Устройства для получения низкотемпературной плазмы и области их применения - Электротехнологические плазменные установки
Плазменная технология - молодая отрасль промышленности, интенсивное ее развитие началось в 50-х годах нашего столетия и бурно продолжается в разных странах. Свидетельством тому служит большой поток патентной и научной информации, а также расширяющиеся области промышленного использования.
Предпосылкой для развития плазменной технологии стало развитие космической техники, что потребовало создания различных типов двигателей, в том числе и плазменных, материалов и конструкций космических аппаратов, сохраняющих работоспособность при входе в плотные слои атмосферы, испытаний летательных аппаратов при больших скоростях полета, исследований в области термоядерного синтеза, газодинамики при высоких скоростях, физики газового разряда, химической технологии высоких режимных параметров. С использованием плазменной технологии созданы не только новые материалы, обладающие высокими технологическими свойствами (огнеупорностью, твердостью, прочностью), но и аппаратура эффективной обработки этих материалов.
Плазменная резка черных (нержавеющих) и цветных металлов впервые разработана в СССР в 1956-1957 гг. Она позволяет резать с высокими скоростями стали больших толщин, медь и ее сплавы, алюминий и другие металлы (например, плазмотрон мощностью 100 кВт режет сталь толщиной 30 мм со скоростью 4 м/мин). При этом сокращаются подгоночные работы в сварочных цехах, поскольку после плазменной резки заготовки имеют большую точность размеров. Плазменная резка широко применяется в судостроении, на предприятиях тяжелого и атомного машиностроения, химической и электротехнической промышленности.
Плазменная сварка обеспечивает соединение деталей из меди, латуни, бронзы, алюминия и его сплавов. Плазменная наплавка и напыление обеспечивают покрытие деталей износостойким, жаропрочным и антикоррозионным составом с минимальным перемешиванием наносимого и основного материала.
Важным направлением использования плазменных потоков является вакуумная плазменная технология с использованием электромагнитных ускорителей. В облако плазмы в вакууме помещают деталь, которой сообщают отрицательный потенциал. Тогда положительные ионы вытягиваются из объема плазмы, ускоряются электрическим полем и поступают к детали. В такой системе удается получить потоки частиц со скоростями до сотни километров в секунду и энергиями до десятков тысяч электрон-вольт. Это позволяет проводить технологические процессы, основанные на конденсации атомарных частиц на поверхности, испарение поверхности металлов, внедрение атомов в глубь кристаллической решетки, имплантацию ионов нужного вида.
В вакуумных плазменных установках может быть получена плазма всех известных металлов, сплавов, органических и неорганических веществ. При этом плазмы различных веществ могут вступать в интенсивное химическое взаимодействие, которое невозможно в других обстоятельствах.
Методом плазменной технологии в вакууме могут быть успешно решены следующие наиболее актуальные задачи:
Получение особо чистых слоев материалов, обладающих специальными свойствами и выполняющих активные функции (магнитные, оптические, эмиссионные, сверхпроводящие и другие слои);
Защита элементов конструкций барьерными слоями от воздействия агрессивных сред, больших скоростей газовых потоков, высоких температур;
Изменение структурно-энергетического состояния поверхности материалов (упрочнение поверхности, ионное легирование полупроводников и др.);
Получение материалов в виде многослойных структур, обладающих высокими механическими и эксплуатационными свойствами; получение пленочных монокристаллических структур.
Вакуумная плазменная технология, несмотря на некоторую сложность, позволяет существенно пополнить арсенал методов бесконтактной обработки материалов.
Плазменные технологические процессы в химии состоят из следующих основных стадий: 1) генерация плазмы необходимого состава и параметров по температуре и давлению; 2) ввод реагентов - веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии и обеспечение необходимого времени их контакта; 3) вывод целевого продукта или нескольких продуктов из зоны реакции.
Для получения плазмы используются плазмотроны с различными принципиальными схемами. Плазмохимические реакции могут осуществляться двумя способами: подача всех компонентов плазмы в зону электрического разряда с прохождением тока его через реагирующую плазму и подача реагентов в струю плазмы вне зоны разряда. В первом случае плазмотрон совмещается с реакционным объемом - реактором, во втором применяются плазмоструйные реакторы, представляющие собой цилиндрический охлаждаемый сосуд, где происходит смешение плазменного потока с вводимым материалом.
Закалка и охлаждение продуктов реакции производятся путем введения в плазму вне зоны разряда дополнительного количества какого-либо газа или жидкости, а также охлаждаемых экранов-теплообменников.
Для получения оксидов азота, идущих в дальнейшем на производство азотных удобрений, используется воздушная плазма с температурой 3000-3500 К при давлении (20ч30) 104Па, охлаждаемая в процессе закалки со скоростью 108К/с до температуры 2000-1800 К и остывающая далее в теплообменниках.
Существующие способы получения плазмы можно классифицировать следующим образом: 1) взрыв проводника в электрической цепи; 2) электрическая искра; 3) высокочастотный факельный разряд; 4) коронирующий разряд; 5) дуговой разряд.
Для технологических целей наиболее приемлемыми оказались способы получения плазмы с помощью высокочастотного и дугового разрядов. В настоящее время последний способ имеет ряд преимуществ:
- 1) возможность получения плазмы в течение длительного времени с высоким коэффициентом полезного действия из твердых, жидких и газообразных сред любого химического состава; 2) возможность получения плазмы в вакууме и при высоких давлениях; 3) возможность использования стандартных источников электрического питания.
Для получения плазмы в плазмотронах используют газы, т. е. плазмообразующую среду. Она может быть одно - и многокомпонентной. В качестве однокомпонентной плазмообразующей среды применяют аргон, гелий, азот и водород.
Подбором состава многокомпонентной плазмообразующей среды в плазменно-технологическом реакторе можно получить любую атмосферу: окислительную, восстановительную или нейтральную.
Одним из наиболее важных тепловых параметров плазмы является ее энтальпия, т. е. количество теплоты, содержащееся в единице ее объема или массы.
Похожие статьи
-
Введение - Электротехнологические плазменные установки
Установки, в которых происходит превращение электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологических процессов, называют...
-
Сварка и резка плазменной струей - Виды сварки и способы их применения
Сущность способа. Плазма -- ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его...
-
Ионизация газов. Понятие плазмы - Электротехнологические плазменные установки
В обычных условиях различные газы и их смеси (воздух, аргон, водород, гелий, углекислый газ и др.) не проводят электрический ток. Проводимость возникает...
-
Состав материалов должен обеспечивать получение в отливке заданных физико-механических и физико-химических свойств; свойства и структура должны быть...
-
Основными промышленными методами получения порошков на основе титана и циркония являются следующие: А) метод металлотермического восстановления; Б)...
-
Области применения абсорбционных процессов - Абсорбер для очистки газов от диоксида углерода
Некоторые из этих областей указаны ниже: 1. Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в...
-
Методы изготовления гибких шлангов Рассмотрим основные методы изготовления гибких шлангов, на основе вышеописанных композиций: этих методов, в основном -...
-
Стальной аппарат с мешалкой. Он состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус! включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным...
-
Анализ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте При выполнении сварки, наплавки металлов на рабочих могут воздействовать вредные и...
-
Результирующая вольт-амперная характеристика туннельного диода определяется комбинацией туннельных и тепловых свойств и имеет довольно необычный вид. В...
-
Назначение, область применения и место установки в производственном процессе Шнековый питатель ПШМ - 1 входит в состав аэрозоль транспортера и...
-
Ассортимент получаемых продуктов и их применение - Промышленные установки нефти и газа
Нефтеперерабатывающая промышленность обеспечивает потребность народного хозяйства в горючих и смазочных материалах. Кроме того, нефть расходуется на...
-
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ - Газовая резка нержавеющей стали
Нержавеющими называются стали, обладающие высокими механическими свойствами, окалиностойкостью, жаропрочностью, стойкостью против атмосферной, жидкостной...
-
Основную часть сортамента нераспыляемых газопоглотителей как отечественного, так и зарубежного производства составляют высокотемпературные...
-
ЦЕЛЕСООБРАЗНАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ - Абсорбционные холодильные машины
Основное преимущество работающих на природном газе АБХМ - сокращение эксплуатационных расходов за счет сокращения потребления относительно дорогостоящей...
-
Кондиционеры предназначены для создания благоприятных температурно-влажностных условий в жилых и служебных помещениях. Кондиционеры классифицируют по...
-
Как правило, в общем случае РПМ - это композит, состоящий из проводящего наполнителя и диэлектрической матрицы. Проводник при этом находится в...
-
Общие сведения об изделии Назначение и область применения Барабан дробеметный конвейерный периодического действия предназначен для очистки отливок от...
-
Материалы, применяемые для изготовления сушилки - Барабанная сушилка
При выборе и создании аппаратуры необходимо учитывать такие важные факторы, как тепловая нагрузка аппарата, температурные условия процесса,...
-
Методика применения текучих композитов, Области применения - Детали из композитов
Применение текучих композитов обуславливается их консистенцией (легкость проникновения в труднодоступные места, "смачивающий" ткани зуба эффект) и...
-
Материалы - Выбор вида шланга для применения в конкретном производстве
Основные свойства материалов Основные свойства химических высокомолекулярных материалов, из которых изготавливаются гибкие шланги. Поливинилхлорид (ПВХ)...
-
Назначение. Конструктивные элементы - Выбор вида шланга для применения в конкретном производстве
Гибкие шланг ЕS предназначены для надежного крепления на трубопроводе и исключения передачи вибрации от горелок к газовому тракту. Использование гибких...
-
Анализ состояния окружающей среды АО "Европласт" Можно сказать, что мы живем в мире отходов. Отходы собираются как на специализированных, так и на...
-
Технологические особенности получения и применения пластмасс
1. Общие сведения о пластмассе Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные...
-
Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы. Промышленная руда - горная порода, из которой...
-
Получение, Применение - Целюллоза и ее применение
Образцом почти чистой целлюлозой является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится...
-
Для литья под давлением обычно используют не первичные, а вторичные сплавы, что обусловлено экономическими соображениями. Наилучшими литейными свойствами...
-
Рассматриваемая ЭМС и ЭМС-аналог содержат асинхронный и шаговый (ШД) электродвигатели соответственно. Каждый из типов электродвигателей имеет свои...
-
Сущность метода и область применения Сущность состоит в том, что жидкий металл заливают во вращающуюся с определенной скоростью литейную форму. Она...
-
Сущность метода и область применения Сущность состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. Модели из...
-
Пластмассовые уплотнители и амортизаторы. - Пластмассы. Их свойства и области применения
Детали уплотнений из пластмасс находят очень широкое применение. Это объясняется тем, что пластмассы обеспечивают не только высокую герметичность...
-
В фрикционных узлах с небольшой тормозной мощностью используются пластмассы с асбестовым наполнителем. Температура нагрева для этих материалов не должна...
-
По ходу плавки в электродуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менять подачу мощности можно изменением напряжения или силы тока...
-
Практическое использование аморфных сплавов - Принцип получения аморфных материалов
Использование аморфных сплавов в качестве диффузионных барьеров устройств привело к тому, что линейные размеры токоведущих дорожек, контактных площадок и...
-
Серый чугун. Свойства, марки и области применения - Технологии машиностроения
Наиболее широкое распространение в литейном производстве получил сплав железа с углеродом и кремнием, известный под названием серого чугуна. Этот чугун...
-
Выбор материала при проектировании конструкции кузова инновационного подвижного состава обусловлен тенденций современного вагоностроения направленного на...
-
Установка СОЖ туманом - Проектирование и применение токарного станка модели 1К660Ф3
Установка предназначена для охлаждения режущего инструмента распыленной жидкостью. Работает следующим образом: - от цеховой магистрали сжатый воздух под...
-
Сырье для получения золота - Обогащение золотосодержащих руд
Источниками получения металлического золота являются собственно золотые руды, полиметаллические сульфидные руды и вторичное сырье - промышленный и...
-
Сырье, необходимое для производства стеновых блоков - Производство шлакоблоков
- вяжущее вещество (цемент низких и высоких марок и медленнотвердеющий гипс); - наполнитель (песок, щебень, кирпичный бой, опилки, торф, зола, керамзит,...
-
Надежная работа переливного устройства определяется скоростнями движения в перетоке и зазоре между нижним срезом переточной трубы и основанием кармана....
Устройства для получения низкотемпературной плазмы и области их применения - Электротехнологические плазменные установки