Интенсивное испарение

Этот ионный прибор обладает тем свойством, что при малых напряжениях сопротивление между его электродами велико, а при определенном напряжении, называемом напряжением зажигания изаж, в приборе возникает интенсивная ионизация газа (тлеющий разряд), вследствие чего его проводимость резко возрастает. Сопротивление неоновой лампы при этом скачком уменьшается до очень незначительной величины.

Одним1 из эффективных ионизаторов является коронный разряд, который возникает в газе в системе электродов с резко неоднородным электрическим полем. Такое неоднородное поле имеет место, если размеры одного из электродов (коронирующего) намного меньше размеров второго, например в системе двух концентрических цилиндров при отношении их радиусов более 10, в системах провсд — плоскость, провод между двумя плоскостями и т. г:. В этом случае напряженность электрического поля вблизи поверхности меньшего электрода намного больше, чем у поверхности большего электрода, и если она достигает 15 кВ/см и более, то вокруг электрода с малым радиусом кривизны начнется интенсивная ионизация газа, появление положительно и отрицательно заряженных ионов, направляющихся к электродам в соответствии с их полярностью. Одновременно с ионизацией га;:а происходит процесс рекомбинации положительных ионов и электронов, которые при их соединении и возвращении в нейтральное состояние испускают боль-

При приближении лидера к противоположному электроду напряженность в еще не пробитой части промежутка резко возрастает. Поэтому возникает весьма интенсивная ионизация, превращающая

Начало развитию разряда кладут электроны, уходящие под действием положительного поля к аноду. После приобретения ими энергии, достигающей потенциала ионизации газа, электроны ионизируют атомы либо молекулы газа. Ионы, возникающие в результате ионизации, появляются вначале в непосредственной близости к аноду, где происходит наиболее интенсивная ионизация газа. Компенсируя вначале объемный заряд электронов вблизи анода, ионы изменяют ход кривой потенциалов. В последующие моменты времени он определяется кривой 2 на 3-18, б. Появление участка малого наклона вблизи анода приводит к смещению в направлении к катоду участка большей крутизны в кривой потенциалов, куда и переходит область более интенсивной ионизации газа. В этой области вскоре также компенсируется объемный заряд электронов положительными ионами. Движение области скомпенсированного объемного заряда продолжается до приближения фронта компенсации к катоду на расстояние, примерно равное среднему ионизационному пробегу электронов Kel. На этом участке формируется катодная часть разряда. До приближения фронта компенсации к катодной части разряда отрицательное поле в облаке задерживает значительную часть электронного потока, выходящего из катода, в связи с чем анодный ток нарастает достаточно медленно.

Ток несамостоятельного разряда обычно мал. Так, для нашего случая при расстоянии между электродами 5 см плотность тока насыщения равна 8-Ю-12 а/см2. При дальнейшем увеличении напряжения насыщение вновь переходит в режим роста тока (участок 2—3 на 1-1). Это значит, что заряженные частицы достигли под действи-•ем электрического поля такой скорости, когда кинетическая энергия электронов достаточна для того, чтобы при столкновении с нейтральными частицами газа ионизировать их. Новые заряженные частицы также направляются к электродам и на •своем пути могут снова ионизировать частицы. Количество заряженных частиц растет лавинообразно. В этой фазе разряд самостоятелен, т. е. начавшись под действием какого-либо ионизатора, он далее протекает без помощи последнего. Условием существования самостоятельного разряда должна быть настолько интенсивная ионизация, чтобы вместо попадающих на электроды, теряемых в окружающую •среду и рекомбинирующих в разряде частиц появилось такое же количество новых заряженных частиц и чтобы по крайней мере одна из них достигала электрода.

Таким образом, механизм дуги можно представить себе следующим. Из катода в результате высокой степени его разогрева (термоэлектронная эмиссия) или наличия около его поверхности больших на-пряженностей электрического поля (106—Ю-7 в/см — автоэлектронная эмиссия) вырывается поток электронов. Первый случай имеет место для материалов катода с высокой температурой плавления и испарения металла (уголь, графит, вольфрам, молибден), благодаря чему температура на их поверхности может достигать в катодных пятнах значений 2500—3000° С и выше, когда начинается заметная термоэлектронная эмиссия. Второй случай соответствует материалам с низкой температурой кипения и испарения (ртуть, титан, медь). В области катодного падения поток электронов разгоняется настолько, что за ее пределами происходит интенсивная ионизация частиц газа в дуговом промежутке, причем здесь, по-видимому, весьма существенна роль ступенчатой ионизации. Образовавшиеся положительные ионы под действием поля направляются к катоду и разогревают его; вторичные и первичные электроны направляются через столб дуги в направлении анода. На их пути происходят новые соударения (главным образом термическая ионизация) и образование новых заряженных частиц, что компенсирует их исчезновение в более холодных частях столба путем рекомбинации и диффузии. При попадании на анод отрицательные частицы нейтрализуются, выбивая из него некоторое количество положительных ионов, устремляющихся через столб дуги к катоду. Плазма столба в целом нейтральна, т. е. концентрация положительных и отрицательных частиц одинакова, но из-за того, что подвижность электронов по

интенсивная ионизация газа. 8-2. Вольт-амперная характери-Так как ионы двигаются мед- стика электрического разряда в газе, леынее электронов, то здесь

интенсивная ионизация газа. 8-2. Вольт-амперная характери-Так как ионы двигаются мед- стика электрического разряда в газе, леынее электронов, то здесь

Кроме сравнительно стабильных слоев ионосферы в атмосфере наблюдается так называемая спорадическая ионизация — ненормально интенсивная ионизация, которая возникает случайно во времени. Это явление проявляется в виде ионосферных бурь, нарушающих радиосвязь, а в особенно интенсивных случаях и прерывающих ее.

Коронирующие электроды активных нейтрализаторов питаются постоянным или переменным напряжением от высоковольтного источника ( 62). К одному источнику питания может быть подключено несколько нейтрализаторов. С коронирующих электродов возникает коронный разряд, который создает поток носителей зарядов. Наиболее интенсивная ионизация происходит в случае, когда приложенное напряжение достигает предпробивного уровня [112]. При таком напряжении устойчивый процесс ионизации готов перейти в пробой. Во время пробоя возникает огромное количество носителей зарядов в узком канале пробоя, но ионизация в окружающем пространстве при этом затухает. Этот процесс является неконтролируемым в отличие от устойчивого коронного разряда. Отсюда можно сделать вы-

Обычно анодное основание дуги менее подвижно, чем катодное, так как на аноде выделяется больше энергии, чем на катоде. На аноде выделяется энергия выхода электронов, затраченная ранее на их вырывание с поверхности катода. Эта энергия вызывает интенсивное испарение металла, пар создает зону хорошей электрической проводимости у анода, ч го стабилизирует анодное основание дуги и затрудняет его перемещение. На катоде происходит вырывание электронов с поверхности. Высокие градиенты напряжения и облегченные условия выхода электронов создаются на остриях, которые имеются на холодных участках металлической поверх-

Подводимая к катоду и аноду энергия затрачивается на нагрев контактного материала, его плавление и испарение. Различным режимам работы коммутационных аппаратов соответствует тот или иной механизм дуговой эрозии. При относительно небольших отключаемых токах и малой длительности горения дуги эрозия контактов происходит в отдельных микролунках и в основном вследствие испарения контактного материала. С увеличением тока и длительности дугового разряда на поверхности контактов в зоне воздействия оснований дуги образуется сплошная ванна расплавленного металла (макрованна), происходит интенсивное испарение, а также выброс расплавленных частиц. Разрушение контактов с образованием макрованны жидкого металла характерно для сильноточных коммутационных аппаратов.

Очень острая фокусировка даже вредна, так как при чрезмерной плотности энергии в пятне начинается весьма интенсивное испарение металла, увеличивающее как потери •самого металла, так и потери энергии (исключение составляют только установки для размерной обработки, где применяются очень острые пучки).

Полученную энергию анод рассеивает главным образом за счет лучеиспускания, мощность которого согласно закону Стефана—Больцмана пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени. Таким образом, величина Ря ограничивается допустимой температурой, значение которой зависит от ряда факторов. Прежде всего следует указать, что температура анода не должна быть выше той, при кото- • рой происходило обезганшвание элементов лампы. В противном случае выделение остатков газа анодом может привести к нарушению работы прибора. В результате лучеиспускания возможен дополнительный нагрев катода лампы. Перегрев катода, как уже отмечалось выше, вызывает увеличение эмиссии с отдельных участков, интенсивное испарение активирующего вещества и уменьшает срок службы катода.

Таким образом, для осуществления процесса необходимо обеспечить следующие основные условия: достаточно интенсивное испарение материала, направленный молекулярный поток к подложке и 'Конденсацию пара на подложке.

Полученную энергию анод рассеивает главным образом за счет лучеиспускания, мощность которого согласно закону Стефана—Больцмана пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени. Таким образом, величина Ря ограничивается допустимой температурой, значение которой зависит от ряда факторов. Прежде всего следует указать, что температура анода не должна быть выше той, при кото- • рой происходило обезганшвание элементов лампы. В противном случае выделение остатков газа анодом может привести к нарушению работы прибора. В результате лучеиспускания возможен дополнительный нагрев катода лампы. Перегрев катода, как уже отмечалось выше, вызывает увеличение эмиссии с отдельных участков, интенсивное испарение активирующего вещества и уменьшает срок службы катода.

Таким образом, для осуществления процесса необходимо обеспечить следующие основные условия: достаточно интенсивное испарение материала, направленный молекулярный поток к подложке и 'Конденсацию пара на подложке.

Приведенные на III. 14 графические данные на примере длин-нопламенного угля с исходной влажностью 14% свидетельствуют о значительном различии динамики сушки в зависимости от способа его нагрева. Важным представляется тот факт, что в то время, как при диэлектрической обработке 84% влаги удаляется до 100° С, при нагреве угля теплопередачей в аналогичных условиях из него удаляется только 30% общей влаги. Видно также, что максимальная скорость влагоудаления при диэлектрической сушке наблюдается при 50° С, а при нагреве теплопередачей наиболее интенсивное испарение влаги происходит при 100° С и выше.

Аналогичный циклонный принцип организаций технологического процесса заложен и в другие комбинированные установки, которые находят все большее применение в технологических процессах черной и цветной металлургии, в промышленности стройматериалов, в химической промышленности. Особенно эффективен циклонный принцип обезвреживания отходов химической промышленности (при этом имеются в виду как жидкие, так и газообразные отходы). При обезвреживании жидких отходов благодаря высокой температуре в циклонной топке и вихревому движению газов происходит интенсивное испарение пульверизированных стоков с разложением и сгоранием органических примесей и плавлением солевого остатка. Последний отводится в расплавленном состоянии и затем может быть использован. Физическое тепло уходящих газов с температурой около 1000°С используется для выработки производственного пара или по замкнутой схеме — для предварительного выпаривания сточных вод.

Метод вакуумного напыления. Сущность метода физического осаждения в вакууме состоит в том, что при высокой температуре в динамическом высоком вакууме происходит интенсивное испарение жидкого (или твердого) металла, пары которого конденсируются на покрываемом изделии и холодных частях установки. При этом давление пара напыляемого металла должно быть таким, чтобы длина свободного пробега атомов его была больше расстояния между зоной испарения и зоной конденсации на подложке. В работе [95] приводится эмпирическая зависимость длины свободного пробега атомов от условий проведения процесса осаждения:

Травление сильно зависит от температуры. При комнатной тем-> пературе на поверхности обрабатываемой подложки образуется шлам. При температуре выше 30° С начинается интенсивное испарение HF. Поэтому обычно проводят травление при 30° С. Например, для стеклопластика ФДМТ рекомендуется состав [73]: 1 ч. HF(40%)-f-5 ч. H2SO4(98%). Глубина травления около 25 мкм за 100 с. Скорость травления в отверстиях зависит от диаметра. В отверстиях, диаметр которых меньше 1 мм, процесс замедляется в 1,5— 2 раза по сравнению с отверстиями диаметром 1,0 мм и больше [74].