшить средний сварочный ток и сохранять высокую плотность (до 50 А/мм²) в течение всего импульса. Выбором параметров импульсного режима можно регулировать в широком диапазоне средний ток (3 — 50 А) и мощность (0,1 — 2,5 кВт) дуги атмосферного давления. На Воткинской ГЭС планируется приобрести установку для импульсной микроплазменной обработки.

Существуют случаи,  когда приходится учитывать плазму, как явление, которого нужно избежать. Это возникновение  плазменной дуги при коммутационных и переходных процессах.  Например, при отключении линии электропередачи в выключателе между контактами возникает дуга, которая должна быть погашена как можно быстрее. Для гашения дуги используют коммутационные аппараты —  выключатели воздушные, масляные, вакуумные, элегазовые.

Плазменная резка, плазмотроны, наплавка и напыление, восстановление деталей — НПО Флагман

Плазменная резка — один из многих технологических процессов, в которых российские специалисты до сих пор занимают ведущие позиции. В начале перестройки, когда на российский рынок потоком хлынуло импортное оборудование, обнаружились два интересных факта.

Восстановление и упрочнение деталей — плазменное напыление и наплавка

Плазменное напыление является одним из наиболее интересных и эффективных способов нанесения защитных и упрочняющих покрытий на поверхность деталей. Это процесс, при котором наносимый материал в виде порошка или проволоки вводится в струю плазмы и нагревается в процессе движения с потоком газа до температур, превышающих температуру его плавления, и разгоняется в процессе нагрева до скоростей порядка нескольких сотен м/с. Перечень классов плазменных покрытий выглядит весьма внушительно.

Плазменно-механическая обработка Физическая сущность процесса плазменно-механической обработки заключается в разупрочнении материала детали, обрабатываемой традиционными методами резания на токарных, карусельных или строгальных станках, с помощью локального дозированного нагрева в пятне плазменной дуги, при этом глубина нагрева регулируется таким образом, что разупрочненный слой удаляется резцом, следующим за пятном нагрева.

Плазменно-поверхностная обработка металлов/неметаллов

Плазменный синтез фуллеренов НПО «Флагман» разработало и изготовило ряд специализированных источников питания дуги для традиционных реакторов синтеза фуллеренов, но уже первые эксперименты по применению плазменных технологий показали, что преимущества плазмы позволят увеличить производительность синтеза фуллеренов в десятки раз.

Плазменная обработка при синтезе композитов

Плазменное обеззараживание воды Среди наиболее интересных возможностей плазменных технологий следует отметить обеззараживание питьевой и сточной воды с помощью обработки плазменной струей.

Порошки для плазменного напыления — Энциклопедия по машиностроению XXL

Порошки для плазменного напыления не должны создавать заторы в транспортных трубопроводах, а должны равномерно подаваться в плазменную струю и свободно перемещаться с газовым потоком. Этим требованиям удовлетворяют частицы порошка сферической формы диаметром  [c.362]

Порошки для плазменного напыления —  [c.331]

Порошки коррозионно-стойких сталей и сплавов рассмотрены в табл. 3.17. Указанные порошки применяют для уплотнительных и защитных слоев на деталях двигателей внутреннего сгорания, вентиляторов, валов, подшипников энергетического и химического оборудования. Порошки наносят плазменным напылением и наплавкой.  [c.192]

Для изготовления композиционных материалов использовали деформируемые алюминиевые сплавы нескольких классов в виде фольг и порошков, наносимых плазменным напылением. Свойства сплавов на алюминиевой основе приведены в табл. 3. Недефицитные сплавы серии 1000 и 3000 имеют хорошую пластичность и хорошо соединяются пайкой, однако их невысокие механические свойства отрицательно влияют на свойства композиционных материалов в направлениях, отличных от направлений укладки волокон. Были использованы алюминиевые сплавы серии 7000 (с цинком) и 4000 (с кремнием), однако они в основном имеют низкую ударную вязкость. Сплавы серии 5000, такие, как 5052 и 5056 с высокой ударной вязкостью, применяли для изготовления композиций с высокопрочным борным волокном.  [c.428]

Форма и размеры частиц порошкообразных материалов определяют прежде всего транспортабельность порошка газовым потоком в зону плазменной струи. Порошок, применяемый для плазменного напыления, должен легко взвешиваться в газовом потоке, не создавать заторов в транспортных трубопроводах и равномерно подаваться в плазменную струю. Хотя предварительная оценка транспортных свойств порошка может быть проведена при помощи обычных в порошковой металлургии испытаний на текучесть, окончательная пригодность его к напылению определяется только экспериментальным опробованием на плазменной установке [82]. Накопленный опыт показывает, что для плазменного напыления  [c.121]

Требование полного использования сырья выполняется, в основном, только при совмещении нескольких технологических процессов. Например, для плазменного напыления требуются порошковые материалы определенной дисперсности (обычно 20— 80 мкм). Более мелкие порошки, образующиеся при измельчении  [c.6]

Материал для плазменного напыления используется как в виде порошка, так и в виде проволоки ли стержней. Он подается в плазменный поток с регулируемой скоростью подачи, обеспечивающей заданную толщину покрытия. Применение порошкового материала обеспечивает большую равномерность покрытия, чем использование стержневых материалов.  [c.60]

Рис, 2 Форма частиц типичных порошков, наиболее пригодных для плазменного напыления хрома (а) и окиси хрома (б).  [c.307]

Из всех методов газотермического напыления (газопламенного, электродугового, высокочастотного и др.) для целей получения композиционных материалов наиболее широко используют — метод и аппаратуру плазменного напыления. В аппаратах плазменного типа для плавления и распыления материала покрытия используется струя дуговой плазмы, представляюш,ая собой поток газообразного вещества, состоящего из свободных электронов, положительных ионов и нейтральных атомов. Плазменную струю получают путем вдувания плазмообразующего газа (аргона, гелия, азота, водорода и их смесп) в электрическую дугу, возбуждаемую между двумя электродами. Напыляемый материал подается в плазменную горелку либо в виде проволоки, либо в виде порошка. Принципиальные схемы устройства головок плазменных горелок показаны на рис. 75. В головке, представленной на рис. 75, а, напыляемый порошок вводится в дуговую плазму, образуемую между вольфрамовым электродом (катодом) и соплом (анодом). В головке, представленной на рис. 75, б, сопло остается электрически нейтральным, а дуговой разряд возникает между вольфрамовым электродом горелки и напыляемой проволокой, которая является расходуемым анодом [36].  [c.170]

Для получения покрытий металл — тугоплавкое неметаллическое вещество путем плазменного напыления необходима тщательная предварительная подготовка порошков, обеспечивающая их равномерное распределение в композиционном покрытии [157, с. 87—96]. Для внесения в плазму применяют следующие виды порошков  [c.247]

Метод плазменного напыления смеси медь—корунд используется для создания высокотемпературной защиты меди. Для напыления применяют порошки меди размером 100—160 мкм и корунда размером 50 мкм. Про-  [c.248]

Наряду с другими процессами поверхностного упрочнения рабочих поверхностей деталей Лабораторией технологических методов упрочнения деталей проводятся исследования по повышению износостойкости деталей тракторов, оборудования и оснастки методом плазменного напыления на их поверхности износостойких самофлюсующихся порошковых сплавов с последующим их оплавлением. Принцип работы плазменной установки для напыления порошковых материалов состоит в том, что электрическая дуга, горящая между вольфрамовым катодом, имеющим форму стержня, и медным катодом, выполненным в виде сопла, нагревает подаваемый в горелку газ (азот, аргон) до температуры образования плазмы. В поток нагретого газа вводится порошок. Образующиеся расплавленные частицы порошка наносятся потоком плазмы из сопла и напыляются на поверхность изделия, расположенную перед горелкой.  [c. 255]

Для напыления порошка используют плазменные горелки. В такой горелке дуга горит между центральным стержневым электродом и торцовым электродом, имеющим выходное отверстие (рис. 64). Напряжение дуги  [c.252]

Простейшая универсальная установка УМП-5-68 для пламенного напыления порошков состоит из плазменной горелки (две модификации которой представлены на рис. 81), порошкового питателя и пулЬта управления. Для питания установки используются два сварочных преобразователя ПСО-500 или вьшрямитель ВКС-500. Технические характеристики установки УМП-5-68 производительность по напыляемому материалу 3—5 кг/г рабочий ток 320—340 А максимальная мощность 40 кВт рекомендуемая мощность 30 кВт рабочее напряжение дуги 85-95 В расход азота до 3,5 м /ч расход воды 3,5 л/мин к.п.д. плаз-матрона 60-80 % [210].  [c.158]

В связи с этим большое количество работ, выполненных за последнее время, было посвящено разработке таких технологий нанесения покрытий, которые позволяли бы получать менее чувствительную к деформации структуру керамического слоя и более стабильный, имеющий хорошие механические свойства слой металлического связующего покрытия, обладающего повышенной стойкостью в агрессивной окружающей среде. Это может быть достигнуто более жестким контролем за фазовой структурой свеженанесенного покрытия или же намеренным введением дефектов в покрытие во время его нанесения. Как было показано, фазовый состав свеженанесенного покрытия, от которого зависит работоспособность верхнего слоя, весьма чувствителен к составу и структуре исходного порошка [35], а также к изменениям параметров процесса плазменного напыления (температура подложки, расстояние от пушки до рабочего тела и т.п.). Введение дефектов в керамический слой осуществляется при строгом контроле за этими параметрами, что необходимо для получения требуемой пористости и/или желательного развития микротрещин в осаждаемом слое [36]. Определенную пользу в получении необходимой дефектной структуры приносят также некоторые технологические операции, проводимые уже после осаждения покрытия, в том числе отжиг и закалка [37].  [c.119]

В табл. 3.16 приведены распространенные марки порошков инструментальных и конструкционных сталей. Эти порошки применяют для восстановления режущего, штамповочного инструмента горячего и холодного деформирования, валков горячей прокатки, прессового инструмента, плунжеров, роликов, ножей блюминга, рабочих органов землеройного оборудования. Наносят их плазменным напылением и наплавкой.  [c.192]

Установка для плазменной наплавки и напыления состоит из следующих узлов источника питания, плазмотрона, механизма подачи проволоки, дозатора подачи металлического порошка, газовой аппаратуры, приборов контроля за режимами ведения процесса.  [c.348]

Исходный материал покрытия вводится в сопло плазмотрона в виде проволоки или гранулированного порошка. Проволока в качестве напыляемого материала используется реже, так как при ее применении структура покрытия получается крупнозернистой и, кроме того, не все материалы для напыления могут быть приготовлены в виде проволоки. Поэтому при плазменном напылении в качестве присадочного материала применяют гранулированные порошки с размером частиц от 50 до 150 мкм.  [c.172]

Для защиты от коррозии используют листовые и пленочные покрытия, а также покрытия, нанесенные из порошков, хотя в этом случае применимы только плазменные напыления и ряд специфических приемов, о которых будет сказано ниже.  [c.229]

Химический состав и физические свойства материала, применяемого для напыления, являются одним из наиболее существенных факторов, влияющих на конечные свойства покрытий. В процессе плазменного напыления частицы порошка превращаются в жидкие капельки, увлекаются ионизированным газовым потоком и, попадая на защищаемую поверхность, растекаются, затвердевают и образуют покрытие.  [c.121]

Пористость слоя окиси магния, получаемого при плазменном напылении, может быть снижена путем шихтовых добавок порошка металлического никеля. При этом после напыления покрытое изделие нагревают для перевода металлического никеля в окись, которая образует с окисью магния твердые растворы  [c.46]

При ремонте плазменная наплавка и напыление применяются главным образом с целью увеличения износостойкости определенных поверхностей деталей оборудования. Присадочный материал для наплавки или напыления может иметь вид проволоки, ленты или порошка. Для наплавки применяются твердые сплавы стеллит, сормайт, сталинит. Наплавка может производиться присадочной токоведущей проволокой (прутками) или порошками. Проволока (прутки) подается непосредственно под плазменную головку порошки соответствующей присадки могут быть насыпаны на наплавляемую поверхность ровным слоем. Порошок расплавляется с помощью плазменной струи он может также вдуваться в струю из специального бункера.  [c.173]

Покрытия из порошков серого оксида алюминия рекомендуются для плазменного напыления антикавитационных покрытий, стойких к эрозии частицами при температуре до 820 К, а также в расплавах металлов (цинка, алюминия и меди). Диоксид титана Met o 102 и композит Met o 111 (СггОз + Ti02) рассчитаны на покрытия, стойкие к абразивному воздействию частицами и твердыми поверхностями при повышенных температурах. Покрытия из оксида хрома позволяют также защищать детали машин от кавитации и эрозии частицами.  [c.208]

Конструктивные параметры плазмотрона. В ряде случаев конструкция плазмотрона для ведения какого-либо технологического процесса выбирается произвольно, без глубокого анализа процессов, протекающих в разрядном канале дугового, индукционного или других плазмотронов. Например, для плазменного напыления, сферондизации, дисперсизации порошков и других процессов обработки дисперсных материалов используются плазмотроны с самоустанавливающейся длиной дуги, в которых длина канала невелика и составляет, как правило, 5—6 калибров [/ = == (5- 6) I], а диаметр канала составляет 5—8 мм.  [c.38]

Плазменное напыление схоже с процессом электродугового напыления тем, что для плавления и распыления подаваемого металла используется электрическая дуга постоянного тока. В данном случае дуга представляет собой ионизированную газовую плазму, образующуюся между электродами металла, охлаждаемыми водой. Электроды в этом процессе не расходуются. В плазменном металлизаторе точечный вольфрамовый катод, охлаждаемый водой, установлен концентрически у основания соплообразного охлаждаемого водой медного анода. Подаваемый газ под углом поступает сзади в кольцевой между-электродный зазор, ионизируется и образует дугу. Поток газа выталкивает дугу в отверстие сопла, где спиральный поток создает концентрацию тепла в центре плазменной дуги. Благодаря очень высокому температурному градиенту, образуемому при этом расположении дуги, температура в центре достигает 20000° С. Температура стенки сопла составляет 250° С. Металл для покрытия в виде порошка подается во втором потоке газа и радиально впрыскивается в сопло металлизатора. Частицы металла, проходя через плазменную дугу, плавятся, распыляются и выводятся из сопла под действием потока газа.  [c.80]

Процесс плазменного напыления использовали для получения композиции алюминий — стальная проволока (12Х18Н10Т) [24]. На цилиндрическую оправку наматывали с небольшим натягом слой алюминиевой фольги. Стальную проволоку диаметром 0,2 мм наматывали на фольгу с помощью намоточного устройства с шагом, изменяющимся от 0,25 до 1 мм. Оправку с намотанной проволокой переносили в камеру плазмотрона (УПУ-3), в которой по заданному режиму напыления наносили алюминиевое покрытие из порошка зернистостью от 50 до 100 мкм. Минимальная пористость напыленного слоя, составляющая 25—30%, достигалась при следующем режиме напыления напряжения 32 В, силе тока 760 А, расходе плазмообразующего газа от 20 до 30 л/мин. Толщина армированного монослоя составляла 0,4 мм, равномерность укладки волокон в процессе плазменного напыления не нарушалась. Для получения компактного, плотного материала требуемой  [c.175]

Устойчивые огнеупорные, воздухонепроницаемые пленки с высокой диэлектрической постоянной могут быть получены при непрерывном плазменном напылении порошков ВаЛОз или ЗгТгОз [10, 38] на металлы, графит, керамику и стекло. Порошкообразный ВаТЮз — 85% частиц которого имеют средний диаметр 15 мк, распылялся с помощью плазменной горелки со скоростью 20 г мин на металлическую поверхность. Поверхность предварительно нагревалась до температуры бОО С и при проведении процесса поддерживалась температура около 700° С. Покрытие имело толщину в пределах 76—500 мк. Диэлектрическая проницаемость пленки е 530 при комнатной температуре. Этот метод может применяться для производства конденсаторов.  [c.298]

Для специальных целей получают покрытия плазменным напылением порошков Ti -МогС nTi -TiN.  [c.162]

Хотя сам технология плазменного напыления покрытий и не нова, однако ее применение в вакуумируемых камерах низкого давления является относительно новым. Для многих современных покрытий, в состав которых входят химически активные элементы, такие как алюминий и хром (например, покрытие Me rAlY), технология плазменного напыления при низком давлении окружающей среды позволяет свести к минимуму образование оксидных дефектов в структуре свеженапы-ленных покрытий. Преимущества такого процесса низкого давления также заключаются в более высоких скоростях разбрызгиваемых частиц порошка и расширенной области распыления [9]. Покрытия также могут наноситься в защитной атмосфере инертного газа. Основной целью любой технологии является получение чистых, бездефектных покрытий нужной толщины и хорошая воспроизводимость результатов. Как и в случае процесса физического осаждения из паровой фазы с электронно-лучевым испарением сцепление плазменно-напыленных покрытий с подложкой обеспечивается последующей термообработкой.  [c.96]

Термическое напыление, при котором материал покрытия в расплавленном виде содержится в топливокислородном пламени. Сжатый газ может или не может использоваться для распьшения материала покрытия и распределения его на поверхности. Распыляемый материал первоначально находится в виде провода или порошка. Термин газопламенное напыление обычно используется для описания процесса напыления при горении газа в отличие от Plasma spraying — Плазменного напыления.  [c.959]

Гнезда под вкладыши коренных подшипников можно восстанавливать также плазменным напылением по следующей технологии перед нанесением покрытия растачивают гнезда под увеличенный размер для получения толщины покрытия 0,7—1,0 мм, обезжиривают, закрывают отверстия масляных каналов асбестовыми пробками и подвергают дробеструйной обработке дробью ДЧК-1,5. Для нанесения покрытия применяется стальной nopq-шок марки ПЖ-5М с присадкой в качестве легирующих добавок порошков алюминия АКП и никеля 1—2%, В качестве пла змо-образующего и транспортирующего газа применяют азот. Напыление производят при следующем режиме расход плазмообразующего газа 20—25 л/мин, сила тока 325—350 А, дистанция напыления 145—155 мм. Затем гнезда растачивают под размер рабочего чертежа (резец Т15К6, частота вращения борштанги 200—250 об/мин, подача 0,05 мм/об, толщина снимаемого слоя за  [c.252]

Перспективным для противокоррозионной защиты в химической промышленности является плазменное напыление порошков полимеров. Способ состоит в нагревании порошка плазмой (ионизированным инертным газом— аргоном, гелием, азотом) с температурой 15000— 30000° С, образующейся в пламени вольтовой дуги. Порошок инжектируется в пламя также с помощью инертного газа. Несмотря на высокую температуру, полимер не деструктируется, так как находится в инертной среде и контактируется с плазмой доли секунды. Этим способом  [c.97]

Выбор метода нанесения покрытий. Большинство покрытий можно получить любым из известных методов. Для материалов, легко подверженных термоокислительной деструкции, предпочтение следует отдавать беспламенным методам. Для нанесения покрытий из порошков пентапласта не допускается применение газопламенного метода. Сополимеры тетрафторэтилена с этиленом Ф-40 ДП и другие наносят вихревыми и электростатическими методами. Для фторопласта Ф-50 рекомендуется электростатическое напыление. Фторопласт-4, как уже отмечалось, наносят плазменным напылением либо можно использовать криогенный способ, сущность которого заключается в том, что тонкодисперсный порошок ПТФЭ (размер частиц до 1 мкм), охлажденный до —73,5°С, втирается в металлическую поверхность изделия, имеющего микроскопические поверхностные трещины. При спекании (температура 370°С) порошок расширяется и заполняет микротрещины, образуя прочное механическое сцепление с подложкой.  [c.259]

Особый интерес представляют покрытия из никель-алюминие-вых порошков, которые в процессе плазменного напыления образуют алюминиды никеля, отличающиеся высокой твердостью и жаростойкостью. В одних из первых работ [362—364], посвященных этому типу покрытий, рассмотрены некоторые особенности формирования никель-алюминиевых покрытий и их свойства. Напыление проводили порошком алюминия, частицы которого были покрыты слоем никеля. Обычно соотношение между количеством алюминия и никеля нужно выбирать из расчета получения в процессе формирования покрытия фазы NiAl, отличающейся наиболее высокими защитными свойствами среди других алюминидов никеля. Покрытие может быть успешно нанесено на стали различных марок, алюминиевые сплавы, титан, ниобий, тантал, молибден и другие металлические материалы. Покрытие характеризуется высокой сплошностью и прочностью сцепления с основой более 200 кПсм . Твердость покрытия достигает 75 HRB. Защитные свойства покрытий иллюстрируются следующими примерами при толщине до 0,25 мм оно защищает молибден от окисления при 1020° С на воздухе более 200 ч, выдерживает многократный циклический нагрев до 980° С и сохраняет свою структуру и высокую жаростойкость вплоть до 1500—1600° С. Среди особо ценных свойств покрытия следует отметить хорошее сопротивление расплавам жидких стекол различных марок. В связи с этим оно нашло применение для защиты стеклоформующих инструментов и оснастки [364].  [c.333]

Плазмогпроны с внутренней дугой предназначены для создания плазменных струй, поэтому их называют струйными. В большинстве случаев они используются для напыления покрытий, плавки и сферондизации порошков, формования изделий, выращивания монокристаллов, в плазмохимии и в ряде других процессов. Обычно исходный материал вводится в обесточенную часть струи, т. е. зона ввода энергии и технологическая зона разделены, поэтому их называют плазмотронами косвенного действия. Однако в таких плазмотронах иногда исходный материал вводят в область дугового разряда, например при плазменном напылении, когда порошок подают в дуговой канал до анодного пятна [43], а также при распылении проволоки, когда через нее пропускают электрический ток. Поэтому данные плазмотроны становятся плазмотронами прямого действия. В дальнейшем целесообразно различать плазмотроны по характеру обдува электрической дуги в разрядном канале. Среди них можно выделить плазмотроны с продольно-и поперечно-обдуваемой дугами.  [c.86]

Для получения покрытий металл — тугоплавкое неметаллическое вещество путем плазменного напыления необходима тщательная предварительная подготовка порошков для обеспечения их равномерного распределения в КП. Обычно применяют механические смеси порошков (для равномерного их распределения в покрытии необходимы дополнительные конструктивные приспособления) или их запрессовки. Последние дают возможность получать покрытия с высокой микрооднородностью (частицы размером 40—100 мкм).  [c.280]

Метод плазменного напыления используют для создания высокотемпературной защиты меди. Для напыления применяют порошки меди ( =100—160 мкм) и а-АЬОз ( = 50 мкм). Процесс ведут на установке УПУ-3 с плазмообразующими и транспортирующими газами (азотом и аргоном). Прочность сцепления покрытия составляет 1,8—2,5 МПа, что недостаточно для эксплуатации изделий, поэтому последние подвергаются дополнительному отжигу при 900 °С в течение 4 ч. Удовлетворительная прочность сцепления покрытия наблюдается при содержании в нем до 5—6% АЬОз. В работе [2] подробно описано плазменное покрытие из сплава Си—(10%)—МоЗг. Для предупреждения выгорания и сдувания частиц твердой смазки МоЗг при образовании покрытия они предварительно капсули-ровались осажденной пленкой медь — олово толщиной 5— 10 мкм. Покрытия при толщине 200 мкм имели низкую пористость (5%) и высокую прочность сцепления (12,5 МПа). В сравнении с классическими антифрикционными материалами (без МоЗг) указанные покрытия характеризовались низким коэффициентом трения и более низкой температурой смазочного масла.  [c.281]

Материалы для напыления. Для плазменно-дуговой металлизации материалами для напыления могут быть любые тугоплавкие металлы в виде проволоки или порошка, но могут использоваться и среднеуглеродистые и легированные проволоки типа Нп-40, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗХ13 и др. В условиях авторемонтных предприятий в качестве тугоплавких материалов может применяться сплав типа ВЗК (стеллит) или сормайт, обладающий высокими износостойкостью и коррозионной стойкостью.  [c.262]

---

Плазменная установка. Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков

ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ

В последние десятилетия развиваются новые методы получения порошковых материалов, основанные на процессах плазмохимического синтеза в высокочастотном (ВЧ), сверхвысокочастотном (СВЧ) или электродуговом разряде. При этом наибольшее распространение получили два типа процессов:

• обработка порошковых материалов с целью их рафинирования,

сфероидизации, закалки, изменения фазового состояния;

• плазмохимический синтез порошков нового фазового состава.

В последнем случае подаваемый исходный порошок, раствор реагентов или их парогазовая смесь на первом этапе испаряется, а синтез конечного продукта идет через реакции в газовой фазе. При этом могут быть получены порошки металлов, оксидов, нитридов в неравновесном фазовом состоянии и с наноразмерным гранулометрическим составом.

На рисунке 3.17 представлена схема плазменной установки с использованием ВЧ разряда, формируемого на частоте 2—15 МГц.

Рис. 3.17. Схема процесса получения нанопорошков в ВЧ-разряде:

7 — ВЧ-индуктор; 2— кварцевый реактор; 3 — подача исходного сырья; 4 — плазмохимический реактор; 5 — фильтр; 6 — плазменный факел

Промышленные установки такого типа имеют мощность до нескольких сотен киловатт. При этом температура плазмы составляет 10—12 тыс. градусов. В силу ряда особенностей ВЧ-разряда используют вихревые потоки плазмообразующего газа, вследствие чего обрабатываемые порошковые материалы могут подаваться только в плазменную зону ниже ВЧ индуктора.

На рисунке 3.18 приведена схема плазменной установки с использованием электродугового плазменного разряда.

Рис. 3.18. Схема процесса получения нанопорошков в электродуговом разряде:

• 7 — подача исходного сырья; 2 — основной плазмохимический реактор; 3 — фильтр;
• 4 — электродуговые плазмотроны; 5 — плазменный факел

Единичная мощность промышленных установок может достигать I МВт за счет использования одновременно нескольких электроду- говых плазмотронов. Температура в зоне реактора достигает 12— 15 тыс. градусов. Однако и в этом случае могут быть использованы

только вихревые газовые потоки, поэтому исходное сырье может подаваться в сравнительно низкотемпературную область разряда.

На рисунке 3.19 представлена схема плазменной установки с использованием сверхвысокочастотного плазменного разряда.

Рис. 3.19. Схема процесса получения нанопорошков в СВЧ-плазменном разряде:

1 — СВЧ-плазмотрон; 2 — подача исходного сырья; 3 — основной плазмохимический реактор; 4 — фильтр; 5 — волновод для подачи СВЧ-мощности в плазмотрон; 6 — плазменный факел

Данный тип разряда имеет температуру порядка 3—5 тыс. градусов, что оптимально для проведения плазмохимического синтеза через газовую фазу. При этом современные конструкции СВЧ-плазмотронов позволяют вводить реагенты непосредственно взону энерговвода. Мощность установок такого типа составляет 5— 100 кВт. На рис. 3.20 в качестве примера приведены гранулометрические составы нанопорошков оксида алюминия (/), двойного оксида алюминия — циркония (2) и оксида железа (3), полученных по СВЧ-плазменной технологии.

Рис. 3.20. Гранулометрический состав нанопорошков оксидов, полученных по СВЧ-плазменной технологии:

1 — оксида алюминия; 2 — двойного оксида алюминия-циркония; 3 — оксида железа

Отсутствие контакта СВЧ-плазменного разряда с электродами разрядной камеры позволяет получать порошки, не загрязненные материалами элементов конструкции технологической установки.

Плазмотрон. Технология плазменной плавки, плавления, напыления. Плазменное получение порошков.

Газоразрядная плазма создается в специальных устройствах- плазмотронах. Представим основные разновидности этих устройств. Существует две разновидности плазмотронов: 1 – Дуговые плазмотроны постоянного тока. 2 – Высокочастотные плазмотроны.

Рис. 1.17. Дуговой плазмотрон прямого действия: 1 – электрод, 2 – обрабатываемая деталь, 3 – водоохлаждаемый корпус, 4 – источник постоянного напряжения, 5 – дуговой разряд, 6 – плазменная струя

Рис. 1.18 Дуговой плазмотрон косвенного действия: 1 – электрод, 2 – обрабатываемая деталь, 3 – водоохлаждаемый корпус, 4 – источник постоянного напряжения, 5 – дуговой разряд, 6 – плазменная струя

Дуговой плазмотрон постоянного тока состоит из следующих узлов: внутреннего электрода, разрядной камеры и устройства подачи плазмообразующего вещества. Различают два типа дуговых плазмотронов – для формирования плазменной дуги и для создания плазменной струи. В устройствах первой группы (плазмотроны прямого действия) дуговой разряд горит между внутренним электродом (1) и обрабатываемым материалом, служащим анодом (2) (см. рис. 1.17).

В устройствах второй группы (плазмотроны косвенного действия, см. рис.1.18) плазма, создаваемая в разряде между электродом (1) и корпусом (3), истекает из разрядной камеры в виде струи. Стабилизация разряда в дуговых плазмотронах в большинстве случаев осуществляется с помощью магнитного поля.

Плазмотроны косвенного действия (плазмоструйные) используются при термической обработке как металлов, так и диэлектриков, а также для нанесения покрытий. Плазмотроны прямого действия (плазмодуговые) служат для сварки, резки, плавки электропроводных материалов. Мощности дуговых плазмотронов 10 2 -10 7 Вт. Температура струи на срезе сопла 3000-12000 К.

Комбинированные плазмотроны представляют собой симбиоз плазмодуговых и плазмоструйных плазмотронов. В них дуга зажигается одновременно между электродом (1), корпусом (3) и заготовкой (2).

Высокочастотный плазмотрон (см. рис. 1.19) включает: электромагнитную катушку, индуктор (1) или электроды, подключенные к источнику ВЧ-энергии, корпус плазмотрона (2), разрядную камеру (4),

узел ввода плазмообразующего вещества. Мощность ВЧ-плазмотронов достигает 106 Вт, температура в центре разрядной камеры достигает 10000 К. Частота электромагнитного поля 10-50 МГц.

Рис. 1.19. Схема индукционного высокочастотного плазмотрона: 1 – индуктор, 2 – водоохлаждаемый корпус, 3 – плазменная струя, 4 – разрядная камера, 5 – обрабатываемая деталь

Плазменные технологии

Газоразрядная плазма широко используется в современной технике для реализации следующих электротехнологий:

– получение ультрадисперсных порошков,

– плавка, резка, сварка металлических изделий,

– травление и очистка поверхности,

– нанесение покрытий на изделия,

– плазмохимическое легирование поверхности.

Рассмотрим некоторые из этих технологий более подробно.

Плазменная наплавка. Это процесс нанесения на поверхность заготовки упрочняющих слоев большой толщины. В результате деталь из дешевых материалов приобретает уникальные механические свойства. Для упрочнения металлических деталей используется плазмотроны косвенного действия (см. рис. 1.19), на рисунке по стрелке подается, наряду с газом, наплавляемый металл (как правило, порошок твердого сплава), Обычно толщина наплавленного за один проход слоя металла составляет 1-10 мм.

Примером плазменной наплавки является нанесение инструментальной стали на обычную углеродистую сталь. В результате деталь из дешевого металла приобретает высокие свойства, характерные для дорогих изделий. Кроме того, осуществляют эффективное восстановления коленчатых валов двигателем внутреннего сгорания, а также ремонт дорогостоящих штампов.

Плавление и кристаллизация. Плазменное плавление и кристаллизация материалов, как металлов, так и диэлектриков и полупроводников получило широкое распространение ввиду высокой технологичности процесса. Схема соответствующих устройств приведена на рис. 1.20. Сверху в камеру (2) вмонтирован плазмотрон (1), в плазменную струю (3) которого помещается заготовка, подлежащая расплавлению. Расплавленный материал попадает в кристаллизатор (4), где кристаллизуется, и слиток вынимается из камеры. Для предотвращения окисления плавку ведут в инертной атмосфере. В результате цикла «плавление-кристаллизация», происходит очистка материала от примесей. Данный способ позволяет плавить как металлы, так и оксиды, карбиды, нитриды, при этом температура плавления может достигать 4000 0С.

Рис. 1.20. Схема напыления в плазмотроне: 1 – плазмотрон, 2 – подложки, 3 – тигель с напыляемым материалом, 4 – потоки атомов

Рис. 1.21. Схема технологического процесса плазменного плавления и кристаллизации металлов: 1 – плазмотрон, 2 – корпус установки, 3 – плазменная струя, 4 – кристаллизатор, 5 – заготовка расплавляемого материала

Плазменное напыление. Плазменное напыление является процессом нанесения покрытий с помощью высокотемпературной плазменной струи, которая обеспечивает испарение материала и перенос его атомов на подложку. Напыляемым материалом могут быть металлы, керамика, различные полупроводниковые и диэлектрические соединения. Напыление применяется для нанесения на изделие тонкого слоя другого материала с целью улучшения прочностных, коррозионных, жаропрочных, декоративных и других эксплуатационных свойств материалов и изделий. На рис. 1.21 представлена схема процесса напыления атомов на подложку с использованием плазмотрона. Распыляемый материал (3)

под действием плазменной струи переходит в атомарное состояние, атомы вещества осаждаются на подложке (2), образуя прочную пленку, толщина которой определяется временем экспозиции.

Кроме плазмотронов, для напыления применяются плазменные ускорители. Это устройства для получения потоков плазмы со скоростями (10-1000) км/c, что соответствует кинетической энергии ионов от 10 эВ до 10 6 эВ. Наибольшее распространение получили плазменные ускорители, в которых для создания и ускорения используется энергия электрического разряда. В отличии от ускорителей заряженных частиц в канале плазменного ускорителя находятся одновременно положительные ионы и электроны, то есть не нарушается квазинейтральность плазмы. Основной механизм ускорения плазмы состоит в следующем. Плазма рассматривается как сплошная среда. Ускорение обусловлено перепадом электронного и ионного давления и действием силы Ампера (пондероматорные силы), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме с магнитным полем. Для плазменного напыления используются как плазмотроны, так и плазменные ускорители. Последние имеют несомненное преимущество, поскольку ускоренные ионы проникают в материал подложки на большую глубину, тем самым обеспечивая хорошее сцепление напыленной пленки с подложкой.

Получение порошков средней дисперсности

Рис. 1.22. Схема процесса плазменного получения порошков: 1 – плазмотрон, 2 – камера, 3 – вращающийся кристаллизатор, 4 – частицы порошка, 5 – заготовка

Частицы порошков средней дисперсности имеют размеры в пределах (10-1000) мкм. Именно такие порошки наиболее интенсивно применяются в порошковой металлургии для изготовления изделий из металла, ферритов, керамики. Рис. 1.22 иллюстрирует процесс плазменного получения порошков средней дисперсности. Заготовка (5), расплавляясь в струе плазмотрона (1). Капли заготовки достигают вращающегося кристаллизатора, разбрызгиваются и застывают в виде монокристальных частиц размером (10-1000) мкм. Регулируя скорость вращения кристаллизатора, можно получать частицы порошка разной дисперсности.

Получение ультрадисперсных порошков. Ультрадисперсные порошки имеют размеры частиц меньше 1 мкм, то есть относятся к категории наноразмерных порошков. Дисперсность УДП составляет (10-1000) нм. Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов, оксидов является плазмохимический синтез. Основными условиями получения высокодисперсных порошков этим методом являются: протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста. В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы; благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновениях. При плазмохимическом синтезе используется низкотемпературная (4000-8000) К азотная, аммиачная, углеводородная, аргоновая плазма дугового, тлеющего, высоко- или сверхвысокочастотного разрядов. Главный недостаток плазмохимического синтеза – широкое распределение частиц по размерам, и вследствие этого наличие довольно крупных (до 3 мкм) частиц.

На рис. 1.23 представлена схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда. Через дозирующее устройство (1) распыляется водный раствор нитрата циркония, под действием высокой температуры (4000 К) протекает реакция Zr(NO3)4 -> ZrO2+4NO2+O2. Твердый продукт реакции в виде ZrO2 собирается на дне реактора. Нанопорошки используются при приготовлении нанокерамики и других материалов, необходимых для создания материальной базы новой технической отрасли – наноэлектроники.

Рис. 1.23. Схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда

Использование газоразрядной плазмы в микроэлектронных технологиях.

Микроэлектроника – это отрасль электронной техники, цель которой состоит в создании устройств в микроминиатюрном исполнении.

Планарная технология является наиболее перспективным методом получения подобных устройств. Основные операции планарной технологии: нанесение тонких диэлектрических и металлических пленок на поверхность полупроводниковой пластины; создание методами литографии и травления необходимой топологии будущей микросхемы; образование электронно-дырочных переходов при легировании кристалла донорами и акцепторами. В результате этих операций отдельным участкам полупроводниковой пластины придаются свойства различных элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и т.д., что в итоге и формирует интегральную микросхему.

Высокочастотная плазма широко используется в планарной технологии для проведения операций получения и травления диэлектрических и, особенно, резистивных пленок.

Топология будущей микросхемы формируется методами литографии, обеспечивающими перенос рисунка шаблона на поверхность полупроводниковой пластины. Главным элементом литографического процесса является резист, представляющий собой полимерную пленку, растворимость которой в проявителе зависит от вида и длительности облучения. В зависимости от вида радиации различают фото-, электрон- или рентгенорезисты. В литографии наибольшее распространение получили фоторезисты. В зависимости от природы полимера, в нем под действием облучения развиваются либо деструкция (разрыв химических связей), либо сшивание макромолекул (образуется объемная полимерная сетка). Это приводит к тому, что деструктирующие при облучении резисты увеличивают растворимость в проявителе, а сшивающиеся резисты, наоборот, становятся нерастворимыми. Указанные свойства полимерных резистов изменять свою растворимость после экспонирования и используются в литографии для формирования рисунка микросхемы.

Литографический процесс включает следующие этапы:

– нанесение пленки на полупроводниковую пластину,

– облучение пластины через шаблон (экспонирование),

– после облучения пластину помещают в раствор – проявитель.

В зависимости от типа используемого полимера при проявлении удаляются экспонированные или неэкспонированные области пленки. В соответствии с этим резисты делятся на позитивные и негативные. К позитивным (деструктирующим) резистам относятся полиметилметакрилат (ПММА), полибутен-1, сульфин (ПБС). Представителем сшивающихся при облучении полимеров-резистов является полиглицилметакрилатэтилакрилат.

– термическое задубливание резиста для увеличения его адгезионных свойств.

– удаление резиста хим. или плазмохимическим способами.

Наиболее эффективно травление диэлектрических пленок и удаление резиста с полупроводниковых пластин осуществляется в плазме высокочастотного разряда. Рассмотрим устройство установки «Плазма- 600», широко используемой в микроэлектронике.

Рис. 1.24. Установка «Плазма – 600»: 1 – вакуумная камера для плазменной обработки материалов, 2 – образец, 3 – нижний электрод, 4 – верхний электрод, 5 – генератор высокочастотного поля, 6 – форвакуумный насос

Установка “Плазма-600” предназначена для получения и травления диэлектрических пленок, а также для обработки поверхности материалов в плазме высокочастотного газового разряда.

Основные параметры установки: частота ВЧ-генератора – 13.56 МГц, рабочее давление в газоразрядной камере – (10 3 -10 5 ) Па, в качестве рабочего газа может использоваться воздух, кислород, аргон, пары летучих жидкостей.

Основные особенности высокочастотного разряда. Под действием ВЧ – поля электроны приобретают энергии порядка (10-100) эВ и оказываются способными эффективно ионизовать атомы и молекулы газа при соударениях. Распределение электронов по энергиям имеет сложный характер, отличный от распределения Максвелла. При давлениях газа близких к атмосферному между электродами возникает высокочастотная корона, которая при соответствующей мощности генератора переходит в высокочастотную дугу. При низких давления газа режим ВЧ-разряда близок к режиму тлеющего разряда. Высокочастотный разряд используется для образования плазмы в ионных источниках, в молекулярных лазерах для создания однородной активной среды, для осуществления плазмохимических процессов.

Плазменное получение порошков

Рассмотрение возможности получения материалов с новыми, отличными от макрокристаллических, физико-химическими свойствами. Получение наночастиц заранее заданных формы и размера. Описание различных синтетических подходов, их преимуществ и недостатков.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	28.03.2017
Размер файла	2,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Интерес к наноструктурам в первую очередь связан с возможностью получать материалы с новыми, отличными от макрокристаллических, физико-химическими свойствами. Наиболее привлекательной особенностью наносистем является возможность регулировать физической отклик материала в зависимости от размера частиц. Таким образом, очевидно, что контроль размера, а во многих случаях и формы частиц на наноуровне может привести к изменению свойств хорошо знакомых материалов и открыть для них применение в новых областях. Успехи в научном исследовании и использовании наночастиц металлов, полупроводников, полимерных наночастиц в значительной мере зависят от возможностей методов синтеза, то есть от того, позволяет ли выбранный метод получать частицы, удовлетворяющие требованиям данной научной или практической задачи. В последние годы большие усилия были направлены на получение наночастиц заранее заданных формы и размера; было описано множество различных синтетических подходов, каждый из которых имел свои преимущества и недостатки.

макрокристаллический химический наночастица синтетический

1. Плазменное получение порошков

Газоразрядная плазма создается в специальных устройствах- плазмотронах. Представим основные разновидности этих устройств. Существует две разновидности плазмотронов: 1 – Дуговые плазмотроны постоянного тока. 2 – Высокочастотные плазмотроны.

Рисунок 1 Дуговой плазмотрон прямого действия: 1 – электрод, 2 – обрабатываемая деталь, 3 – водоохлаждаемый корпус, 4 – источник постоянного напряжения, 5 – дуговой разряд, 6 – плазменная струя

Рисунок 2 Дуговой плазмотрон косвенного действия: 1 – электрод, 2 – обрабатываемая деталь, 3 – водоохлаждаемый корпус, 4 – источник постоянного напряжения, 5 – дуговой разряд, 6 – плазменная струя

Дуговой плазмотрон постоянного тока состоит из следующих узлов: внутреннего электрода, разрядной камеры и устройства подачи плазмообразующего вещества. Различают два типа дуговых плазмотронов – для формирования плазменной дуги и для создания плазменной струи. В устройствах первой группы (плазмотроны прямого действия) дуговой разряд горит между внутренним электродом (1) и обрабатываемым материалом, служащим анодом (2) (см. рис. 1).

В устройствах второй группы (плазмотроны косвенного действия, см. рис.2) плазма, создаваемая в разряде между электродом (1) и корпусом (3), истекает из разрядной камеры в виде струи. Стабилизация разряда в дуговых плазмотронах в большинстве случаев осуществляется с помощью магнитного поля.

Плазмотроны косвенного действия (плазмоструйные) используются при термической обработке как металлов, так и диэлектриков, а также для нанесения покрытий. Плазмотроны прямого действия (плазмодуговые) служат для сварки, резки, плавки электропроводных материалов. Мощности дуговых плазмотронов 102-10 7Вт. Температура струи на срезе сопла 3000-12000 К.

Комбинированные плазмотроны представляют собой симбиоз плазмодуговых и плазмоструйных плазмотронов. В них дуга зажигается одновременно между электродом (1), корпусом (3) и заготовкой (2).

Высокочастотный плазмотрон (см. рис. 3) включает:

электромагнитную катушку, индуктор (1) или электроды, подключенные к источнику ВЧ-энергии, корпус плазмотрона (2), разрядную камеру (4), узел ввода плазмообразующего вещества. Мощность ВЧ-плазмотронов достигает 106 Вт, температура в центре разрядной камеры достигает 10000 К. Частота электромагнитного поля 10-50 МГц.

Рисунок 3 – Схема индукционного высокочастотного плазмотрона: 1 – индуктор, 2 – водоохлаждаемый корпус, 3 – плазменная струя, 4 – разрядная камера, 5 – обрабатываемая деталь

1.1 Плазменные технологии

Газоразрядная плазма широко используется в современной технике для реализации следующих электротехнологий:

– получение ультрадисперсных порошков,

– плавка, резка, сварка металлических изделий,

– травление и очистка поверхности,

– нанесение покрытий на изделия,

– плазмохимическое легирование поверхности.

Получение ультрадисперсных порошков. Ультрадисперсные порошки имеют размеры частиц меньше 1 мкм, то есть относятся к категории наноразмерных порошков. Дисперсность УДП составляет (10-1000) нм. Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов, оксидов является плазмохимический синтез. Основными условиями получения высокодисперсных порошков этим методом являются: протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста. В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы; благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновениях. При плазмохимическом синтезе используется низкотемпературная (4000-8000) К азотная, аммиачная, углеводородная, аргоновая плазма дугового, тлеющего, высоко- или сверхвысокочастотного разрядов. Главный недостаток плазмохимического синтеза – широкое распределение частиц по размерам, и вследствие этого наличие довольно крупных (до 3 мкм) частиц.

На рисунке 4 представлена схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда. Через дозирующее устройство (распыляется водный раствор нитрата циркония, под действием высокой температуры (4000 К) протекает реакция Zr(NO3)4 -> ZrO2+4NO2+O2. Твердый продукт реакции в виде ZrO2 собирается на дне реактора. Нанопорошки используются при приготовлении нанокерамики и других материалов, необходимых для создания материальной базы новой технической отрасли – наноэлектроники.

Рисунок 4 – Схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда

На рисунке 5 представлена схема установки для получения металлических наночастиц способом плазменного плавления и испарения микронных частиц металла. Частицы порошка металла поступают в электродуговой плазменный поток внутри вихря технологического газа-носителя (аргона). Здесь они испаряются, и образовавшаяся парогазовая смесь подается в конденсатор и холодильник-теплообменник. Неиспарившиеся частицы отделяются от парогазового потока в испарительной камере за счет центробежных сил газового вихря и улавливаются с помощью фильтра. Охлажденный до 50 ч 60 ?C аэрозольный поток с наночастицами металла проходит через тонкие фильтры, на которых осаждаются полученные наночастицы. Установка может работать в непрерывном режиме. Этот метод обладает достаточно большой производительностью, которая на единичном блоке достигает 10 г порошка в час. Средний размер частиц алюминия, произведенных методом плазменной переконденсации, находится в диапазоне 40 ч 60 нм. Преимуществом этого метода являются стабильность испарения металлов с высокой температурой плавления и низкое давление пара. Его недостатки связаны с трудностями фокусировки струи плазмы при низких давлениях (до 25 кПа) и с ненадежной работой плазмотрона на при длительных режимах нагревания, что снижает эффективность этой технологии.

При использовании метода комбинированного плазменного нагрева эффективность испарения дисперсного материала повышается. Происходит двухступенчатый процесс нагревания. Первоначально материал нагревается до высокой температуры с помощью плазмы, полученной при постоянном токе. После этого вещество плавится и испаряется в плазме, полученной посредством высокочастотных зарядов. Исходный материал находится в виде порошка крупного размера или стружки. Образующиеся частицы имеют сферическую форму размером более 50 нм.

Рисунок 5. Принципиальная схема метода плазменной переконденсации металлических частиц

2. Получение нанокристаллических порошков в промышленном объёме

В промышленности задача получения чистых тугоплавких ультрадисперсных, в т.ч. – нанокристаллических порошков с заданным набором свойств (удельная поверхность, чистота, текучесть, физико-механические и химические свойства, заданная форма и т.д.) для производства высококачественных изделий решается в несколько стадий, на громоздком и дорогостоящем оборудовании, с необоснованно высокими затратами материальных ресурсов. Получение порошков с помощью механического размола приводит к загрязнению порошков и требует дополнительной очистки.

В ряде случаев весь набор требований не может быть обеспечен, при этом свойство товара складываются на основе компромисса требований к нему. Технические устройства и технологии, оборудование, применяемые для получения тугоплавких нанопорошков, устарели и не соответствуют предъявляемым современным требованиям к качеству материалов. В технологической цепи производства тугоплавкого нанопорошка имеется большое количество физико-механических, химических и электрохимических переделов, приводящих к образованию сложных и опасных отходов и серьезно удорожающих конечный продукт. В силу дороговизны продукта и ограничению возможностей по обеспечению заданных свойств изделий, полученных по традиционной технологии, из-за малой производительности и незначительного выхода годного продукта при традиционной схеме переработки, он недоступен отечественному потребителю. Отдельные свойства порошка при получении его традиционными способами вообще не могут быть достигнуты.

Это делает невозможным переход на массовый выпуск современных изделий микроэлектроники, оборонной техники, ракетной техники и авиации, базирующихся на использовании современных ультрадисперсных и нано-материалах.

2.1 Вакуумная плазменная установка

Одна из плазменных установок, состоит из двух постов, один из которых – для работы, как с порошками, так и со слитками, другой – для работы с порошками. Схема установки приведена на рисунке 6 (а-в).

Рисунок 6-а – Вакуумная плазменная печь для обработки порошков и нанопорошков и производства слитков.

Рисунок 6-б – Схема вакуумной камеры №1

Рисунок 6-в – Схема вакуумной камеры №2

Вакуумная плазменная установка имеет следующие основные технические данные и характеристики:

– Максимальный ток дуги – 3000А;

– Максимальное напряжение на дуге – 80В;

-Давление в рабочей камере в рабочем режиме – до мм.рт.ст.;

– Напряжение питающей сети – 380В.

Экспериментальная вакуумная плазменная установка с полым катодом состоит из следующих узлов:

– рабочая вакуумная камера;

– откачная вакуумная система;

– система подачи плазмообразующего и транспортного газа;

– система электропитания и управления установкой.

Вакуумная плазменная установка с полым катодом состоит из двух независимых технологических объемов «Камера №1» и «Камера №2», соединенных с вакуумной системой откачки посредством системы шиберов.

Каждая из камер может работать независимо от другой, и позволяет проводить различные экспериментальные и технологические операции. Для создания пониженного давления в объеме установки предусмотрены вакуумные насосы.

Система шиберов позволяет комбинировать работу вакуумных насосов в различной последовательности и производить откачку технологических объемов независимо друг от друга.

Вакуумная камера №1 представляет собой водоохлаждаемый цилиндр с патрубком присоединения к откачной вакуумной системе. Сверху камера вакуумплотно закрыта водоохлаждаемой крышкой, внизу камеры установлена водохлаждаемая емкость для сбора и охлаждения порошка («приемник») с охлаждаемым анодом и экраном из магнитной стали, вакуумплотно соединенная с нижней неохлаждаемой крышкой.

На верхней крышке установлен водоохлаждаемый экран, из магнитной стали, с возможностью вертикального перемещения. По оси медного экрана установлен медный водоохлаждаемый катододержатель («плазмотрон») с закрепленным на нем сильноточным полым катодом. Катододержатель имеет возможность вертикального перемещения вдоль оси. На боковых стенках камеры предусмотрены дополнительные фланцевые соединения, для подключения манометра, манометрического преобразователя типа ПМТ-2 и манометра.

Порошок подается из вибробункеров через трубки в плазменный разряд и камеру. Расход порошка, поступающего в камеру, будет зависеть от напряжения питания вибробункера, расхода транспортирующего газа, давления внутри камеры.

В настоящее время наиболее перспективными технологиями производства наноматериалов являются методы механического измельчения и плазменного нагрева в сочетании с жестким контролем качества продукции и пассивацией поверхности частиц. Очевидно, что эти технологии сохранят свои востребованность и станут предметом дальнейшего совершенствования.

Преимуществом метода плазменного нагрева являются стабильность испарения металлов с высокой температурой плавления и низкое давление пара. Его недостатки связаны с трудностями фокусировки струи плазмы при низких давлениях (до 25 кПа) и с ненадежной работой плазмотрона при длительных режимах нагревания, что снижает эффективность этой технологии.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Исследование состава металлического лома, описание способов и оборудования для его переработки. Сравнительная характеристика достоинств и недостатков порошковой металлургии. Классификация механических и физико-химических методов получения порошков.

реферат [407,4 K], добавлен 05.09.2011

Физические принципы, используемые при получении материалов: сепарация, центрифугирование, флотация, газлифт. Порошковая металлургия. Получение и формование порошков. Агрегаты измельчения. Наноматериалы. Композиционные материалы.

реферат [292,6 K], добавлен 30.05.2007

Общее описание и сферы применения стали 30 ХГС, ее критические точки, оценка преимуществ и недостатков, назначение. Получение структуры перлит + феррит, перлита с минимальным количеством феррита, мелко- и крупноигольчатого мартенсита, структуры сорбит.

контрольная работа [1022,3 K], добавлен 21.12.2010

Методы производства композиционных ультрадисперсных порошков: способы формования, реализуемые при спекании механизмы. Получение и применение корундовой керамики, модифицированной допированным хромом, оксидом алюминия, а также ее технологические свойства.

дипломная работа [1,6 M], добавлен 27.05.2013

Методы получения наноматериалов. Синтез наночастиц в аморфных и упорядоченных матрицах. Получение наночастиц в нульмерных и одномерных нанореакторах. Цеолиты структурного типа. Мезопористые алюмосиликаты, молекулярные сита. Слоистые двойные гидроксиды.

курсовая работа [978,0 K], добавлен 01.12.2014

Проектирование двух методов получения заготовки для последующего изготовления из нее детали. Получение заготовки литьем в песчаные формы отверждаемые в контакте с оснасткой. Получение заготовки штамповкой на кривошипных горячештамповочных прессах.

курсовая работа [36,6 K], добавлен 19.07.2009

Основные направления использования окиси этилена, оптимизация условий его получения. Физико-химические основы процесса. Материальный баланс установки получения оксида этилена. Расчет конструктивных размеров аппаратов, выбор материалов для изготовления.

отчет по практике [1,2 M], добавлен 07.06.2014

Химические и физические методы получения наноструктур. Получение золей путем жидкофазного восстановления. Матричный синтез и радиолиз. Плазменное напыление и газофазное компактирование. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Диспергирование и измельчение.

курсовая работа [4,6 M], добавлен 10.01.2014

Совокупность методов изготовления порошков металлов и сплавов. Преимущества порошковой металлургии. Изготовление пористых материалов. Получение материалов высокой чистоты. Использование продукции порошковой металлургии в других отраслях промышленности.

презентация [495,7 K], добавлен 07.02.2011

Порошковая металлургия позволяет получать металлокерамические материалы с особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья, обработки давлением. Применение порошковых материалов.

реферат [433,6 K], добавлен 04.04.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Оборудование для порошковой металлургии, Оборудование для изготовления специальной керамики

Дата: 2017.09.18-09.20
Место проведения: Hall 1, Pavilion 7, Expocentre Fairgrounds, Moscow, Russia
Стенд: C-10

EasyFashion Industry

Адрес.: Rm. 1-701, New Empire Building, No. 399, Tongzipo Rd., Yuelu District, Changsha City, Hunan Province, China

Тел.: +86-731-82247692
+86-731-82247592

Факс: +86-731-84441671

Контактное лицо (ответственное лицо):
Maggie Huang (Huang Manli)

Моб. тел.:+86-13467537752

Плазменная установка с вращающимся электродом для получения порошка

Оборудование для плазменного распыления позволяет производить порошки высокотемпературных сплавов с гранулометрическим составом от 50 до 500мкм. Это оборудование для порошковой металлургии использует систему нагрева плазмой непереходящей дуги и высокоскоростной центробежный распылитель. Установка позволяет изготавливать порошки, используя последние достижения в области машиностроения, электроники, пневматики, гидравлики, глубокого вакуума и плазменных источников.

Оборудование для производства порошковых материалов состоит из основной конструкции, системы вакуумной герметизации и откачки, центробежного распылителя и приводного механизма, системы плазменного нагрева и расплава.

Принцип работы
В качестве сырья для производства плавящихся электродов используется металлический или легированный материал. Торцовый конец материала для плавки подвергается плазменному нагреванию, далее расплав под воздействием центробежной силы вращающегося электрода распыляется на мелкие капли и кристаллизуется в порошок. Благодаря высокому коэффициенту теплопроводности гелий используется в качестве защитной среды. Благодаря применению гелия процесс остывания проходит более быстро, также увеличивается эффективность плазменной горелки.

Особенности
1. Оборудование подходит для производства высокоплавких порошков из металлов, а также порошков из сплавов на основе никеля или титана, стали, кобальта, хрома и т.д.
2. Во время процесса плавки и распыления исключается контакт с тугоплавким материалом, поэтому конечный продукт не содержит примесей.
3. Распыленный порошок имеет правильную структуру, округлую форму, хорошую текучесть и гладкую поверхность.
4. В гранулах порошка отсутствуют пустоты.
5. Распределение частиц порошка.
6. Быстрое затвердевание порошка исключает возникновение расслоения.

Характеристики

Структура титанового порошка TC4, производство методом PREP (слева) и GA (справа)
1.Общая мощность: 150кВт-200кВт
2.Размер материала для плавки: (φ45-φ75)×500мм
3.Метод загрузки сырья: непрерывная подача проволоки; частота вращения заготовки 15000-16000 об/мин.
4.Размер частиц порошка: Д50=100-150мкм, содержание кислорода не превышает 300 ppm
5.Качество порошка: сферичность превышает 90%, содержание кислорода
6.Используемый газ: очищенный Аргон
7.Пропускная способность: 40

Применение
1. Данный тип оборудования изготавливает порошковый материал, который в дальнейшем применяется при производстве термостойких вращающихся компонентов компрессоров, авиационных двигателей с высоким показателем весовой удельной тяги и т.д.
2. Порошок, полученный методом плазменного распыления, используется для производства компонентов аэрокосмической отрасли, ракетных двигателей, оборудования нефтехимической промышленности и горнодобывающей индустрии.

Плазменная установка. Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков

Браузер, которым вы пользуетесь для просмотра этого сайта, устарел и не соответствует современным технологическим стандартам Интернета.

Вы можете установить последнюю версию подходящего браузера, воспользовавшись ссылками ниже:

• Internet Explorer компании Microsoft
• Firefox некоммерческой организации Mozilla
• Opera компании Opera Software
• Safari компании Apple
• Chrome компании Google

Уникальная плазменная установка получения нанопорошков

Сокращенное наименование УНУ: ПУ – плазменная установка

Базовая организация: Акционерное общество «Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений»

Ведомственная принадлежность: Ростех

Классификационная группа УНУ: Электрофизические установки и ускорители

Год создания УНУ: 1995

Размер занимаемых УНУ площадей, кв. м: 219

Средняя загрузка УНУ: нет данных о средней загрузке за 2020 год

Контактная информация:

Местонахождение УНУ:

Федеральный округ: Центральный Регион: г. Москва 105118, г. Москва, шоссе Энтузиастов, д. 38

Руководитель работ на УНУ:

Стороженко Павел Аркадьевич +7 (495) 6734953 [email protected]

Сведения о результативности за 2019 год (данные ежегодного мониторинга)

Участие в мониторинге: нет Число организаций-пользователей, ед.: Число публикаций, ед.: Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %: 0.00

Информация об УНУ:

В АО “ГНИИХТЭОС” выполнен значительный объем фундаментальных исследований по получению нанодисперсных порошков различных веществ и соединений оригинальным плазменным методом на встречных потоках. Создан большой научно-технический задел, в результате которого разработана УСУ, позволяющая получать различные нанопорошки с регулируемым размером частиц от 10 до 100 нм. Плазменная установка, имеющая высокие технико-экономические характеристики, предназначена для получения нанокомпонентов и нанопорошков высокой чистоты и создания на их основе нанокомпозиций, в том числе для специальных целей. Основным элементом установки является реактор – представляющий электродуговой испаритель-конденсатор с вихревой стабилизацией плазменной струи большого удлинения. Сущность способа получения нанопорошков металлов, их сплавов, а также боридов и др. соединений и композиционных материалов на их основе с высокой степенью реализации энергетических ресурсов заключаетсяв его универсальности, а так же в том, что благодаря специальной конструкции реактора, позволяющей ввод транспортного и охлождающего инертного газа таким образом, чтобы температура плазмы (около 10000°С) не переходила к стенке реактора. Кроме того, конструкция реактора позволяет получить вихревую плазму с регулируемыми параметрами, что обеспечивает большее время пребывания исходных компонентов в зоне плазмы. Универсальность метода позволяет в зависимости от режима технологического процесса регулировать не только дисперсность, но и форму частиц и др. характеристики получаемых нанопорошков. Кроме того, метод открывает уникальную возможность плазмохимического синтеза самых различных соединений в нанодисперсном состоянии. Предложена принципиально навая технология разработки и производства нанопродукции, позволяющая усовершенствовать тактико-технические характеристики керамических материалов, катализаторов, сплавов и высокоэнергетических материалов. Нанопродукция по новому методу имеет повышенные эксплуатационные характеристики в части надежности и долговечности продукции. Снижена стоимость нанопродукции по сравнению с зарубежными и отечественными аналогами в 2-3 раза. Нарабатываемые в АО “ГНИИХТЭОС” по контрактам с разными фирмами образцы нанодисперсных порошков боридов алюминия, гидридов титана и др. плазменным методом на встречных потоках получили высокую оценку ведущих зарубежных химических и космических фирм (Dow Coring, ATK Tiokol Propulsion и др.). Получаемые нанопорошки находят применение при разработке ведущими научными институтами России современных композиционных материалов. Например, нанокарбид кремния используется для получения образцов уникальной карбидокремниевой нанокерамики, которая необходима для изготовления нового поколения теплонагруженных деталей ракетно-космической техники. Введение нанокарбида кремния в в предкерамические полимеры позволяет существенно повысить прочностные характеристики композиционных волокон, а их применение в интерметаллидной матрице дает возможность получать уникальные квазиаморфные композиты.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ:

Основным элементом УСУ является реактор – электродуговой испаритель-конденсатор с вихревой стабилизацией плазменной струи большого удлинения, кроме него в состав установки входят: дозатор дисперсного сырья – аппарат поршневого типа с ожижением подаваемого сырья; холодильник дисперсного сырья – типа “труба в трубе” с высокими скоростями аэрозольного потока; классификаторы порошков – циклон инерционного типа и вихревой соотношением dвыхD≤0,33; фильтр улавливания НП рукавного типа (фильтрующий элемент – лавсановая ткань). Применяется стандартное оборудование: компрессоры технологического газа; ресиверы газового контура; дозаторы газовые и водяные; водяной насос; вакуумный насос. Сведения об аналогах данной установки получения нанопорошков плазмохимическим методом в России и мировой практике отсутствуют. Известен аналог получения металлических нанопорошков методом «взрывающейся проволоки» (Россия, Канада), но качество получаемых этим методом нанопорошков хуже по химической активности и по распределению размеров частиц, кроме того, этот метод исключает возможность получения нанопорошков оксидов, нитридов и боридов. Плазменная технология позволит получать нанокомпоненты и на их основе композиции с высокой чистотой и высокими технико-экономическими характеристиками. Так, в нанокомпонентах (железо, бориды алюминия, оксид железа, оксид алюминия и др.), получаемых по данной технологии, содержание примесей будет ниже 0,5 %. В случае боридов и оксидов металлов чистота нанопорошков составит не менее 99,8 %. При производстве нанокомпозиций по разработанной технологии расход сырья и материалов предполагается уменьшить в 2 раза, снизить энергозатраты не менее чем на 20%, а цену – в более чем 2-2,5 раза.

Наиболее значимые научные результаты исследований (краткое описание):

Получены новые знания и результаты в области новых перспективных порошков металлов, а также их гидридов и оксидов, используемых в качестве высокоэффективных катализаторов разложения высококонцентрированного пероксида водорода и других химических процессов, обеспечивающих конкурентоспособность на внутреннем и внешних рынках и необходимые для химической, ракетно-космической и др. отраслей промышленности, а также обеспечены научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы, проводимые организациями Российской Федерации. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, проработаны основные вопросы технологии получения нанокомпозиций и выбраны наиболее перспективные нанопорошки для создания нанокомпозиций различного назначения. Отличительной особенностью созданного метода является универсальность, а также высокая чистота получаемых нанопорошков и высокие технико-экономические характеристики продукции. Универсальность метода позволяет в зависимости от режима технологического процесса регулировать не только дисперсность, но и форму частиц и др. характеристики получаемых нанопорошков.

Направления научных исследований, проводимых на УНУ:

Отработка методов получения, технологии и наработка образцов нанопорошков металлов и их различных соединений с размером частиц не более 100 нм; Разработка технологии изготовления наноструктурных специальных сплавов, нанокерамики, нанокомпозитов и др. на основе нанодисперсных порошков; Изготовление опытных порошков нанопорошков алюминия для высокоэффективных энергетических композиций; Изготовление опытных образцов нанопорошков бора, алюминия и др. для использования в ТРТ; Наработка экспериментальных образцов нанодисперсного алюминия, бора и борида алюминия для использования в специальных составах; Наработка нанодисперсного порошка алюминия с удельной поверхностью 8 кв. м/г для специальных композиций.

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):

Индустрия наносистем

Приоритетные направления Стратегии НТР РФ (п. 20):

цифровые технологии, роботизированные системы, новые материалы, большие данные, машинное обучение, искусственный интеллект

Состав УНУ и вспомогательное оборудование: (номенклатура — 10 ед.)

Вакуумный насос.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО “ГНИИХТЭОС”
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Водяной насос.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО “ГНИИХТЭОС”
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Дозатор дисперсного сырья – аппарат поршневого типа с предварительным псевдоожижением подаваемого сырья.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО «ГНИИХТЭОС»
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 3
Назначение, краткая характеристика: компонент УНУ

Дозаторы газовые и водяные.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО “ГНИИХТЭОС”
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Классификаторы порошков – циклон инерционного типа и вихревой.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО «ГНИИХТЭОС»
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 3
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Компрессор технологического газа.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО “ГНИИХТЭОС”
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Реактор-электродуговой испаритель-конденсатор.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО «ГНИИХТЭОС»
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 3
Назначение, краткая характеристика: компонент УНУ

Ресиверы газового контура.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО “ГНИИХТЭОС”
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Фильтр улавливания нанопорошков рукавного типа.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО «ГНИИХТЭОС»
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 1
Назначение, краткая характеристика: Компонент УНУ

Холодильник дисперсного сырья – типа «труба в трубе» с высокими скоростями аэрозольного потока.
Фирма-изготовитель: ГНЦ РФ АО «ГНИИХТЭОС»
Страна происхождения фирмы-изготовителя: Россия
Год выпуска: 2009
Количество единиц: 3
Назначение, краткая характеристика: компонент УНУ

ПОЛЕЗНЫЕ МОДЕЛИ РФ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОБРАЗЦЫ РФ

Полезная модель относится к области получения нанодисперсных порошков (НП) и, в частности, к плазменному оборудованию для производства НП различного назначения. Полезная модель направлена на увеличение выхода нанопорошков из используемых сырьевых материалов, снижения нагрузки на очистные фильтры, увеличение сроков эксплуатации и снижение эксплуатационных затрат на обслуживание установки. Указанный технический результат достигается тем, что плазменно-акустическая установка для получения нанопорошков включает связанные между собой плазмотрон, узел ввода газообразного, жидкого или порошкообразного сырья, реактор, выполненный в виде цилиндра, отличающаяся тем, что на трубопроводе ввода плазмообразующего газа в корпус плазмотрона установлен газоструйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора.

Полезная модель относится к области получения нанодисперсных порошков (НП), в частности к плазменному оборудованию для производства НП различного назначения.

Известна установка для получения нанодисперсных порошков, включающая связанные между собой плазмотрон, узел ввода газообразного или порошкообразного сырья, реактор, выполненный в виде цилиндра, расположенного вертикально, в который сверху истекает поток плазмы, фильтр и узел очистки отходящих газов, очистители для очистки выхода каналов подачи сырьевых материалов и истечения плазмы, кольцеобразный очиститель для очистки поверхности реактора от получаемого нанопорошка, затвор-переключатель, поочередно переключающий объем реактора со сборником нанопорошка или со сборников спеков, удаляемых с верхней крышки реактора. Реактор имеет определенные соотношения геометрических размеров, связывающие выходной диаметр сопла плазмотрона, диаметр и длину реактора [1].

Однако недостатком данной установки является большой унос за пределы реактора необработанных в виде нанопорошка сырьевых материалов с последующим их попаданием в фильтр очистки, что требует частой смены и очистки фильтрующих элементов. При этом соответственно снижается выход нанопорошков из используемых сырьевых материалов и, как результат, получается низкий КПД этих используемых сырьевых материалов.

Технической задачей настоящей полезной модели является увеличение выхода нанопорошков из используемых сырьевых материалов, снижение нагрузки на очистные фильтры, увеличение сроков эксплуатации и снижение эксплуатационных затрат при обслуживании установки.

Этот технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что плазменно-акустическая установка для получения нанодисперсных порошков включает связанные между собой плазмотрон, узел ввода газообразного жидкого или порошкообразного сырья, реактор, выполненный в виде цилиндра, расположенный вертикально, в который сверху истекает поток плазмы, фильтр и узел очистки отходящих газов, очистители для очистки выхода каналов подачи сырьевых материалов и истечения плазмы, кольцеобразный очиститель для очистки цилиндрической поверхности реактора от получаемого нанопорошка, затвор-переключатель, поочередно переключающий объем реактора со сборником нанопорошка или со сборником спеков, удаляемых с верхней крышки реактора, фильтры отходящих газов, отличается тем, что на трубопроводе ввода плазмообразующего газа в корпус плазмотрона установлен газоструйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора.

Таким образом, основной отличительной особенностью предлагаемой плазменно-акустической установки является наличие перед трубопроводом ввода плазмообразующего газа в плазмотрон газоструйного акустического излучателя, при этом рабочим газом данного излучателя является сам плазмообразующий газ, например аргон или азот.

При работе газоструйного излучателя, установленного перед трубопроводом ввода плазмообразующего газа в плазмотрон, на струю плазмообразующего газа и далее на образующуюся в плазмотроне и реакторе установки плазму накладываются акустические колебания.

Возникающие акустические колебания в потоке газов способствуют разрушению ламинарного пограничного слоя, образующегося между плазмой и стенками реактора, который препятствует проникновению наночастиц к стенкам и их последующему налипанию на стенки реактора. Благодаря этому акустическому эффекту, возрастет относительное количество материала наночастиц, накапливающихся на стенках реактора, снижается унос сырьевых материалов, облегчается работа фильтрующих элементов установки.

В предлагаемом устройстве на струю плазмы накладываются акустические колебания с частотой 100-4000 Гц с использованием газоструйного акустического излучателя [2].

Как известно [2] зависимость частоты акустических колебаний, создаваемых газоструйным акустическим излучателем, от глубины резонатора определяется соотношением

где f – базовая частота акустических колебаний, Гц; h – глубина резонатора, мм; m и b_o – коэффициенты, равные, соответственно m=0,8-0,9; b_o=43300-43400.

При частоте акустических колебаний меньшей 100 Гц резко возрастает глубина резонатора и габариты акустического излучателя. При частоте 4000 Гц возрастает риск вредного влияния акустических колебаний на здоровье обслуживающего персонала.

В заявленном способе плазмообразующий газ подается под давлением 0,3-0,4 МПа (3-4 ата), что требуется для обеспечения требуемого расхода газа и создания необходимых частот акустических колебаний.

Таким образом, наличие в плазменной струе, несущей частички сырьевых материалов и образующихся наночастиц, акустических колебаний, направленных к поверхности стенок реактора способствует разрушению ламинарного пограничного слоя вблизи поверхности стенок реактора, что, как следствие, приводит к ускоренной диффузии образовавшихся наночастиц, усилению их контакта с поверхностью реактора, увеличению доли наночастиц, оседающих на поверхности реактора.

Кроме того, наличие акустических колебаний в потоке плазмообразующего газа и плазмы обеспечивает меньшую засоряемость отверстий как для ввода сырьевых материалов, так и для ввода плазмы.

На рис.1 и 2 представлено устройство, реализующее предлагаемую полезную модель. Оно включает плазмотрон 1, подачу плазмообразующего газа 2; газоструйный акустический излучатель 3; реактор 4; ввод сырья 5; очиститель отверстия для подачи сырья 6; 7 – кольцеобразный очиститель нанопорошка; 8 – затвор-переключатель; 9 – сборник спеков; 10 – сборник нанопорошка; 11 – фильтр отходящих газов; 12 – поглотитель вредных примесей; 13 – эксгаустер для удаления отходящих газов; 14 – звукоизолирующий экран; 15 – очиститель канала для истечения плазмы.

На рис.2 представлен плазмотрон 1 с подводом 16, отводом 17 воды и детали газоструйного акустического излучателя 3, включающего подвод плазмообразующего газа 2, подводящую трубу 18 с соплом; резонатор 19 и рефлектор 20. При этом ось подводящей трубы с соплом 18 и резонатором 19 расположена перпендикулярно оси плазмотрона 1.

Конструктивное оформление газоструйного акустического излучателя в зависимости от требований к габаритам установки может несколько отличаться. Например, для уменьшения габаритов установки и уменьшения потерь давления плазмообразующего газа подводящая труба с соплом 18 и резонатор 19 излучателя 3 располагаются на одной продольной оси с плазмотроном 1 как показано на рис.3.

Устройство работает следующим образом. В плазмотрон 1 подается плазмообразующий газ 2 (аргон, азот, водород). На пути к плазмотрону перед трубопроводом ввода плазмообразующего газа в корпус плазмотрона плазмоотразующий газ озвучивается в газоструйном акустическом излучателе 3, причем плазмообразующий газ 2 является одновременно и рабочим газом газоструйного акустического излучателя 3, обеспечивающего наложение акустических колебаний на плазмообразующий газ и плазму плазмотрона, подаваемую в реактор 4. На рис.2 показано, что плазмообразующий газ 2 подается через подводящую трубу с соплом 18 в резонатор 19 с использованием которого и генерируются акустические колебания. При этом ось подводящей трубы с соплом 18 и резонатора расположена перпендикулярно оси плазмотрона 1. Рефлектор 20 обеспечивает направленное движение образующихся акустических колебаний и их наложение на плазмообразующий газ и плазму, подаваемую в плазмотрон 1, охлаждаемый водой 16 и 17. Рис.3 демонстрирует ту же работу устройства, но при этом подводящая труба с соплом 18 и резонатор 19 располагаются на одной оси с плазмотроном.

Применение плазменно-акустической установки обеспечивает увеличение выхода нанопорошков из сырьевых материалов, уменьшает выход спеков, снижает нагрузку на фильтрующие устройства, увеличивает ресурс работы установки.

Пример расчета газоструйного акустического излучателя плазмотрона [2-4]

Принимаем среднюю частоту акустических колебаний f=2000 Гц. Тогда по формуле (1) длина резонатора определится из соотношения [1]

При в=43000 и m=0,8

В соответствии с [3] расход-плазмообразующего газа для плазмотрона постоянного тока прямого действия при работе на токе 1-10 кА составляет 2-15 м 3 /ч.

Принимаем расход плазмообразующего газа-аргона G_г=10 м 3 /ч=0,00278 м 3 /с.

Определим площадь выходного сечения сопла газоструйного акустического излучателя по формуле [4]

где к_с – коэффициент, равный, например, для аргона

Т_с и Р_с – температура и давление торможения плазмообразующего рабочего газа, К и МПа, соответственно; _с – коэффициент потерь давления в сопле _с=0,8-0,85.

Тогда при Т_с =293 К, Р_с=0,3 МПа,

_с=0,8 при подаче аргона

В соответствии с рекомендациями [1] при этом диаметр выходного сечения сопла газоструйного акустического излучения равен

Расстояние между площадью выходного сечения сопла и входом в резонатор

1. Алексеев Н.В., Самохин А.В., Цветков Ю.В. Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков. Патент на изобретение РФ, № 2311225, Опубл. 27.11.2007.

2. Воронов Г.В., Кокарев Н.И., Лисиенко В.Г. и др. Газоструйный излучатель. Патент на изобретение РФ, № 1571856, Опубл. 27.02.1995.

3. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Сооружение промышленных печей. Проектирование плавильных комплексов. Справочное издание. Кн.2, T.1. / Под ред. В.Г.Лисиенко. М.: Теплотехник, 2006. – 755 с.

4. Китаев Б.И., Зобнин Б.Ф., Ратников В.Ф. и др. Теплотехнические расчеты металлургических печей. Учебное пособие / Под ред. А.С.Телегина. – М.: Металлургия, 1970. – 528 с.

ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Плазменно-акустическая установка для получения нанодисперсных порошков, включающая связанные между собой плазмотрон, узел ввода газообразного жидкого или порошкообразного сырья, реактор, выполненный в виде цилиндра, расположенный вертикально, в который сверху истекает поток плазмы, фильтр и узел очистки отходящих газов, очистители для очистки выхода каналов подачи сырьевых материалов и истечения плазмы, кольцеобразный очиститель для очистки цилиндрической поверхности реактора от получаемого нанопорошка, затвор-переключатель, поочередно переключающий объем реактора со сборником нанопорошка или со сборником спеков, удаляемых с верхней крышки реактора, фильтры отходящих газов, отличающаяся тем, что перед трубопроводом ввода плазмообразующего газа в корпус плазмотрона установлен газоструйный акустический излучатель, состоящий из сопла, резонатора и рефлектора.

Оценка статьи:

Загрузка… Сохранить себе в: Плазменная установка. Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков Ссылка на основную публикацию

Классы МПК:	B01J19/00 B82B3/00
Автор(ы):	Лисиенко Владимир Георгиевич (RU),Пареньков Александр Емельянович (RU),Агуреев Леонид Евгеньевич (RU)
Патентообладатель(и):	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина” (RU)
Приоритеты:

Применение горячих углеводородов для плазменной установки при нанесении износостойких покрытий | Кравченко

1. Лоскутов, В. С. Процесс плазменного напыления как технологический метод обработки материалов / В. С. Лоскутов, В. М. Рогожин, А. Ф. Пузряков // Труды МВТУ. ― 1977. ― № 237, вып. 1. ― С. 3–27.

2. Кудинов, В. В. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий / В. В. Кудинов, В. М. Иванов. ― М. : Машиностроение, 1981. ― 192 с.

3. Хасуи, А. Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки ; пер. с яп. В. Н. Попова ; под ред. В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. ― М. : Машиностроение, 1985. ― 240 с.

4. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий плазмой / В. В. Кудинов, П. Ю. Пекшев, В. Е. Белащенко [и др.]. ― М. : Наука, 1990. ― 408 с.

5. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование / В. В. Кудинов, Г. В. Бобров. ― М. : Металлургия, 1992. ― 432 с.

6. Сидоров, А. И. Эффективность плазменного напыления с последующим оплавлением / А. И. Сидоров, С. В. Карцев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. ― 2000. ― № 12. ― С. 20‒23.

7. Пузряков, А. Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления / А. Ф. Пузряков. ― 2-е изд., перераб. и доп. ― М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. ― 360 с.

8. Кравченко, И. Н. Способ плазменного нанесения антифрикционных износостойких покрытий на титановые сплавы / И. Н. Кравченко, Ю. А. Кузнецов, А. В. Коломейченко, С. В. Карцев // Сварочное производство. ― 2019. ― № 11. ― С. 42‒45.

9. Кравченко, И. Н. Высокоэффективные ресурсосберегающие плазменные технологии нанесения защитных покрытий / И. Н. Кравченко, С. В. Карцев // Научно-технический сборник. Вып. 10. ― Балашиха : Изд-во ВТУ при Спецстрое России, 2005. ― С. 87‒94.

10. Калита, В. И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой / В. И. Калита, Д. И. Комлев. ― М. : Лидер М, 2008. ― 388 с.

11. Соснин, Н. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров / Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. А. Тополянский. ― СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. ― 406 с.

12. Кравченко, И. Н. Перспективные направления исследований и использования плазменных технологий в машиностроении / И. Н. Кравченко, М. Н. Ерофеев, М. А. Глинский // Трибология ― машиностроению : Труды XII Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию ИМАШ РАН. ― М. : Ин-т компьютерных исследований, 2018. ― С. 253‒256.

13. Кравченко, И. Н. Ресурсосберегающие плазменные технологии при ремонте перерабатывающего оборудования / И. Н. Кравченко, М. А. Глинский, С. В. Карцев [и др.]. ― М. : ИНФРА-М, 2020. ― 202 с.

14. Жуков, М. Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) / М. Ф. Жуков, В. Я. Смоляков, Б. А. Урюков. ― М. : Наука, 1973. ― 232 с.

15. Донской, А. В. Электроплазменные установки в машиностроении / А. В. Донской, В. С. Клубникин. ― Л. : Машиностроение, 1979. ― 222 с.

16. Коротеев, А. С. Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет / А. С. Коротеев, В. М. Миронов, Ю. С. Свирчук. ― М. : Машиностроение, 1993. ― 296 с.

17. Самотугин, С. С. Оптимизация конструкции плазмотрона для поверхностного упрочнения материалов / С. С. Самотугин, И. И. Пирч, В. А. Мазур // Сварочное производство. ― 2002. ― № 12. ― С. 32‒35.

18. Пат. 14906 Республика Беларусь, МПК С 23 С 4/04. Плазмотрон для нанесения покрытия / Оковитый В. А., Шевцов А. И., Девойно О. Г., Оковитый В. В. ; опубл. 30.10.2010.

19. Богданов, Ю. С. Дуговой плазмотрон для напыления и перспективы его использования в промышленности / Ю. С. Богданов // Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. B. Прикладные науки. ― 2010. ― № 2. ― С. 155‒158.

20. Самотугин, С. С. Принципы усовершенствования конструкции плазмотрона для поверхностной упрочняющей обработки направляющих станков / С. С. Самотугин, В. А. Гагарин // Вестник Приазовского гос. техн. ун-та. ― 2013. ― Вып. 26. ― С. 168‒174.

21. Анахов, С. В. Методики расчета и проектирования плазмотронов для резки металлов / С. В. Анахов, Ю. А. Пыкин, А. В. Матушкин // Сварочное производство. ― 2019. ― № 4. ― С. 22‒28. 22. Карцев, С. В. Мобильная плазменная установка для нанесения износостойких покрытий / С. В. Карцев, И. Н. Кравченко, В. Ю. Гладков // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. ― СПб. : СПбПУ, 2004. ― С. 215‒220.

22. Кравченко, И. Н. Мобильная плазменная установка / И. Н. Кравченко, С. В. Карцев, В. Ю. Гладков // ЖКХ и строительство. ― 2005. ― № 3. ― С. 58.

23. Пат. 66341 Российская Федерация, МПК С 23 С 4/00. Установка для плазменного напыления / Карцев С. В., Кравченко И. Н., Гурциев А, Ю. ― № 2007113492/22 ; заявл. 11.04.2007 ; опубл. 10.09.2007, Бюл. № 25.

24. Пат. 92238 Российская Федерация, МПК H 01 J 1/02. Плазмотрон для плазменной наплавки / Карцев С. В. ― № 2009123241/22 ; заявл. 18.06.2009 ; опубл. 10.03.2010, Бюл. № 7.

25. Карцев, С. В. Состав отработавших газов двигателя внутреннего сгорания / С. В. Карцев, В. Н. Варламов // Сборник научных трудов. Вып. 14. ― Балашиха : Изд-во ВТУ при Спецстрое России, 2007. ― С. 142‒145.

26. Карцев, С. В. ДВС как источник горячих углеводородов для плазменных установок при упрочнении и восстановлении деталей машин / С. В. Карцев, И. Н. Кравченко, В. Н. Варламов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. ― 2008. ― № 1. ― С. 11‒13.

27. Амосов, В. М. Электродные материалы на основе тугоплавких сплавов / В. М. Амосов, Б. А. Карелин, В. В. Кубышкин. ― М. : Металлургия, 1976. ― 223 с.

28. Якименко, Л. М. Электродные материалы в прикладной электрохимии / Л. М. Якименко. ― М. : Химия, 1977. ― 264 с.

29. Гаврюшенко, Б. С. Исследование электродов плазмотронов / Б. С. Гаврюшенко, А. В. Пустогаров // Приэлектродные процессы и эрозия электродов : сборник. ― Новосибирск : Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1977. ― C. 85‒122.

30. Жуков, М. Ф. Электродуговые генераторы термической плазмы / М. Ф. Жуков, И. М. Засыпкин, А. Н. Тимошевский [и др.]. ― Новосибирск : Наука. Сибирское отд-ние РАН, 1999. ― 712 с.

31. Карцев, С. В. Эксплуатационные характеристики электродов плазмотрона плазменной установки / С. В. Карцев // Ремонт. Восстановление. Модернизация. ― 2008. ― № 7. ― С. 29‒31.

32. Кузнецов, В. Е. Электроды однофазных плазмотронов переменного тока и материалы для их изготовления / В. Е. Кузнецов, А. А. Киселев, Р. В. Овчинников, Ю. Д. Дудник // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. ― 2012. ― № 2 (146). ― С. 100‒104.

33. Жуков, М. Ф. Эрозия электродов / М. Ф. Жуков, А. С. Аныпаков, Г.-Н. Б. Дандарон // Приэлектродные процессы и эрозия электродов плазмотронов : сборник. ― Новосибирск : Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1977. ― 123 с.

34. Рычков, А. Д. Математическое моделирование процессов эрозии электродов в электродуговых генераторах низкотемпературной плазмы / А. Д. Рычков, В. В. Саломатов // Изв. Томского политехн. ун-та. ― 2002. ― Т. 305, вып. 2. ― С. 61‒66.

35. Субботин, Д. И. Исследование продуктов эрозии медного электрода плазмотрона переменного тока / Д. И. Субботин, В. Е. Кузнецов, А. И. Литвякова [и др.] // Журнал технической физики. ― 2017. ― Т. 87, № 11. ― С. 1637‒1640. DOI: 10.21883/JTF.2017.11.45122.2064.

36. Кузнецов, В. Е. Исследование эрозии электродов в плазмотронах постоянного и переменного тока / В. Е. Кузнецов, А. А. Сафронов, В. Н. Ширяев [и др.] // Прикладная физика. ― 2019. ― № 3. ― С. 24‒30.

37. Клименко, Г. К. Конструкции электродуговых плазмотронов [Электронный ресурс] / Г. К. Клименко, А. А. Ляпин. ― М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. ― 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

38. Дзюба, В. Л. Повышение эффективности работы плазмотрона для напыления / В. Л. Дзюба, К. А. Корсунов, В. С. Гаврыш // Современные технологии, материалы, машины и оборудование. ― Могилев : МГТУ, 2002. ― С. 48, 49.

39. Виноградов, С. Е. Исследование механизмов износа электродов плазмотронов / С. Е. Виноградов, В. В. Рыбин, Ф. Г. Рутберг [и др.] // Вопросы материаловедения. ― 2002. ―№ 2. ― С. 52‒59.

40. Кузнецов, В. Е. Исследование способов увеличения ресурса электродов стержневого типа и времени непрерывной работы высоковольтных электродуговых плазмотронов переменного тока мощностью от 5 до 50 кВт / В. Е. Кузнецов, Р. В. Овчинников, В. А. Сподобин [и др.] // Изв. вузов. Физика. ― 2007. ― Т. 50, № 9-2. ― С. 206‒209.

Характеристики плазменной горелки, предназначенной для плазменного напыления при очень низком давлении

1.

D.-M. Ян, Б.-Х. Тиан, Ю. Гао, Микроструктура и механические свойства равноосного покрытия из 316L, нанесенного плазменным напылением при низком давлении, Mater. Sci. Technol. (Китай) , 2011, 19 , стр. 24-27

CAS Google ученый

2.

Й. Гао, Развитие плазменного напыления и осаждения при очень низком давлении, Therm.Спрей Технол. (Китай) , 2010, 2 , п. 13-17

Google ученый

3.

З. Салхи, Д. Кляйн, П. Гужон и К. Кодде, Разработка покрытия с помощью термоплазменного напыления в условиях очень низкого давления 1 мбар, вакуума , 2005, 77 , стр. 145-150

Артикул CAS Google ученый

4.

K.H. Байк, П. Грант, Б.Кантор, Равноосный микроструктурный переход при плазменном напылении при низком давлении, Acta Mater. , 2004, 52 , p 199-208

Статья CAS Google ученый

5.

К. фон Ниссен и М. Гиндрат, Plasma Spray-PVD: Новый процесс термического напыления для депонирования из паровой фазы, J. Therm. Спрей Технол. , 2011, 20 (4), стр. 736-743

Статья Google ученый

6.

А. Рефке, М. Гиндра и К. фон Ниссен, Технология гибридного покрытия между термическим напылением и PVD для функциональных тонких покрытий и нанесения на большие площади, Труды Международной конференции по термическому напылению 2007 г., Пекин, Китай , B.R. Марпл, М. Хайленд, Ю.-К. Лау, К.-Дж. Ли, Р. Лима и Г. Монтавон, изд., ASM International, Materials Park, 2007, стр. 705-710

Google ученый

7.

Э. Мюльбергер, П.Мейер, LPPS — Процессы тонких пленок: Обзор происхождения и будущих возможностей, Труды Международной конференции по термическому напылению 2009 , Лас-Вегас, Невада, США, стр. 737–740

8.

L.T. Ан и Й. Гао, Влияние места впрыска порошка на свойства керамических покрытий при использовании плазменного напыления, J. Therm. Спрей Технол. , 2007, 16 , п. 967-973

Статья Google ученый

9.

Р. Болот, Д. Соколов, Д. Клейн и К. Кодде, Разработки сопел для термического напыления при очень низком давлении, J. Therm. Спрей Технол. , 2006, 15 (4), п. 827-833

Статья Google ученый

10.

Х. Чен, Нагрев частиц в тепловой плазме, Pure Appl. Chem. , 1988, 60 , p 651-662

Статья Google ученый

11.

Э. Пфендер, Передача тепла и импульса частицам в потоках тепловой плазмы, Pure Appl. Chem. , 1985, 57 , p 1179-1195

Артикул CAS Google ученый

12.

Й. Гао, Плазменная горелка, используемая для плазменного распыления низкого давления, патент Китая, в процессе, 2010

Плазменное напыление меди с помощью гибридной водно-газовой плазменной горелки постоянного тока

1.

F. .-W. Бах, А. Лаарманн, Т.Wenz, Ed., Modern Surface Technology , Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2006

Google ученый

2.

П. Фоше, Г. Монтавон и Г. Бертран, Бертран, От порошков до покрытий, нанесенных термическим напылением, J. Therm. Спрей Thechnol. , 2010, 19 (1-2), п. 56-80

Статья CAS Google ученый

3.

P. Fauchais, A. Vardelle, Thermal Plasma, IEEE Trans.Plasma Sci. , 1997, 25 (6), п. 1258-1280

Артикул CAS Google ученый

4.

Ред. О.П. Солоненко, Тепловые плазменные горелки и технологии , Том 1, Cambridge Int. Наук, Кембридж, Массачусетс, 2001

Google ученый

5.

Дж. Ф. Кудерт, К. Чазелас, Д. Риго и В. Рэт, От перенесенной дуги к плазменным факелам при высоких температурах, Mater.Proc. , 2005, 9 (2), стр 173-194

Google ученый

6.

М. Грабовский, М. Конрад, В. Копецки и В. Сембер, Процессы и свойства электрической дуги, стабилизированной водяным вихрем, IEEE Trans. Plasma Sci. , 1997, 25 (5), п. 833-839

Статья Google ученый

7.

М. Грабовски, Водостабилизированные плазменные генераторы, Pure Appl.Chem. , 1998, 70 (6), п. 1157-1162

Статья Google ученый

8.

М. Грабовский, Генерация тепловой плазмы в жидкостных и гибридных дуговых горелках постоянного тока, Pure Appl. Chem. , 2002, 74 (3), п. 429-433

Статья CAS Google ученый

9.

П. Храска и М. Грабовски, Обзор водостабилизированных плазменных пушек и их применения, Proc.Int. Thermal Spray Conf. и Exhib. , Орландо, Флорида, 1992, стр. 81-86

10.

J. Matějíček, P. Chráska и J. Linke, Термораспылительные покрытия для термоядерных применений — обзор, J. Therm. Спрей Технол. , 2007, 16 (1), п. 64-83

Статья Google ученый

11.

Я. Матеичек, О. Чумак, М. Конрад, М. Оберсте-Бергхаус и М. Ламонтань, Влияние параметров распыления на характеристики частиц вольфрама в полете и возникающие брызги, разбрызгиваемые гибридной водой. -Газостабилизированная плазменная горелка, Proc.ITCS-2005 , Базель, Швейцария

12.

В. Рэт, Дж. Ф. Кудерт, Упрощенная аналитическая модель плазменной распылительной горелки постоянного тока: влияние свойств газа и условий эксперимента, J. Phys. D Прил. Phys. , 2006, 39 , р 4799-4807

Артикул CAS Google ученый

13.

М. Грабовски, В. Копецки, О. Чумак, Т. Кавка и М. Конрад, Свойства плазменной струи, генерируемой в гибридной газовой / водяной горелке при пониженном давлении, High Temp.Матер. Proc. , 2004, 8 (4), п. 575-583

Артикул Google ученый

14.

М. Грабовский, М. Конрад, В. Копецки и В. Сембер, Свойства водостабилизированных плазменных горелок, Тепловые плазменные горелки и технологии , Том 1, О. П. Солоненко, ред., Cambridge Int. Sci., Кембридж, Массачусетс, 2000, стр. 242-266

Google ученый

15.

Т.Кавка, Я. Грегор, О. Чумак, М. Грабовски, Влияние мощности дуги и расхода газа на свойства плазменной струи при пониженном давлении, Чехослов. J. Phys. , 2004, 54 , p C753-C758

Артикул Google ученый

16.

Маркс С., Пол А., Колер А. и Хаттл Г. Холодное напыление: инновационные слои для новых применений, J. Therm. Спрей Технол. , 2006, 15 (2), п. 177-183

Статья CAS Google ученый

17.

М. Шредер, Обработка и механическое гравирование медных покрытий, нанесенных методом термического напыления, J. Therm. Спрей Технол. , 1998, 7 (3), р. 325-327

Статья CAS Google ученый

18.

Т. Жункера, М. Фуэди, Х. Гассо, Дж. Лезрель, С. Буссон и Дж. К. Лескорнет, Сверхпроводящее усиление ВЧ-резонатора толстым слоем меди, напыляемой плазменным напылением, Adv. Криог. Англ. , 2002, 47 , п. 523-530

Google ученый

19.

О. Чумак, М. Грабовский, Т. Кавка, В. Копецки, Исследование анодной области дуги в плазменной горелке с помощью электрического зонда, High Temp. Матер. Proc. , 2006, 10 , п 515-524

Статья CAS Google ученый

20.

М. Грабовский, О. Чумак, В. Копецки, М. Конрад и Т. Кавка, Влияние давления на поведение анодного присоединения дугового плазменного факела постоянного тока, High Temp. Матер. Proc. , 2005, 9 , р 391-399

Статья Google ученый

21.

Т. Кавка, О. Чумак, В. Сембер и М. Грабовски, Процессы в дуге Гердиена, генерируемые гибридной газо-водяной горелкой, Proc. ICPIG-XXVIII , 15-20.07.2007, Канкун, Мексика

22.

В. Сембер, А. Машлани, Простой спектроскопический метод определения температуры в H ₂ O-Ar Thermal Plasma Jet, Temp . Матер. Proc. , 2009, 13 (2), п. 217-228

Статья CAS Google ученый

23.

В. Сринивасан, М. Фриис, А. Вайдья, Т. Стрейбл и С. Сампат, Инжекция частиц в воздушно-плазменном распылении постоянного тока: основные наблюдения и стратегии оптимизации, Плазма. Chem. Плазменный процесс. , 2007, 27 (5), р 609-623

Статья CAS Google ученый

24.

К. Моро, П. Гужон, М. Ламонтань, В. Лакасс, Г. Водрей и П. Чьело, Управление процессом плазменного напыления в режиме онлайн путем мониторинга температуры, скорости и траектории инородного тела. -Flight Particles, Proc.7-я Национальная конференция по термопреобразованию. (Бостон, Массачусетс, США), стр. 431-437

25.

К. Нойфус, П. Храска, Б. Колман, С. Сампат и З. Травничек, Свойства отдельно стоящих керамических деталей, напыленных плазмой, J. Therm. Спрей Технол. , 1997, 6 (4), п. 434-438

Статья CAS Google ученый

26.

В. Харок, К. Нойфус, Упругие и неупругие эффекты при сжатии в керамических покрытиях, нанесенных плазменным напылением, J.Therm. Спрей Технол. , 2001, 10 (1), p 126-132

Статья CAS Google ученый

27.

К. Воленик, Ф. Ханушек, П. Храска, Я. Илавски и К. Нойфус, Окисление высоколегированных сталей во время полета при плазменном напылении, Mater. Sci. Англ. , 1999, A272 , p 199-206

Google ученый

28.

S. Sampath, X. Jiang, A.Кулькарни, Ю. Матейчек, Д.Л. Гилмор, Р.А. Нейзер, Разработка технологических карт для плазменного распыления: пример молибдена, Mater. Sci. Англ. A , 2003, 348 (1-2), p 54-66

Статья Google ученый

29.

M. Vardelle, A. Vardelle, A.C. Leger, P. Fauchais и D. Gobin, Влияние параметров частиц при ударе на образование пятен и затвердевание в процессах плазменного напыления, J. Therm.Спрей Технол. , 1995, 4 (1), п. 50-58

Статья CAS Google ученый

30.

П. Фошайс, М. Фукумото, А. Варделл и М. Варделл, Знания о формировании сплата: приглашенный обзор, J. Therm. Спрей Технол. , 2004, 13 (3), п. 337-360

Статья CAS Google ученый

31.

J.P. Neumann, T.Чжун, Ю.А. Чанг, Система Cu-O (медь-кислород), J. Фазовое равновесие. , 1984, 5 (2), стр. 136-140

CAS Google ученый

32.

J. Matějíček, B. Kolman, J. Dubský, K. Neufuss, N. Hopkins, J. Zwick, Альтернативные методы определения состава и пористости истираемых материалов, Mater. Charact. , 2006, 57 (1), п. 17-29

Статья Google ученый

33.

И. Севостьянов, М. Качанов, Упругие и проводящие свойства керамических покрытий, напыленных плазмой, в зависимости от их микроструктуры: обзор, J. Therm. Спрей Технол. , 2009, 18 (5-6), п. 822-834

Статья CAS Google ученый

34.

Дж. Матеичек и др., Влияние параметров впрыска порошка на поведение и свойства покрытий, напыляемых горелкой WSP с улучшенной стабилизацией плазмы, J.Therm. Спрей Технол. (статья в стадии подготовки)

35.

Й. Матеичек и Р. Мушалек, Обработка и свойства плазменно-напыленных композитов W + Cu, Термическое напыление, пересекающие границы , Э. Лугшайдер, ред., DVS Verlag, Maastricht, Дюссельдорф, 2008 г., стр. 1412-1417

Google ученый

36.

Н. Сакакибара, Х. Цукуда и А. Нотоми, Сплетенная морфология частиц, напыленных плазмой, и связь со свойствами покрытия, Термическое напыление: инженерия поверхности с помощью прикладных исследований, Proc.Int. Thermal Spray Conf. , C.C. Берндт (Монреаль), ASM International, 2000, стр. 753-758

37.

Й. Матеичек, Ф. Захалка, Й. Бенш, В. Чи и Й. Седлачек, Медно-вольфрамовые композиты, распыляемые HVOF, J. Therm. Спрей Технол. , 2008, 17 (2), п. 177-180

Статья Google ученый

38.

Т. Столтенхофф, К. Борчерс, Ф. Гертнер и Х. Край, Микроструктуры и ключевые свойства медных покрытий, нанесенных холодным и термическим напылением, Surf.Пальто. Technol. , 2006, 200 , п 4947-4960

Артикул CAS Google ученый

39.

К. Ли и Б. Сан, Микроструктура и свойства медного покрытия с микроплазменным напылением, Mater. Sci. Англ. , 2004, A379 , p 92-101

CAS Google ученый

Гибридный плазменный резак WSP-H

Гибридный плазменный резак WSP-H

Этот веб-сайт использует файлы cookie для обеспечения необходимой функциональности сайта и улучшения вашего опыта.Используя наш сайт, вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности.

Закрыть

Технология гибридной воды / аргоностабилизированной плазмы (WSP-H):

• Эволюция оригинала Концепция водостабилизированной плазменной горелки (WSP), которая использовалась в промышленность для плазменного напыления в тяжелых условиях более 30 лет.
• Гибридная концепция сочетает в себе преимущества стабилизации воды и традиционных принципов газовой стабилизации.
• Система была полностью переработана, чтобы существенно улучшить надежность повседневной работы, простоту эксплуатации и обслуживания резака «щелкни и распылить», повысить надежность и более длительная непрерывная работа.
  
• Разработано и поддерживается Институтом физики плазмы CAS и ProjectSoft HK, a.s и местными дилерами.
• Универсальность технологии и выбор маршрутов напыления позволяют оптимизировать микроструктуру и функциональные свойства покрытий для различных областей применения.
  
• Технология готова к интеграции в ваш цех по окраске.
  

Высокая энергия плазмы

Энтальпия горелки WSP-H более чем на порядок выше, чем у обычных горелок на основе газовой стабилизации.

Напыление керамики и металлов

Длинная и стабильная плазменная струя

Стабильная плазменная струя длиной ~ 10 см обеспечивает надлежащую обработку сырья как для сухих крупных порошков, так и для жидкостей.

Фрагментация взвеси в плазменной струе

Экстремальные скорости подачи

Горелка WSP-H обеспечивает достаточно энергии для обработки более 40 кг порошков, а также 9 литров суспензий или растворов в час.

Летные характеристики напыляемого оксида алюминия

Универсальность

Когда вам нужно распылить грубые сухие порошки, мелкие суспензии, растворы или объединить все вместе, WSP-H — мощный инструмент.

Совместное распыление порошка оксида алюминия и суспензии YSZ

Технология экономии денег

Горелка WSP-H потребляет всего 15 л / мин аргона и 1 литр деминерализованной воды в час в качестве плазмообразующих газов, что снижает эксплуатационные расходы.

Пример — осаждение 10 кг глинозема

Инновационные разработки

Горелка WSP-H была разработана как законченная, удобная в использовании промышленная система с полным компьютерным управлением, рецептами распыления, удаленной помощью и т. Д.

Плазменный генератор в сборе

ВЫ ХОТИТЕ РАСПЫЛИТЬ БОЛЬШОЕ?

DME IPP CAS | Все права защищены 2020

Улучшение отверстий с помощью плазмы

Создание высококачественных отверстий с помощью плазмы стало проще, чем когда-либо с технологией True Hole ™ от Hypertherm, но что делать, если у вас нет True Hole? Хотя это и не так автоматизировано, вполне возможно сделать несколько очень хороших отверстий с помощью плазмы в системе, отличной от True Hole.Вот несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы получить правильные отверстия.

Высота пирса . Установите более высокую высоту прожига. Общее правило — в 1,5–2 раза больше рекомендуемой высоты реза, поэтому, если рекомендуемая высота реза составляет 0,062, сделайте прожиг на 0,125 дюйма.

Ввод в точке . центру отверстия. На это есть две причины. Во-первых, в верхней части пластины обычно находится лужа шлака. Если эта лужа остается на радиусе (контуре) отверстия, это приведет к колебаниям плазменной дуги и созданию Divot или ding в отверстии.Вторая причина заключается в том, что более длинный шаг вперед дает плазменной дуге время для стабилизации (давление и энергия требуют некоторого времени для увеличения), а также позволяет регулятору высоты индексировать высоту резки до того, как она дойдет до контура отверстия.

Вывод . Если вы используете систему воздушно-плазменной резки, такую ​​как Powermax, лучше не иметь выводов. Просто дайте дуге погаснуть прямо на контуре отверстия. Некоторое программное обеспечение позволяет поддерживать дугу в течение нескольких секунд после прекращения движения, но для стали менее 1/2 дюйма в этом обычно нет необходимости.

Скорость резания . Совет: притормози! Скорость резки отверстий должна составлять около 60% скорости, используемой для резки внешнего контура ваших деталей. Мы допускаем, что это приведет к образованию небольшого количества окалины на дне скважины, но положительным моментом в этом является то, что это минимизирует конусность отверстия. Некоторые станки будут делать это автоматически для всех отверстий меньше определенного диаметра, например 1 дюйм, в то время как в другом программном обеспечении для этого может потребоваться изменение кода G.

Высота реза . Если вы прорезаете отверстие меньшего размера (меньше дюйма), лучше отключить контроль напряжения дуги. Разрешите высоту прожига, разрешите индексацию высоты резки, но не допускайте коррекции высоты дугового напряжения. Это связано с тем, что более низкая скорость, используемая для вырезания отверстий, приведет к тому, что регулятор высоты дугового напряжения переместит резак слишком близко к пластине.

Используйте спрей для защиты от брызг для сварки MIG . Мы предлагаем вам попробовать опрыскать верхнюю часть тарелки перед резкой. Спрей обычно приводит к разбрызгиванию верхних брызг из-за несуществующего прокола, сводя к минимуму колебания дуги на отверстиях.Пока вы на нем, распылите немного на переднюю часть резака, чтобы брызги не попали на экран / сопло. Не используйте краску для окунания, а также спрей на силиконовой или масляной основе. Вместо этого используйте спрей на водной основе.

Выбор расходных материалов . Используйте комплект расходных деталей с наименьшей мощностью, рекомендованный для толщины материала. Да, это снизит скорость резки, но оно того стоит, поскольку вы получите лучшие результаты. Если вы выполняете резку с помощью системы Hypertherm, используйте расходные детали FineCut для всех отверстий в материалах толщиной менее 3/16 дюйма, экранированные расходные детали на 40 А для толщин от 3/16 до 3/8 дюймов и расходные детали на 60 А для толщины более 3 / От 8 дюймов до 5/8 дюймов.

Проверка расходных материалов . И последнее, но не менее важное: регулярно проверяйте свои расходные материалы. Отверстие формирует дугу, а дуга формирует вырезаемую деталь. всего один прокол слишком близко к пластине или на толстом материале может повлиять на форму сопла. Отверстия сопла и экрана должны быть идеально круглыми, без зазубрин, вмятин или кратеров. (Помните это из нашей серии публикаций о расходных материалах?) Осматривайте с помощью 10-кратной лупы. Если отверстия неидеальные, снимите их с резака и используйте для ручной резки или контурных разрезов, которые не столь важны.

Что вы думаете об этом списке? У вас есть дополнительные советы по резке отверстий плазмой?

Разработка модели жидкости для плазменных горелок постоянного тока и ее интеграция с последующими моделями атмосферных плазменных шлейфов частиц

Абстрактные

В процессе плазменного напыления используется плазменное пламя для плавления частиц микронного размера, например керамика и заставляет капли сталкиваться с целевой заготовкой и замерзать на ней, образуя функциональное покрытие.Вариации в процессе происходят из многих источников, и поскольку восприятие процесса несовершенно, у человека есть мотивация придерживаться подхода моделирования. Эта диссертация моделирует основные элементы процесса; факел, который производит плазменное пламя, струю горячей плазмы, выходящую из горелки, и шлейф частиц, переносимых и нагреваемых струей. Плазма в горелке моделируется с помощью одножидкостного магнитогидродинамического (МГД) подхода, и было обнаружено, что уравнения МГД могут точно предсказать мощность, рассеиваемую в объеме плазмы, в то время как в областях вблизи электродов требуется особая обработка.Обработка катодной области упрощается, поскольку она может быть отделена от объемного потока. Обработка анодной области направлена ​​на извлечение нужного количества энергии из плазмы. При МГД в объеме и этих особых условиях на границах электродов чистая мощность в плазме может быть согласована с экспериментом. Для одного моделирования резака SG-100, работающего при 500 А, измеренная полезная мощность составила 7,0 кВт, а расчетная полезная мощность — 7,1 кВт. Используя информацию на выходе из горелки, прогнозируется влияние колебаний плазменной дуги на свободную струю и на состояние частиц в полете.Модель плазменной струи проверена на соответствие существующему коду LAVA и может прогнозировать долю увлеченного воздуха в струе с точностью до 20% от экспериментального значения. Было обнаружено, что изменения в состояниях частиц из-за флуктуаций дуги аналогичны по размеру изменениям из-за изменений скорости инжекции частиц, и поэтому ими нельзя пренебрегать при рассмотрении распределений состояний частиц. Конечным результатом этой работы является создание полной цепочки моделей процесса плазменного напыления, от условий подачи в горелку до состояния частиц в полете.

Описание

Диссертация (докторская) — Бостонский университет ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: библиотеки Бостонского университета не получили форму авторизации для управления этой дипломной работой или диссертацией. Поэтому он не является открытым, хотя может быть доступен по запросу. Если вы являетесь автором или главным консультантом этой работы и хотите запросить открытый доступ к ней, свяжитесь с нами по адресу [email protected]. Спасибо.

Какие типы оборудования для плазменного напыления доступны?

Часто задаваемые вопросы

Пистолет для плазменного напыления обычно состоит из медного анода и вольфрамового катода.Электрическая дуга, разряженная через эти электроды, нагревает рабочий газ, обычно Ar или смесь Ar + He, Ar + H ₂ , Ar + N ₂ , для создания высокотемпературной плазмы (ионизированного газа). Температура плазмы может достигать примерно 15000 К, а расширяющаяся плазменная струя, выходящая из среза сопла, может иметь скорость примерно до 800 мс ^-1 или выше. Материал покрытия в виде порошка вводится в плазму, обычно в радиальном направлении на конце сопла.

Как правило, методы плазменного напыления можно классифицировать в зависимости от среды, в которой выполняется процесс.К ним относятся:

• Атмосферное плазменное напыление (APS) — напыление выполняется в воздушной атмосфере.
• Вакуумное плазменное напыление (VPS) или плазменное напыление низкого давления (LPPS) — напыление проводится в камере при низком давлении или в вакууме. Он используется в соответствии со спецификациями, требующими покрытий, не содержащих оксидов, например покрытий MCrAlY, используемых с системами термозащитных покрытий. Эти покрытия обычно имеют лучшую плотность и прочность на разрыв, чем покрытия, полученные с помощью технологии APS.
• Плазменное напыление в контролируемой атмосфере (CAPS) или инертное плазменное напыление (IPS) — плазменное напыление проводится в камере, содержащей инертный газ, обычно Ar, He или N ₂ .
• Shrouded Plasma Spray (SPS) — струя плазмы защищена от контакта с окружающей атмосферой с помощью экранированного сопла, прикрепленного к аноду плазмотрона. Эта система используется для осаждения металлических сплавов с низким содержанием оксидов.

Традиционные плазменные горелки впрыскивают порошок через сторону плазменного потока, и только частицы оптимального размера полностью захватываются плазмой и осаждаются на мишени.

В последнее время стали доступны плазменные горелки, которые впрыскивают порошок в центр плазменного потока. Это способствует высокой скорости осаждения, высокой эффективности осаждения и меньшему вовлечению кислорода.

Зачем использовать покрытия с плазменным напылением в полупроводниковом оборудовании?

Плазменное напыление — это передовая технология нанесения покрытия на поверхность, используемая для создания высококачественных однородных покрытий на широком спектре типов подложек. Это один из наиболее универсальных процессов термического напыления благодаря высокому диапазону температур плазменных распылителей и растущему разнообразию конфигураций плазменных горелок.

В этой статье будут представлены некоторые основы технологии плазменного напыления с кратким описанием ее важности в производстве полупроводников.

Плазменное напыление: решения современных технических проблем

Изучение плазмы, первоначально описанной как лучистая материя, является относительно молодой областью исследований. Впервые он был идентифицирован чуть более ста лет назад и не был должным образом описан до конца 1920-х годов. Однако наше понимание плазменных технологий росло соразмерно; частично мотивированы ключевыми технологическими проблемами современности.

Например: как отделить объемные свойства инженерных материалов от тех, которые находятся на поверхности в чрезвычайно суровых условиях?

Это междисциплинарная задача, охватывающая самые разные отрасли, от аэрокосмической до производства полупроводников. Но абсолютная универсальность технологии плазменного напыления позволяет найти решения по всем направлениям.

Основы термического плазменного напыления

Тепловая плазма для нанесения покрытий генерируется путем ионизации инертного газа с помощью электродов и переменного тока (AC), постоянного тока (DC) или радиочастот (RF).Плазменные горелки постоянного тока ожидаются более стабильной плазмы с минимальными колебаниями, улучшенным контролем процесса и в целом увеличенным сроком службы электродов.

Эти пистолеты-распылители можно разделить на горелки с переносом и без переноса — мы рассмотрим концепцию дуг переноса плазмы (PTA) в следующей статье.

Сырье для термического напыления варьируется от керамических стержней до проволоки, а для плазменного напыления используются исключительно порошки. В Saint-Gobain Coating Solutions мы специализируемся на порошках для термического напыления, разработанных для оптимизации функциональных характеристик материалов за счет модификации поверхности.

При плазменном напылении керамических порошков инжектор подает поток частиц в струю, которая создает высокоскоростной поток расплавленных / полурасплавленных частиц.