Дослідження емісійних матеріалів з підвищеною стійкістю до отруєння для виготовлення термокатодів обладнання для плазмової обробки матеріалів. Розробка та обґрунтування удосконалених математичних моделей газодинамічних процесів у катодних вузлах.
Аннотация к работе
Перевагами плазмових технологій є збільшення швидкості хімічних реакцій у десятки й сотні разів, можливість переробки будь-яких матеріалів, різке скорочення технологічних ланцюжків з можливістю створення компактних автоматизованих екологічно чистих виробництв. Це приводить до наступного формулювання оцінки ефективності захисту термокатода: , де - обємний процентний вміст повітря; - робочий тиск суміші; - критичний парціальний тиск повітря, визначений за результатами випробувань матеріалу емітера на отруєння; - парціальний тиск повітря в суміші. На основі аналізу експериментальних даних показано, що матеріали, які традиційно використовуються для виготовлення термокатодів (вольфрам з домішками оксидів торію, ітрію й лантану), не можуть забезпечити стабільний рівень струму емісії через виробку активної присадки з поверхні. Сформульовано основні вимоги до таких матеріалів: стійкість до отруєння з урахуванням досяжного ступеня очищення захисного газу (на рівні 10-3 Па); густина струму емісії 5...20 А/см2; робоча температура 1480…1500 К з можливим перегрівом до 2000 К; стійкість до термоударів. За результатами емісійних випробувань матеріалів з різним вмістом гафнату барію для застосування як емітери термокатодів рекомендовано матеріал з 63мас.% BAHFO3 37мас.%W, що може працювати за температур до 2000 К, забезпечуючи густину струму емісії до 200 А/см2.Дані матеріали відповідають специфічним умовам роботи катодів плазмового обладнання з викидом плазми в атмосферу: забезпечують густину струму емісії в межах від 5 (ZRBAO3 W) до 400 А/см2 (Sr0,5Ba0,5HFO3 W), зберігають працездатність при досяжному ступені очищення захисного газу, можуть працювати за температур більше 1500 К. Визначено раціональний з погляду емісійних характеристик склад досліджених матеріалів - 30об% ВАЗSc4O9 70об% W; 63мас.% BAHFO3 37мас.% W; 76мас.%Sr0,5Ba0,5HFO3 24мас.%W; 60 мас.% ZRBAO3 40 мас.% W. Одержала подальший розвиток теоретична модель оцінки основних характеристик напівпровідникових емісійних матеріалів донорного типу на основі зонної теорії, яка дозволяє адекватно описати залежність ефективної роботи виходу та густини струму емісії при розрахунках теплового стану термокатодів. Модель дозволяє визначати параметри енергетичної структури для досліджених матеріалів за результатами обробки експериментальних даних за густиною струму емісії. Запропоновано метод проектування катодних вузлів в інтегрованих CAD/CAE-системах із застосуванням математичного моделювання багатокомпонентних течій, що містить кількісну оцінку складу атмосфери в прикатодному просторі на основі критерію забезпечення докритичних значень парціального тиску активних газів (парціального тиску повітря).