Уточнение картины физических явлений при введении мелкодисперсной фракции в плазму низкого давления. Рассмотрение составляющих потоков заряженных частиц в пограничном слое между поверхностью частицы микронных размеров и плазмой при низких давлениях.
Аннотация к работе
Анализ современного состояния развития исследований и производства в области «критических» технологий и техники новых поколений позволяет сделать заключение о том, что одним из наиболее динамично развивающихся междисциплинарных научно-технических направлений является физика и технология микро-и наносистем. Актуальность данной работы обусловлена возрастающими потребностями различных отраслей машиностроения, и в первую очередь электронного приборостроения, в оборудовании с использованием плазменных эмиссионных систем для нанесения покрытий различного функционального назначения. В известной нам литературе не удалось найти разработанных научных подходов и моделей плазменных эмиссионных систем на базе разряда низкого давления для нанесения пленок из нанодисперсных материалов. С учетом вышеизложенного, представляется целесообразным более детальное и глубокое изучение плазменных эмиссионных систем на базе разрядов низкого давления для нанесения различного рода покрытий из материалов в мелкодисперсной фазе. Изложенное выше определяет актуальность исследований, представленных в настоящей работе, которая обусловлена стремлением получения новых знаний о физике процессов в многокомпонентной плазме низкого давления, а также потребностями науки, техники и производства в разработке и использовании более совершенного аналитического и технологического оборудования, обеспечивающего расширение областей использования новых процессов, базирующихся на применении потоков заряженных частиц и плазмы.Построена самосогласованная микроскопическая модель для описания физико-химических превращений, тепломассообмена и кинетики процессов нагрева, плавления и испарения в системе «плазма низкого давления - нанодисперсная частица», позволяющая: - качественно и количественно описывать тепломассообмен в указанной системе при учете величины и знака скачка потенциала у поверхности частицы, интенсивности эмиссионных явлений, процессов ионного распыления; рассчитывать время испарения мелкодисперсных частиц, а также изменение массы и линейных размеров частицы с ростом температуры ее поверхности и с учетом фазовых превращений и эмиссионных процессов.
Вывод
В работе получены следующие основные результаты: 1. Построена самосогласованная микроскопическая модель для описания физико-химических превращений, тепломассообмена и кинетики процессов нагрева, плавления и испарения в системе «плазма низкого давления - нанодисперсная частица», позволяющая: - качественно и количественно описывать тепломассообмен в указанной системе при учете величины и знака скачка потенциала у поверхности частицы, интенсивности эмиссионных явлений, процессов ионного распыления;
- рассчитывать время испарения мелкодисперсных частиц, а также изменение массы и линейных размеров частицы с ростом температуры ее поверхности и с учетом фазовых превращений и эмиссионных процессов.
2. Разработанная модель позволила рассчитать зарядовый состав ионной компоненты плазмы в газоразрядной камере с накаленным катодом при больших плотностях тока.
3. С помощью разработанной модели были получены данные по поведению капельной фракции в металлической плазме вакуумного дугового разряда с интегрально холодным катодом.
4. Исследованы предельные режимы протекания тока в разряде с двойным контрагированием. Получены расчетные соотношения, устанавливающие связь между параметрами разрядного промежутка и величинами плотности тока и энергии электронов в плазме положительного столба и позволяющие определять максимально достижимые в разряде низкого давления плотности тока и энергии электронов.
5. Выполненные эксперименты по нанесению пленок из мелкодисперсных материалов в плазменной эмиссионной системе типа дуоплазматрон показали адекватность разработанных моделей и перспективность использования дуоплазматрона на постоянном токе для нанесения пленок из резистивных сплавов и диэлектриков.
Список литературы
1. Барченко, В.Т. Исследование закономерностей испарения частиц микронных размеров в плазме низкого давления/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// 59-я науч.-техн. конф., посвященная Дню Радио; г. С.-Петерб., 2-27 апр. 2004 г.: сб. материалов. - СПБ.: СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2004 . - С. 168-171.
2. Барченко, В.Т. Испарение частиц микронных размеров в плазме низкого давления/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнов// Вакуумная техника и технология: Ежегод. науч.-техн. семинар: сб. материалов ; С.-Петерб., 1-3 июня 2004 г.. - СПБ.: «ИНТЕКВАКУУМ», 2004 - С. 34-35.
4. Барченко, В.Т. Режимы теплообмена макрочастицы в неравновесной плазме/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// Быстрозакаленные материалы и покрытия: 3-я Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием; г. Москва, 23-24 нояб. 2004г.: сб. материалов. - М.: МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2004. - С. 94-99.
5. Барченко, В.Т. Моделирование процесса испарения порошковах материалов в разрядах низкого давления./ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев // 60-я науч.-техн. конф., посвященная Дню Радио, г. С.-Петерб., 05-27 апр. 2005г.: сб. материалов - СПБ.: СПБГЭТУ «ЛЭТИ», С. 173 - 174.
6. Гребнев, О.И. Процессы тепломассообмена нанодисперсной фракции в плазме низкого давления/ О.И. Гребнев // Актуальные аспекты нанотехнологии: 8-я науч. молодежная школа по твердотельной электронике, г. С.-Петерб., Репино, 27-29 мая 2005 г.: сб. материалов - СПБ.:изд-во ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, 2005 - С. 39.
7. Барченко, В.Т. Моделирование процесса испарения вещества в нанодисперсной фазе/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// Известия СПБГЭТУ «ЛЭТИ», сер. «Физика твердого тела и электроника», 2006. - №1. - С. 17-23.
9. Барченко, В.Т. Моделирование процессов в плазме, содержащей нанодисперсную фракцию/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев, В.А. Кузнецов // Плазменная эмиссионная электроника: Труды 11 междунар. крейнделевского семинара - Улан-Удэ, 27-29июня 2006 г.: Изд-во БНЦ СО РАН, 2006. - С. 54.
10. Барченко, В.Т., Моделирование процесса испарения вещества в нанодисперсной фазе/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// Проблемы проектирования и производства радиоэлектронных средств: IV-я междунар. науч.-техн. конфг. Новополоцк, 25-26 мая 2006 г.: сб. материалов; - Новополоцк: Изд-во Полоцкий государственный университет, 2006 г.- Т. 2. - С. 253-254.
11. Барченко, В.Т., Моделирование процесса испарения вещества в нанодисперсной фазе/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// Новые материалы и технологии НМТ-2006: Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием : сб. материалов; -г. Москва, 21 -23 нояб. 2006 г. - М.: изд-во ФТИ им. Иоффе РАН - Т. 2 - С.51-52.
12. Барченко, В.Т. Режимы теплообмена макрочастицы в неравновесной плазме/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// 5-я Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием; г. Москва, 12-13 дек. 2006 4 г.: сб. материалов. - М.: МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского - С. 389-395.
13. Барченко, В.Т., Моделирование процесса испарения вещества в нанодисперсной фазе/ В.Т. Барченко, О.И. Гребнев// Физика низкотемпературной плазмы-2007: Материалы Всерос. конф., 24-28 июня 2007г.: сб. материалов. - Петрозаводск: изд-во ПЕТРГУ, 2007 г. - Т. 1 - С. 110-114.