Процеси взаємодії потужного електророзрядного імпульсу струму з конденсованою речовиною
Розробка електровибухових методів синтезу нановуглецевих матеріалів. Особливість аналітичних часових залежностей термодинамічних величин речовини від параметрів електроустановки. Основна характеристика радіальних розподілів електрофізичних величин.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 14.09.2014 |
| Размер файла | 124,8 K |
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.
Використовуючи вирази (31)-(34), можна розрахувати параметри електроустаткування, які забезпечують створення в речовині необхідних для структурно-фазових перетворень P,T-умов. Варіюючи параметрами, що входять в одержані вирази, можна цілеспрямовано керувати процесом електровибуху. Впливаючи на процеси охолодження та конденсації продуктів ЕВ шляхом вибору середовища, можна одержувати частинки матеріалу в різних структурних станах. Дисперсність отриманого матеріалу залежить від режиму ЕВП.
В даний час рівень техніки не дозволяє реалізувати синтез алмазу в результаті прямого переходу графіт алмаз у процесі нагрівання графітового провідника імпульсом струму. Тому задачею досліджень є пошук режимів електровибуху, в процесі яких можливий синтез алмазу з інших фазових станів вуглецю (газ або рідкий вуглець).
Високий тиск у центральній частині рідкого провідника при високоенергетичному режимі ЕВ досягається як за рахунок реактивного тиску, що виникає при розповсюдженні хвилі випаровування з поверхні углиб провідника, так і ударної хвилі, що виникає при повторному пробої внаслідок швидкого розширення каналу розряду. Після припинення струму відбувається швидке розширення парогазової порожнини, конденсація продуктів електровибуху та утворення ультрадисперсних частинок вихідного матеріалу, оксидів і інших з'єднань або нових матеріалів, залежно від виду електророзрядної обробки та середовища.
Розраховані фазові траєкторії вуглецю для низько- та високоенергетичних режимів електровибуху графітових провідників приведено на фазовій діаграмі станів (рис. 8). Фазова траєкторія вуглецю 1 відповідає аналізованому вище і в роботах інших авторів прямому фазовому переходу графіт алмаз. Фазова траєкторія 2 (високоенергетичний режим) заходить в область рідкої фази вуглецю та область існування алмазної фази.
Фазова траєкторія вуглецю 3 для низькоенергетичних режимів електровибуху графітових провідників імпульсом струму, в процесі яких відбувається утворення та пробій вуглецевого газу (без плавлення графіту), описує фазове графіт алмаз (криві 1, 2), перетворення графіт фулерени.
Із фазової діаграми видно, що кінцева точка фазової траєкторії (в момент часу, коли парогазова порожнина досягає максимального значення) для режимів з паузою струму (крива 3) співпадає з термодинамічними параметрами вуглецю, які відповідають експериментальним Р,Т- умовам синтезу фулеренових кластерів при електродуговому методі.
Теоретично показано, що екстремальні умови, які виникають в процесі високо- або низькоенергетичних режимів ЕВП, співпадають з діапазоном фізико-хімічних параметрів, що обумовлюють високу вірогідність спонтанного виникнення нових вуглецевих фаз. Для перевірки цих висновків щодо можливості реалізації в процесі ЕВП структурно-фазових перетворень графіт алмаз або графіт фулерени проведено експеримент на розробленому електророзрядному устаткуванні (рис. 9) (запасена енергія конденсаторної батареї - до 45 кДж, струм - до 1 МА).
Протікання мегаамперних струмів пред'являє підвищені вимоги до ізоляції та міцності електродної системи. Тому було розроблено електродну систему, що мала підвищену електричну та механічну міцність внаслідок використання внаслідок використання трьох порожнистих трубок для подачі й реалізації одночасного електровибуху трьох графітових провідників.
Електровибух графітових провідників, занурених у діелектричну рідину, здійснювали при зміні запасеної енергії конденсаторної батареї W0 від 1 до 45 кДж. Зарядну напругу U0 змінювали від 10 до 50 кВ. Використання графітових провідників різного діаметру та довжини дозволило варіювати питому запасену енергію від 10 до 300 МДж/кг.
Досліджено продукти електровибуху, що були отримані в результаті низькоенергетичних (з паузою струму) і високоенергетичних режимів електровибуху графітових провідників, характерні осцилограми яких приведено.
Продукти електровибуху графітових провідників у гексані (питома запасена енергія від 8 до 10 МДж/кг) містять вуглецеві нанотрубки.
Для дослідження спектрів поглинання продуктів низькоенергетичних режимів електровибуху було вибрано спектрофотометричний метод аналізу, який дозволяє аналізувати суміші речовин без попереднього їх розділення, а також має високі чутливість, селективність і швидкість визначення. Порівнюючи положення максимумів поглинання продуктів електровибуху з відомими даними, можна стверджувати, що в продуктах ЕВП з паузою струму дійсно містяться фулерени: C60 (max= 218, 263, 354 нм); C70 (max= 225, 248, 333, 355, 375 нм); C76 (max= 230, 286, 328, 350, 378 нм) і C84 (max= 280, 320, 380, 393 нм).
Продукти електровибуху графітових провідників при зарядних напругах від 20 до 45 кВ і питомій запасеній енергії 10 < w < 20 МДж/кг (режими ЕВП з паузою струму), здійсненого в органічних рідинах, містять, як випливає з результатів рентгенофазового аналізу, фулерени С60 або суміш фулеренів С60 і С70 та ін.
У мас-спектрах продуктів електровибуху знайдено молекулярні іони в інтервалі від 463 до 919 а.о.м.
Одержані колоїдні розчини продуктів високоенергетичних режимів електровибуху в органічних рідинах (толуол, бензол, етанол, гексан, керосин, солярове й антраценове масло та ін.) і в воді були відцентрифуговані, а осади висушені та піддані очищенню на установці SOXHLETT та хімічними методами. Отримані після очищення порошкові зразки були досліджені методами елементного рентгеноспектрального мікроаналізу, рентгенофазового аналізу за допомогою ідентифікації щільних фаз вуглецю (кубічний та гексагональний алмаз) і методом електронної мікроскопії. Зразки продуктів високоенергетичних режимів (запасена питома енергія від 175 до 300 МДж/кг) електровибуху графітових провідників у воді містять до 10 % наноалмазів. Показано, що утворення алмазної фази відбувається в процесі конденсації рідкого вуглецю.
Дисперсність одержаних порошків була визначена за допомогою приладу SEISHIN LMS-30.
Проведений якісний рентгенофазовий аналіз продуктів високоенергетичних режимів електровибуху графітових провідників у органічних рідинах показав, що в одержаних порошках є певна кількість (до 10 %) кристалітів з міжплощинними відстанями, співпадаючими з характерними для кубічного наноалмазу.
Електронно-мікроскопічними дослідженнями встановлено, що в порошкових пробах містяться три структурні складові, відмінні кристаломорфологією частинок і фазовим складом. За даними рентгенофазового аналізу, в досліджених нановуглецевих матеріалах міститься від 5 до 10 % алмазу у вигляді суміші кубічної і гексагональної модифікацій.
Наявність на мікро-електронограмах (рис. 13) відбитть, що ототожнено з міжплощинними відстанями d 0,71 нм, пов'язано з присутністю вуглецю у фулереноподібній формі.
Основна складова зразка (її зміст за об'ємом не менше 90 %) - це дисперсні частинки пластинчастої форми.
Діапазон їх розмірів в площині зображення - від 5 до 15 нм. Аналіз кільцевих мікроелектронограм від груп пластинчастих частинок дозволяє зробити висновок, що ця складова є сильно неупорядкованим вуглецем. За даними розрахунку, d002 такого вуглецю складає від 0,448 до 0,452 нм.
Кулясті виділення в порошковій формі за субструктурними ознаками можна віднести до оніонів, які формуються звичайно на основі вуглецю в присутності домішок металів.
Взаємодія потужних імпульсів струму з конденсованою речовиною відбувається в два етапи - спочатку нагрівання, плавлення та випаровування речовини в рівноважному стані, а потім - нерівноважні процеси іонізації та конденсації. Синтез нових матеріалів може відбуватися як на першому етапі взаємодії, так і на другому - післярозрядному. У першому випадку, якщо умови “гарту” нової фази не будуть дотримані, то можуть відбутися зворотні фазові перетворення, а в матеріалі залишаться тільки “сліди” нових фаз.
У шостому розділі обґрунтовано електровибухові методи синтезу нановуглецевих матеріалів, розроблено рекомендації для створення електровибухової нанотехнології синтезу вуглецевих наноматеріалів, розраховано енергоспоживаючі та технічні характеристики електроустаткування для одержання нановуглецевих матеріалів (фулеренів, вуглецевих нанотрубок і наноалмазу).
Рекомендовано до використання новий електровибуховий метод отримання фулеренів, який має, у порівнянні з електродуговим методом, ряд переваг - однорідне випаровування графітових провідників, зменшення числа стадій технологічного процесу, можливість роботи установки при атмосферному тиску та ін. Вказані переваги досягаються за рахунок вибору режимів, що забезпечують однорідне випаровування графітових провідників у вигляді багатоатомних молекул - кластерів вуглецю, створення умов для їх злиття та охолодження, попадання синтезованих фулеренів безпосередньо в розчинник (бензол, толуол та ін.). Охолодження газу відбувається в процесі швидкого розширення парогазової порожнини зі швидкостями від 106 до 108 К/с. Згідно з проведеними оцінками, синтез фулеренів в процесі ЕВП з паузою струму відбувається при температурах від 2000 до 2500 К і тиску P ~ 0,01 МПа. Іонізовані частинки вуглецю є центрами конденсації фулеренів. Виникаюче надалі інтенсивне перемішування з навколишнім середовищем сприяє їх подальшому охолодженню за час порядку десятків мілісекунд. Сажа та графітизовані частинки вуглецю є нерозчинним осадом, який видаляють з камери після завершення процесу. Після насичення розчин, що містить тільки фулерени різного виду, зливають з камери та фільтрують. Для розділення фулеренів на кластери одного виду необхідно застосовувати методи рідинної хроматографії.
Режими електричного вибуху з паузою струму, за яких відбувається синтез фулеренів, реалізуються при наступних параметрах: початкова напруга U0 = (1020) кВ, а енергія, що запасається в одному імпульсі, W(0,50,7)Ws .
Одним з перспективних напрямів застосування фулеренів є використання їх в якості протизносних і антифрикційних присадок шляхом їх введення в мінеральні масла. Електровибуховий метод одержання мастила, що містить фулеренові присадки, забезпечує синтез фулеренів безпосередньо в маслі, що запобігає їх коагуляції, тобто фулерени залишаються у вільному стані. Відомо, що саме вільні фулерени беруть участь у створенні на поверхнях тертя плівки, що перешкоджає їх зносу і приводить до зменшення коефіцієнта тертя. Встановлено, що при введенні в мастило 0,1 мас. % нановуглецевої присадки, що містить наноалмаз і фулерени, стабільність роботи пар тертя зростає при зниженні середніх значень коефіцієнта тертя та температури поблизу зони контакту. Дослідження трибологічних характеристик виготовленого нановуглецевого матеріалу показали, що його застосування в якості присадок до мастил вузлів кочення та ковзання приводить до зменшення коефіцієнта тертя для пари сталь-сталь на 25 %, при цьому знос поверхонь зменшується в 4 рази.
Електровибуховий метод одержання наноалмазу включає дію на графіт, який поміщено в електроізолююче середовище (дистильовану воду), імпульсів струму тривалістю до 50 мкс з питомою енергією від 100 до 200 МДж/кг, що дозволяє забезпечити синтез алмазної фази з рідкої фази вуглецю в області високого тиску (Р > 20 ГПа), який генерується в результаті вибухового випаровування поверхні графітового провідника та різкого розширення плазми.
Отримані результати досліджень дозволили рекомендувати електровибуховий та електророзрядний методи синтезу нановуглецевих матеріалів, які мають ряд переваг у порівнянні з відомими електророзрядними методами - високий процентний вихід нановуглецю; менше число стадій технологічного процесу; зменшення собівартості нановуглецевих матеріалів; можливість роботи електроустаткування при атмосферному тиску та ін.
Результати проведених досліджень дозволили запропонувати ряд технологічних процесів одержання нановуглецевих матеріалів, заснованих на електровибуховій обробці графіту або електророзрядній обробці органічних рідин. Технологічні процеси виробництва нановуглецевих матеріалів передбачають багаторазову електророзрядну обробку графіту або органічних рідин, злив колоїдного розчину з розрядної камери та видалення нерозчинного осаду, витяг продуктів ерозії електродів методами магнітного очищення, центрифугування розчину зі зваженими нановуглецевими частинками, сушку одержаного після центрифугування осаду, хімічне очищення його від частинок металу, витяг фулеренів з розчину методом рідинної хроматографії, при виробництві наноалмазу - хімічне очищення від неалмазних нановуглецевих матеріалів, сушку одержаних порошків.
Розрахунок енергоспоживаючих і технічних характеристик електроустаткування, яке призначено для одержання фулеренів вуглецевих нанотрубок і наноалмазу, виконано для створення електроустановок з реально досяжними параметрами з максимальною продуктивністю при мінімальних витратах. За рік при застосуванні електровибухової обробки графіту можна одержувати близько 500 кг вуглецевих нанотрубок, 300 кг фулеренів або 20 кг наноалмазу. Очищений від продуктів ерозії електродів нанографіт, який можна отримувати електровибуховим методом у кількості до 1000 кг у рік, також має достатньо великий попит в різних галузях промисловості. Продуктивність електроустаткування для отримання нановуглецю електророзрядним методом - до 1,0 кг/год. Застосування електророзрядної технології обробки органічних рідин дозволяє збільшити вихід наноалмазних матеріалів до 200 кг за рік.
ВИСНОВКИ
У дисертації одержано нові науково обґрунтовані результати, які в сукупності вирішують важливу науково-технічну проблему, що полягає в створенні наукових основ електровибухової обробки матеріалів, розвитку теорії та методів діагностики процесів взаємодії потужного електророзрядного імпульсного струму з конденсованою речовиною та розробці електровибухових методів синтезу нановуглецевих матеріалів.
Нові наукові та практичні результати роботи:
1. Створено наукові основи електровибухової обробки матеріалів, в результаті якої виникають структурно-фазові перетворення речовини, які включають: математичне моделювання процесів взаємодії потужних електророзрядних імпульсів струму з конденсованою речовиною; аналітичні вирази для часових залежностей струму, опору, температури, тиску та густини речовини в процесі однорідного нагрівання імпульсним струмом циліндричних провідників до моменту випаровування; механізм електровибуху для швидких і надшвидких режимів; термодинамічні залежності речовини (Р,Т - умови) від параметрів електроустаткування та характерних розмірів провідника, які визначають еволюцію стану речовини в результаті дії потужного електророзрядного імпульсу струму та дозволяють керувати процесом електровибуху провідників;
2. Розроблено електровибуховий та електророзрядний методи синтезу вуглецевих наноматеріалів, які мають, у порівнянні з електродуговим методом, ряд переваг (зменшення числа стадій технологічного процесу, можливість роботи установки при атмосферному тиску та ін.). Запропоновано електровибуховий метод одержання мастила з нановуглецевою присадкою, що містить фулерени. Показано, що застосування в якості протизносних і антифрикційних присадок до мастил отриманого нановуглецевого матеріалу (0,1 % вагових), який містить фулерени та наноалмаз, для вузлів кочення і ковзання приводить до зменшення коефіцієнта тертя для пари сталь-сталь на 25 %, при цьому знос поверхонь зменшується в 4 рази;
3. Розроблено рекомендації для створення нових електророзрядних нанотехнологій синтезу вуглецевих матеріалів (фулеренів, вуглецевих нанотрубок і наноалмазу) та розраховано енергоспоживаючі та технічні характеристики електроустаткування для отримання нановуглецевих матеріалів;
4. Теоретично (на основі розрахунку фазових траєкторій вуглецю в процесі електровибуху) та експериментально (на підставі аналізу результатів дослідження дії потужних електророзрядних імпульсів струму на графітові провідники й одержаних нанодисперсних продуктів електровибуху) показано, що структурно-фазове перетворення графіт алмаз відбувається в процесі високоенергетичних режимів електричного вибуху графітових провідників у воді та органічних рідинах (питома запасена енергія w > 100 МДж/кг), тоді як при низькоенергетичних режимах електровибуху графітових провідників у органічних середовищах утворюються умови для синтезу фулеренів (10 МДж/кг < w < 20 МДж/кг) і вуглецевих нанотрубок (8 МДж/кг < w < 10 МДж/кг);
5. Розвинуто теорію взаємодії потужного електророзрядного імпульсу струму з конденсованою речовиною. Вперше аналітично отримано радіальні розподіли термодинамічних і електрофізичних величин у процесі істотно нестаціонарного нагрівання циліндричного провідника імпульсним струмом. На підставі теоретичного дослідження радіальних розподілів термодинамічних і електрофізичних параметрів твердого та рідкого циліндричного провідника, що визначають процес дифузії електромагнітного поля, виявлено ефект, зворотний скін-ефекту; одержанj умови однорідності речовини; визначено вплив магнітного тиску на порушення однорідності речовини в процесі електровибуху провідників;
6. Запропоновано достовірний метод синхронної реєстрації динаміки термодинамічних величин (температури й густини) в процесі нагрівання потужним імпульсом струму циліндричного провідника, який полягає у використанні для розрахунку інтегральної колірної температури за сигналами пірометру спектрального відношення, що виключає вплив теплового розширення, а для розрахунку динаміки розширення (або часової залежності густини) - одного з сигналів пірометру, нормованого на величину сигналу в момент плавлення;
7. Вперше розроблено та апробовано методику знаходження чисельними методами часових залежностей термодинамічних величин і температурних залежностей характеристик рідких металів (від температури плавлення до температури кипіння) в процесі електровибуху за осцилограмами сигналів пірометра спектрального відношення з урахуванням кінцевої ширини пропускання інтерференційних фільтрів і апаратних функцій каналів пірометра. Вперше з урахуванням розширення циліндричного провідника одержано за запропонованою методикою достовірні температурні залежності тепло- та електрофізичних характеристик рідких міді, нікелю та вольфраму (густини, ентальпії, питомих теплоємності та електропровідності);
8. Запропоновано напівфеноменологічну теорію формування та розповсюдження хвиль фазових перетворень речовини в процесі швидкого та надшвидкого режимів електричного вибуху провідників, що дозволило отримати вирази для швидкості розповсюдження та ширини фронтів хвиль фазових перетворень для різних видів електровибуху провідників;
9. Розвинуто теорію дії сильних електромагнітних полів на діелектрики, що викликає виникнення хвиль фазових перетворень в конденсованих середовищах в процесі формування електричного пробою. Отримано вирази для швидкостей розповсюдження швидких і повільних електричних розрядів;
10. Результати дисертаційної роботи використано на державному підприємстві “Науково-виробничий комплекс газотурбобудування “Зоря-Машпроект”” при вирішенні проблеми очищення гальваностоків від іонів важких металів високовольтними електричними розрядами в реакторах з гранульованим металозавантаженням; впроваджено на приватному підприємстві (Харківська обл.) при розробці електророзрядного устаткування для отримання нановуглецевих матеріалів, які містять фулерени та наноалмаз; впроваджено на СП ТОВ “Мікасс - ДП” при створенні електророзрядного устаткування для отримання нановуглецевих матеріалів, що містять алмазоподібні фази; використовують у навчальному процесі підготовки бакалаврів, спеціалістів і магістрів за фахом “Техніка і електрофізика високих напруг” кафедри “Імпульсні процеси і технології” Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова.
ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кускова Н.И. Получение наноуглеродных материалов электровзрывным методом // Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування. - 2006. - № 3. - С. 64-71.
2. Кускова Н.И. Фазовые превращения углерода в процессе нагрева мощным импульсом тока // Письма в Журн. технич. физики. - 2005. - Т. 31, вып. 17. - С. 28-34.
3. Кускова Н.И. Искровые разряды в конденсированных средах // Журн. технич. физики. - 2001.- Т. 71, вып. 2. - С. 51-54.
4. Кускова Н.И. Волны фазовых превращений в сильных электрических полях // Письма в Журн. технич. физики. - 1998. - Т. 24, вып. 14. - С. 41-44.
5. Кускова Н.И. Обратный скин - эффект // Письма в Журн. технич. физики. - 2004. - Т. 30, вып. 14.- С. 59-63.
6. Коваль С.В., Кускова Н.И. Исследование динамики жидкого проводника при однородном электрическом взрыве // Письма в Журн. технич. физики. - 1995. - Т. 21, вып. 6. - С. 36-40.
7. Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Радиальные распределения быстро меняющихся токов и полей в цилиндрических проводниках // Письма в Журн. технич. физики. - 2002. - Т. 28, вып. 14.- С. 59-63.
8. Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Исследование радиальной однородности жидкого расширяющегося проводника, нагреваемого импульсом тока // Письма в Журн. технич. физики. - 1996. - Т. 22, вып. 10. - С.30-34.
9. Коваль С.В., Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Исследование свойств жидких металлов при электрическом взрыве проводников // Воздействие высоких давлений на вещество. - Киев: ИПМ НАН Украины, 1995. - С.101-107.
10. Кускова Н.И., Гордиенко В.И., Разменов Е.П., Хайнацкий С.А. Исследование возможности синтеза искусственных алмазов при электровзрыве проводников в жидкости // Электpонная обpаботка матеpиалов. - 2006. - № 3. - С. 153-160.
11. Богуславский Л.З., Гук И.П., Кускова Н.И., Хайнацкий А.С., Щербак А.Н. Электровзрывной метод получения фуллеренов // Электронная обработка материалов. - 2002. - № 4 (216). - С. 30-34.
12. Богуславский Л.З., Кускова Н.И., Хайнацкий С.А. К вопросу о нанесении покрытий электрическим взрывом проводников в жидкости // Электpонная обpаботка матеpиалов. - 2000. - № 2 (202). - С. 5-9.
13. Богуславский Л.З., Кускова Н.И., Петриченко В.Н., Хайнацкий С.А. Электрический разряд в графите и его особенности // Электронная обработка материалов. - 2002. - № 3 (215). - С. 32-38.
14. Богуславский Л.З., Вовченко А.И., Кускова Н.И. Синтез фуллеренов в процессе электровзрыва графитовых проводников // Электронная обработка материалов. - 2002.- № 6 (218). - С.25-32.
15. Ищенко Ж.Н., Куприн Е.Д., Кускова Н.И. Экспериментальные исследования характеристик и механизма электровзрыва графитовых проводников. Часть I // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 3. - C. 41-48. Часть II // Электронная обработка материалов. - 2004. - № 4. - C. 48-56.
16. Кускова Н.И., Ищенко Ж.Н., Хайнацкий С.А. Особенности электрического разряда в композиционных материалах с проводимостью от 10 до 105 См/м // Электpонная обpаботка матеpиалов. - 2006. - № 2 . - С. 53-58.
17. Kuskova N.I., Tkachenko S.I, Koval S.V. Investigation of liquid metallic wire heating dynamics // Journ. Phys.: Condens. Matter. - 1997. - Vol. 9. - P. 6175-6184.
18. Tkachenko S.I., Kuskova N.I. Dynamics of phase transitions at electrical explosion of wire // Journ. Phys.: Condens. Matter. -1999. - Vol. 11. - P. 2223-2232.
19. Kuskova N.I., Tkachenko S.I., Koval S.V. Investigation of the Heating Dynamics and Properties of Liquid Tungsten // Intern. Journ. of Thermophysics. -1998. - Vol.19, № 1. - P.341-345.
20. Коваль С.В., Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Исследование механизма электpического взpыва пpоводников и теплофизических хаpактеpистик жидких металлов // Теплофизика высоких темпеpатуp. - 1997. - Т. 35, № 6. - С. 876-879.
21. Кускова Н.И. Триботехнические характеристики наноуглеродных материалов / Электронная обработка материалов. - 2006. - № 6. - C. 50-56.
22. Патент 45181 України, МПКТ 7 СО1 В 31/02. Спосіб одержання фулеренів / Л.З.Богуславський, Н.І.Кускова, В.О.Дюпін, В.М.Петриченко, С.О.Хайнацький (Україна). - № 33751; Заявл. 12.06.2001; Опубл. 15.07.2004; Бюл. № 7. - 3 с.
23. Деклараційний патент 45182 А України, МПКТ 7 С1О М 177/00. Спосіб одержання мастила / Л.З.Богуславський, О.І.Вовченко, Н.І.Кускова (Україна).- № 33752; Заявл. 12.06.2001; Опубл. 15.03.2002; Бюл. № 3. - 3 с.
24. Патент 77346 України, МПК(2006) С01 В31/06. Спосіб одержання порошку синтетичного ультрадисперсного алмазу / О.І.Вовченко, Н.І.Кускова, І.С.Швець, Ж.М.Іщенко, С.В.Петриченко, О.А.Якименко (Україна).- № 200503643; Заявл. 12.03.2005; Опубл. 15.11.2006; Бюл. № 11. - 3 с.
25. Патент 77370 України, МПК(2006) С01 В31/06. Спосіб одержання порошку синтетичного ультрадисперсного алмазу: Пат. 77370 України, МПКТ 7 С1О М 177/00 / О.І.Вовченко, В.І.Городян, Н.І.Кускова, Є.П.Размєнов, І.С.Швець (Україна).- № 200512866; Заявл. 30.12.2005; Опубл. 15.11.2006; Бюл. № 3. - 3 с.
26. Кускова H.I., Ткаченко С.І. Теоретичне дослідження динаміки фазових перетворень в результаті мікросекундних електричних вибухів провідників циліндричної форми // Український фізичний журнал. - 1999. - Т. 44, № 3. - С. 351-356.
27. Коваль С.В., Кускова Н.И. Теплофизические характеристики жидких металлов // Физика аэродисперсных систем: Межведомств. науч. сб. - Одесса: Астропринт, 2001. - Вып. 38. - С. 189-196.
28. Кускова Н.И. Динамика формирования электрического пробоя в воде: - Николаев: 1991. - 32 с. (Препр. / АН УССР, Проектно - констр. бюро электрогидравлики; 16-91).
29. Кускова Н.И. Трибологические свойства наноуглеродных материалов // Сб. трудов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи. (Харьков, октябрь 2006). - 2006. - Харьков. - 2006. - Т. 1. - С. З16-319.
30. Рудь А.Д., Перекос А.Е., Чуистов К.В., Шпак А.П., Уваров В.Н., Кускова Н.И., Ищенко Ж.Н. Электровзрывные методы получения углеродных наноматериалов // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials: IX International Conference, Sevastopol, Sept. 2005. - Кiev: AHEU, 2005. - P. 390-392.
31. Рудь А.Д., Перекос А.Е., Шпак А.П., Уваров В.Н., Лахник А.М., Иващук Л.И., Кускова Н.И. Электровзрывной метод получения углеродных наноматериалов // Труды ІV Междунар. конфер. “Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизация изделий” (с. Жуковка, Автономная республика Крым, сентябрь 2006 р.). - Киев: Академпериодика. - 2006. - С. 159.
32. Рудь А.Д., Перекос А.Е., Шпак А.П., Уваров В.Н., Иващук Л.И., Кускова Н.И. Применение электроразрядных методов для получения углеродных наноматериалов // Труды Пятой Междунар. конф. “Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология”. (Москва, октябрь 2006 г.) - М.: МГУ. - 2006. - С. 156.
33. Kuskova N.I., Tkachenko S.I. To the theory of the streamer discharge in condensed media // Conf. Record of the IEEE Intern. Symposium on Electr. Insul. Arlington, Virginia, USA. 7-10 June, 1998. - P. 615-618.
34. Кускова Н.И. Взаимодействие мощных электроразрядных импульсов тока с конденсированным веществом // Физика экстремальных состояний вещества -2006. - Черноголовка: Ин-т физ. химии РАН. - 2006. - С. 193 - 194.
35. Рудь А.Д., Перекос А.Е., Шпак А.П., Уваров В.Н., Иващук Л.И., Кускова Н.И. Применение метода электрического взрыва проводников для получения углеродных наноматериалов // Матер. ХХI Междунар. конфер. “Уравнения состояния вещества” - п. Эльбрус, март 2006. Черноголовка: Ин-т физ. химии РАН. - 2006. - С. 268.
36. Кускова Н.И. Электровзрывной метод исследования фазовых превращений углерода // Матер. XII Междунар. науч. школы - семинара “Физика импульсных pазpядов в конденсиpованных сpедах”. - г. Николаев, август 2005 г. - Николаев: Никол. обл. типогр. - 2005. - С. 40-41.
37. Кускова Н.И. К теории стримерного разряда в конденсированных средах // Труды V Науч. - технич. конфер. “Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности”. - Николаев. - 1992. - С. 14.
38. Кускова Н.И., Ткаченко С.И. О радиальной однородности жидкого расширяющегося проводника, нагреваемого импульсом тока // Тез. докл. VII Науч. школы - семинара “Физика импульсных разрядов в конденсированных средах”. - Николаев. - 1995. - С. 57-58.
39. Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Теоретическое исследование динамики фазовых переходов в проводниках, нагреваемых импульсными токами // Тез. докл. II Науч. школы “Импульсные процессы в механике сплошных сред”. - Николаев. - 1996. - С. 248.
40. Кускова Н.И., Ткаченко С.И. Волны фазовых превращений в цилиндрических проводниках // Тез. докл. IX науч. школы “Физика импульсных pазpядов в конденсированных средах” (г. Николаев, сентябрь 1999г.). - Николаев, 1999. - С. 40.
41. Богуславский Л.З., Кускова Н.И., Щербак А.Н., Хайнацкий С.А. Исследование спектров поглощения света фуллеренсодержащими продуктами электрического взрыва графитовых проводников // Матер. X Междунар. науч. школы-семинара “Физика импульсных pазpядов в конденсированных средах” (г. Николаев, август 2001г.). - Николаев: Атолл. - 2001. - С. 44-45.
42. Куприн Д.Е., Кускова Н.И. Фазовые превращения углерода в процессе нагрева мощным импульсом тока // Матер. XІ Междунар. науч. школы-семинара “Физика импульсных pазpядов в конденсированных средах” (г. Николаев, август 2003г.). - Николаев: Атолл. - 2003. - С. 35-36.
АНОТАЦІЯ
Кускова Н.І. Процеси взаємодії потужного електророзрядного імпульсу струму з конденсованою речовиною. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.03.07 - процеси фізико-технічної обробки. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”. - Київ, 2007.
Дисертація присвячена створенню наукових основ електровибухової обробки матеріалів, розвитку теорії та методів діагностики процесів взаємодії потужного електророзрядного імпульсного струму з конденсованою речовиною та розробці електровибухових методів синтезу нановуглецевих матеріалів (фулеренів, наноалмазу та ін.), який відбувається в результаті структурно-фазових перетворень вуглецю. Одержано аналітичні часові залежності термодинамічних величин речовини від параметрів електроустановки. Визначено еволюцію стану речовини (Р,Т - умови), що дозволяє керувати процесом електровибуху провідників. Встановлено технологічні режими електровибуху графітових провідників та умови, необхідні для структурно-фазових перетворень графіт алмаз і графіт фулерени. Розроблено електровибухові методи одержання фулеренів, вуглецевих нанотрубок і наноалмазу та рекомендації для створення електровибухової технології синтезу нановуглецевих матеріалів. Аналітично отримано радіальні розподіли термодинамічних і електрофізичних величин у процесі істотно нестаціонарного нагрівання циліндричних провідників імпульсним струмом. Запропоновано новий метод синхронної реєстрації пірометром спектрального відношення температури й густини провідників в процесі електровибуху.
Ключові слова: електровибуховий метод, нановуглецеві матеріали, структурно-фазові перетворення, фулерени, наноалмаз.
Kuskova N.I. The processes of the interaction between the powerful electro-charge impulse of current and the condensed substance. - The manuscript. The dissertation for the competition of the academic degree of the Doctor of Technical Science on the speciality 05.03.07-The processes of the physicotechnical treatment.-The National Technical University of Ukraine ”Kiev polytechnic institute”-Kiev, 2007.
The dissertation is devoted to the creation of the scientific foundations of the electroexplosive treatment of materials, the development of theory and methods of diagnostics of the processes of the interaction between the powerful electro-charge impulse of current and the condensed substance and the development of the electroblasting methods of the synthesis of the nanocarbonic materials (fullerene, nanodiamond and other), which occurs as a result of structurally-phase transformations of carbon. The analytical time relations of the thermodynamic values of the substance from the characteristics of the electro set have been received. The development of the state of the substance (P,T- conditions ) has been determined. It allows to control the process of electroexplosion of conductors. The technological regimes of the electroexplosion of graphite conductors and conditions necessary for structure-phase transformation graphite diamond and graphite fullerene have been established. The electroexplosion methods of the receipt of the fullerene, carbon nanotubes and nanodiamond and the recommendations for the creation of the electroexplosive technology of the synthesis of nanocarbon materials have been proposed and developed. The radial distribution of thermodynamic and electrophysical values have been received analytically in the process of the transitional heating of the cylindrical conductors by impulse current. A new method of the synchronous registration by pyrometer of the spectral ratio the temperature and the density of the conductors in the process of the electroexplosion has been proposed.
Key words: electroexplosive method, nanocarbon materials, structure-phase transformation, fullerene, nanodiamond.
Кускова Н.И. Процессы взаимодействия мощного электроразрядного импульса тока с конденсированным веществом. - Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.03.07 - процессы физико-технической обработки. - Национальный технический университет Украины „Киевский политехнический институт”. - Киев, 2007.
Диссертация посвящена созданию научных основ электровзрывной обработки материалов, развитию теории и методов диагностики процессов взаимодействия мощного электроразрядного импульсного тока с конденсированным веществом и разработке электровзрывных методов синтеза наноуглеродных материалов (фуллеренов, наноалмаза и др.), который происходит в результате структурно-фазовых превращений углерода.
Созданы научные основы электровзрывной обработки материалов (в результате которой происходят структурно-фазовые превращения вещества), которые включают: математическое моделирование процессов взаимодействия мощных электроразрядных импульсов тока с конденсированным веществом; аналитические выражения для временных зависимостей тока, сопротивления, температуры, давления и плотности вещества в процессе однородного нагрева импульсным током цилиндрических проводников до момента испарения; механизм электровзрыва проводников для быстрых и сверхбыстрых режимов.
Получены аналитические временные зависимости термодинамических величин вещества вот параметров электроустановки и характерных размеров проводника. Определена эволюция состояния вещества (Р,Т - условия), что позволяет управлять процессом электровзрыва проводников.
Теоретически (на основе расчета фазовых траекторий углерода в процессе электровзрыва) и экспериментально (на основании анализа результатов исследования воздействия мощных электроразрядных импульсов тока на графитовые проводники и полученных нанодисперсных продуктов электровзрыва) показано, что структурно-фазовое превращение графит алмаз происходит в процессе высокоэнергетических режимов электрического взрыва графитовых проводников в воде и органических жидкостях (удельная запасенная энергия w > 100 МДж/кг), тогда как при низкоэнергетических режимах электровзрыва графитовых проводников в органических средах создаются условия для синтеза фуллеренов (10 МДж/кг < w < 20 МДж/кг) и углеродных нанотрубок (8 МДж/кг < w < 10 МДж/кг);
Предложен электроразрядный и развиты электровзрывные методы получения наноуглеродных материалов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и наноалмаза), которые имеют, по сравнению с электродуговым методом, ряд преимуществ (уменьшение числа стадий технологического процесса, возможность работы установки при атмосферном давлении и др.).
Разработаны рекомендации для новых электровзрывной и электроразрядной нанотехнологий синтеза наноуглеродных материалов. Рассчитаны энергопотребляющие и технические характеристики электрооборудования для получения наноуглеродных материалов - фуллеренов, углеродных нанотрубок и наноалмаза.
Развита теория взаимодействия мощного электроразрядного импульса тока с конденсированным веществом. Впервые аналитически получены радиальные распределения термодинамических и электрофизических величин в процессе существенно нестационарного нагрева цилиндрического проводника импульсным током. На основании теоретического исследования радиальных распределений термодинамических и электрофизических параметров твердого и жидкого проводника, определяющего процесс диффузии электромагнитного поля, выявлен эффект, обратный скин-эффекту; получены условия однородности вещества; определено влияние магнитного давления на нарушение однородности вещества в процессе электровзрыва проводников.
Предложен новый метод синхронной регистрации пирометром спектрального отношения температуры и плотности проводников в процессе электровзрыва. Разработана и апробирована методика нахождения численными методами временных зависимостей термодинамических величин и температурных зависимостей характеристик жидких металлов в процессе электровзрыва с учетом конечной ширины пропускания интерференционных фильтров и аппаратных функций каналов пирометра. Получены достоверные температурные зависимости тепло- и электрофизических характеристик жидких мед, никеля и вольфрама (плотности, энтальпии, удельных теплоемкости и электропроводности).
Исследованы фазовые превращения в диэлектриках, полупроводниках и металлах при воздействии сильных электрических полей. Предложен единый обобщающий подход к описанию разных типов электрического разряда (электрический пробой и электровзрыв проводников), который характеризует их как процесс формирования и распространения волн фазовых превращений вещества. Проведено исследование фазовых превращений в процессе быстрых (чаще микросекундных) и сверхбыстрых (чаще наносекундных) режимов ЭВП.
Показаны особенности электровзрыва графитовых проводников. Продукты электровзрыва низко- и высокоэнергетических режимов электровзрыва исследованы методами элементного рентгеноспектрального микроанализа, рентгенофазового анализа с помощью идентификации плотных фаз углерода (кубического и гексагонального алмаза)); методами электронной просвечивающей микроскопии в сочетании с микродифракцией.
Ключевые слова: электровзрывной метод, наноуглеродные материалы, структурно-фазовые превращения, фуллерены, наноалмаз.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Особливості та принципи виконання електричних вимірювань неелектричних величин. Контактні та безконтактні методи вимірювань. Особливості вимірювання температури, рівня, тиску, витрат матеріалів. Основні різновиди перетворювачів неелектричних величин.
контрольная работа [24,6 K], добавлен 12.12.2013Аналіз видів давачів наближення. Вивчення методів перетину променя, відбиття від рефлектора та об'єкта. Особливості побудови інфрачервоного первинного вимірювального перетворювача величин. Розрахунок залежності чутливості схеми від амплітуди імпульсу.
курсовая работа [433,3 K], добавлен 07.02.2010Системы физических величин и их единиц, роль их размера и значения, специфика классификации. Понятие о единстве измерений. Характеристика эталонов единиц физических величин. Передача размеров единиц величин: особенности системы и используемых методов.
реферат [96,2 K], добавлен 02.12.2010Сутність електрофізичних, електрохімічних, термічних та хіміко-термічних методів обробки конструкційних матеріалів. Математичні моделі процесу електрохімічного травлення голки тунельного мікроскопу. Заточування голки за допомогою явища електролізу.
курсовая работа [516,1 K], добавлен 16.06.2014Процеси інтеркаляції водню матеріалів із розвинутою внутрішньою поверхнею. Зміна параметрів кристалічної гратки, електричних і фотоелектричних властивостей. Технологія вирощування шаруватих кристалів, придатних до інтеркалюванняя, методи інтеркалювання.
дипломная работа [454,6 K], добавлен 31.03.2010Розрахунок та дослідження перехідних процесів в однофазній системі регулювання швидкості (ЕРС) двигуна з підлеглим регулювання струму якоря. Параметри скалярної системи керування електроприводом асинхронного двигуна. Перехідні процеси у контурах струму.
курсовая работа [530,2 K], добавлен 21.02.2015Понятие о физической величине как одно из общих в физике и метрологии. Единицы измерения физических величин. Нижний и верхний пределы измерений. Возможности и методы измерения физических величин. Реактивный, тензорезистивный и терморезистивный методы.
контрольная работа [301,1 K], добавлен 18.11.2013Фізичний зміст термодинамічних параметрів. Ідеальний газ як модельне тіло для дослідження термодинамічних систем. Елементи статистичної фізики. Теплоємність ідеальних газів в ізопроцесах. Перший та другий закони термодинаміки. Ентропія, цикл Карно.
курс лекций [450,4 K], добавлен 26.02.2010Розрахунок параметрів силового трансформатора, тиристорів та уставок захисної апаратури. Переваги та недоліки тиристорних перетворювачів. Вибір електродвигуна постійного струму і складання функціональної схеми ЛПП, таблиці істинності і параметрів дроселя.
курсовая работа [374,8 K], добавлен 25.12.2010Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною клітин. Біологічна дія іонізуючих випромінювань. Етапи розвитку променевої хвороби. Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення. Характер радіаційного впливу на живий організм.
реферат [81,7 K], добавлен 12.04.2009
