Тээ с поверхности Ме

ē может покинуть поверхность Ме. Для того, чтобы это произошло, он должен преодолеть:

1. Силу зеркального отображения (F_зо):

Это сила притяжения ē к этой проводящей поверхности.

2. Силу, связанную с действием двойного электрического поля, образованного положительными ионами кристаллической решётки Ме и объёмным отрицательным зарядом ē тех, которые уже вырвались за поверхность раздела и удерживаются силами зеркального отображения.

х-расстояние, которое прошёл ē от поверхности

х₀-толщина двойного слоя

ε₀=8,85·10^-18Ф/м

Энергия, необходимая для того, чтобы ē преодолел потенциальный барьер м.б. вычислена:

Эффективная работа выхода ē:

- энергия Ферми

При бомбардировке ионами поверхности ē приобретают достаточно энергии для выхода с поверхности. Плотность тока с пов-ти Ме определяется по формуле Ричардсона-Дэшмана:

А-коэффициент, равный 6·10⁵ А/(м²·К²)

Эсэ с поверхности Ме

Сильное э/м поле у пов-ти может существенно уменьшать потенциальный барьер. В этом случае происходит автоэмиссия ē, т.е эмиссия без доп. энергии, без нагрева.

П о мере повышения напряжённости поля происходит не только снижение потенциального барьера, но и его сужение. Ē е только перескакиваютчерез потенциальный барьер, но и просачиваются сквозь него. Это объясняется квантовой механикой, а явление называется туннельный эффект.

Е₃>E₂>E₁

Движение носителей в электрическом поле.

В эл. поле заряженные частицы совершают поступательное движение согласно силовым линиям со скоростью , одновременно она движется под действием тепла со скоростью : . Но при тепловом движении все направления равновероятны, т.е. движение под давлением очень важно.

Время жизни заряженной частицы определяется как: , где - средняя длина свободного пробега молекул (ē).

, где ∆х – расстояние, на которое сдвигается ē, k_е-подвижность ē, Е - напряжённость эл. поля.

Из уравнения Ланжевена можно найти k_е:

Уравнение действует в приближении, что после соударения ē с ионом ē полностью теряет свою скорость, а ион движется без изменения скорости.

Скорость иона:

Р-давление

Подвижность иона:

А=0,5-1 и зависит от природы газа, q_i- заряд иона.

Движение носителей в магнитном поле

Движение ē и ионов в постоянном магнитном поле можно разложить на 2 составляющие: движение параллельно силов. линиям магнитного поля и движение перпендикулярно им.

Вдоль магнитного поля частицы движутся с постоянной скоростью:

, .

Благодаря присутствию частицы движутся по окружности за счёт приложенного усилия, которое выражается:

, где –радиус окружности, по которой движутся заряды, с- скорость распространения волн в вакууме, - напряжённость электрического поля.

Период вращения заряженной частицы по окружности:

, П_н-период вращения носителя, связан со скоростью:

Угловая скорость вращения или .

Траектория движение ионов (а) и ē (б) в магнитном поле.

Технологии плазменного напыления

В общем случае установка для плазменного напыления состоит из узлов: плазмотрона(плазменная горелка), системы подачи напыляемого материала, системы водяного охлаждения, источника постоянного напряжения, системы охлаждения этого источника, систему подачи газов (плазмообразующего и транспортирующего), пульта управления, системы блокировок, устройства перемещения изделий или горелки, защитной камеры. Для плазменной горелки должна быть обеспечена вытяжная вентиляция( О₃,N_xO_y,запыленность).

Требования к плазмотрону:

-Т на выходе из сопла 2500-20000К

-Высокая частота газов на выходе

-удобная регулировка электро параметров

-стабильная во времени работа

-высокий кпд.

В плазмотронах применяют дуговой разряд (иногда-тлеющий), ВЧ и СВЧ.

Принципиальная схема

П орошок в потоке транспортирующего газа во взвешенном состоянии.

-плазмообразующий газ

-водяная рубашка

-порошок во взвешенном состоянии

-поток оплавленных частиц

-плазма

-анод

Катод-W+1%Th; анод-Cu. Плазмообр. газ-Ar,He,N,NH₃, транспортир.газ-Ar; He;N.

Конструкция плазмотронов м.б. разная. В данном случае реализовано косвенное плазменное напыление (прямое – подложка заряжена).

Материал-в виде порошка, проволоки, прутка, гибкого шнура.

Сравнительная характеристика исходных материалов:

Порошки:

«+»низкая себестоимость, широкая номенкулатура,возможность получения сложного состава за счет использования композитных порошков.

«-»необходимость дополнительных операций по обеспечению высокой текучести(сушка, рассев, классификация и тд), высокое содержание О₂ в покрытии из-за развитой поверхности порошка.

Проволока

«+»Широкая номенклатура марок и сортамента, дешевизна, возможность автоматизации.

«-»Необходимость дополнительных операций(промывка, калибровка и тд.), хрупкие материалы невозможно напылять этим методом.

Прутки(3-6 мм диаметра):

«+»не испытывают изгибающих напряжений=>могут состоять из хрупких и твердых материалов(оксидная и нитридная керамика).

«-»быстрый износ падающих роликов=> нарушение централизованной подачи материала в зону плавления, дороговизна, большой объем брака, плохо автоматизируется, необходимость дополнительных операций после длительного хранения.

Гибкий шнур - флексикор: порошок, закатанный в органическую оболочку=>прочность и гибкость.

В основном применяют порошки и проволоку.

Разряд зажигается м/у катодом и анодом а среде плазмообразующего газа, при обдуве столба дуги этими газами происходит охлаждение внешних зон плазмы, в них происходит деионизация, свечение плазмы уменьшается, увеличивается напряженность, происходит рост напряжения на электродах, растет температура(физический пинч-эффект).

При горении плазменный шнур имеет неправильную форму, испытывает систематические биения, пульсации, плазма может замыкаться на стенку. Для устранения этих эффектов-стабилизация плазмы.

Способы стабилизации плазмы:

1.Вихревой способ подачи плазмообразующего газа.

2.Использование межэлектродных вставок. Толщина вставок такая, чтобы избежать замыкания на стенку плазмотрона.

3.Закрутка плазмы электромагнитной катушкой. Использование эл-маг позволяет обеспечить непрерывное перемещение катодного и анодного пятна, это уменьшает разрушающее коррозионное и эрозионное воздействие на электроды.

4.Жидкостная стабилизация плазмы.

Конструкции плазмотронов

А )Плазмотрон с дугой, стабилизированной стенками

Б)Плазмотрон с каскадной дугой

В)Плазмотрон с изолирующими вставками

1-катод,

2-анод,

3-столб дуги,

4-изолятор

5-межэлектродная протяженная металлическая вставка

6-секция межэлектродной вставки.

А)Однокамерный с вихревой стабилизацией.

Б)Однокамерный с полым катодом

1-электроды,2-столб дуги,3-канал ишунтирующего пробоя,4-катушки электролитов,5-вихревая кмера,6-термокатод,7-зона перемещения пятна дуги по электроду.

А1)С Секционированной межэлектродной вставкой с вихревой стабилизацей и изолирующими вставками.

Б1)С газодинамической фиксацией с самоустанавливающейся длиной дуги.

А2)С разделением плазмы.(Продукты эрозии выдуваются из центральной зоны)

1-катод, 2-изолятор, 3-шайбы, 4-ввод газа, 5-анодный узел, 6-вспомогательное сопло, 7-основное сопло, 8-жидкость, 9-столб дуги.

Б2)С жидкостной стабилизацией

ВЧИ-плазмотроны

В ысокочастотный индукционный разряд. 2 потока газа (нижний и внутренний, который стабилизирует плазму).

Плазма зажигается введением в трубу электрода, разряд поддерживается индукционной катушкой(без электрода),

1-ввод теплозащитного потока, 2-кожух для формирования внутореннего теплоизоляционного потока, 3-штуцер, 4-кожух для формирования внешнего обдува генератора, 5,8-кварцевые трубки, 6-цанговый зажим, 7-индуктор.

В ЧЕ-плазмотрон

3 электрода, трубка

1,4-заземленные электроды,

2-центральный электрод,

3-экранирующий корпус,

5-шина,

6-корпус ВЧ-генератора,

7-вода плазмооборазующего газа,

8-штуцер,

9-завихритель,

10,14-торцевые крушки,

11,13-высокочастотные дуги,

12-разрядная камера,

15-выходное отверстие, 16-плазменная струя.

П ринципиальная схема линейного плазмотрона(а) и влияние параметров режима его работы на тепловые характеристики плазменной струи.

1-влияние тока дуги I,

2-расход газа V,

3 - длина дуги l,

4-диаметр канала d

Э лектродуговой плазмотрон косвенного действия – рис а.

Рис. 6:

1. Среднемассовая температура газа.

2. Тепловая мощность

3. Тепловой КПД.

t_g=AI[1-exp{-πdα_kl/(c_pV)}]

q_g=AI_cpV[1-exp{-πdα_kl/(c_pV)}]

η=A_cpV/U*[1-exp{-πdα_kl/(c_pV)}]

A=E/(πdα_k)

Р аспределение температуры.

а- в обычном дуговом разряде(I=200A, U=14,5B)

б- в потоке плазмы(схема-открытый анод,dc=4,9mm,V=1,08м²/ч, I=200А, u=29B)