Plazma oqimining moddalarga ta’siri

Plazma oqimining moddalarga ta’siri.
Zamonaviy oqim tehnologiyalarining rivojlanishi yuqori intensivlikdagi zarrachalar oqimidan foydalanishni taqazo etadi. Bu esa zarrachalar hosil qilgan tok zichligini oshirilishiga olib keladi. Bular yordamida metallarda elektronlar oqimi bilan qizdirish jarayoni, metallarni ionlar oqimi bilan qirqish jarayoni amalga oshiriladi. Bir xil ishorali zarrachalarning tok zichligini oshirish qator cheklovlarni yuzaga keltiradi, birinchi navbatda hajmiy zaryadni ta’sir kuchi. Zarrachalarning tezligini oshirish qator tehnik cheklovlarni yuzaga keltiradi. Bu cheklovlarni bartaraf etish uchun qisman yoki to’la kompetsatsiyalangan zarrachalar oqimi yoki to’la kompensatsiyalangan zarrachalar oqimi - plazmadan foydalanish mumkin.
Plazma yoki plazma oqimining moddalarga ta’sirini asosiy hususiyatlaridan biri bir vaqtda turli ishorali va turli xil massali zaryadli zarrachalar neytral zarrachalar va elektron zaryadiga karrrali bo’lgan musbat ionlarning ta’sirlari hisoblanadi. Qaralayotgan ta’sirni (plazma oqimini moddalarga ta’siri) yana bir hususiyati (kichik energiyali zarrachalar oqimini boshqarishning qiyinchiligi) hozirgi kunda qo’llanilayotgan bir hil ishorali zarrachalar oqimini boshqarishga qaraganda qator qiyinchiliklar tug’diradi.ya’ni bir xil ishorali zarrachalar oqimini yo’nalishini boshqarish uchun elektr hamda magnit maydonlaridan foydalaniladi. Bir xil ishorali zarrachalarga ta’sir qiluvchi Lorens kuchi yo’nalishi bir xilda bo’ladi. Plazma oqimiga ta’sir qiluvchi Lorens kuchining yo’nalishi zarrachalarning ishorasiga qarab turlicha bo’ladi. Bu esa plazma oqimini boshqarishda qator muammolarni keltirib chiqaradi.
Plazma oqimining moddalarga ta’siri turli jarayonlar ta’sirida kompleks harakterga ega. Plazma oqimining moddalarga ta’siri bir vaqtning o’zida turli ishorali va massali, turli xil zaryad va enargiyali zarrachalar ta’siri murakkab jarayon hisoblanadi.
Plazma oqimining qattiq jismlarga ta’siri qator hodisalar bilan kuzatiladi. Bular quyidagilardan iborat:
Plazma oqimi ta’sirida qattiq jismning qizishi;
Plazma oqimi ta’sirida qattiq jismning yuqori qatlamini olib tashlanishi;
Qattiq jism sirtini plazma moddasi bilan qoplanishi;
Qattiq jism sirdida ximik o’zgarishlarni vujudga kelishi.
Bulardan tashqari ma’lum bir sharoitlarda qattiq jism sirtida plazma ionlarini joylashishi kuzatiladi.
Yuqorida sanab o’tilgan jarayonlarning qanchalik effektiv ro’y berishi plazma yoki plazma oqimining harakteristikalari bilan belgilanadi.
Plazmaning issiqlik ta’siri.
Plazma yordamida materialni qizdirish turli tehnologik jarayonlarda jumladan:
Sirtni tozalashda.
Materialni qirqishda.
Svarkada.
Sirtni qoplashda.
Keng qo’llaniladi. Bu va boshqa tehnologik jarayonlarda birinchi navbatda joyini qizdirish muammosi turadi.
Oqim quvvatining zichligi plazmali qurilmalar tehnologiyasida materiallarga ishlov berishda 10
5-10
6 Wt/sm
2 plazma yoyida, strunasida 10
7 Wt/sm
2 qizdirilayotgan yoki ishlov berilayotgan material sirtining yuzasi 10-10
2 sm
2 gacha bo’ladi.
A rasmda yoyli plazmatronlar uchun namunaning oqim radiusi bo’yicha (Gauss taqsimotiga boysunuvchi quvvat zichligi taqsimoti bo’yicha namunani qizdirish sxemasi tasvirlangan.) Tashqi quvvat zichligi q bo’lgan energetic oqim bilan silindrik simmetriya shartida keng tarqalgan medodlardan biri, yarim cheksiz qismini qizdirish. Bunda yupqa plyonkani ma’lum bir qalinlikkkacha qizdirish ko’rib chiqilmaydi. Agar materialning teplo-fizik hususiyatlari temperaturaga bog’liq bo’lmasa, temperature maydoni T (Z, R, r, t) ko’rinishda bo’ladi.
a- Materialning issiqlik o’tkazuvchanlik koeffissenti.
P - namunadagi isssiqlik manbaining hajmiy quvvati.
T - namunaning boshlang’ich temperaturasi.
tenglamaning yechimi P(z,r,t) funksiyani aniqlaydi.
Materialni plazma yordamida qizdirishning asosiy hususiyatlaridan biri plazma zarrachasini kirib borgan qatlamda oqim energiyasining ajralishi hisoblanadi. Ko’p hollarda bu qatlam qizdirilayotgan sirt diametridan kichik bo’ladi.
Plazma oqimi ta’siri r
0>>V^r sharti bajarilganda(
^ax -
т vaqtda namunaga kirish chuqurligi.
Bu holda 1.18 tenglama quyidagicha yoziladi.
tenglamani Laplas almashtirishlari yordamida yechib
T (0, t ) sirt temperaturasini vaqt bo’yicha o’zgarishi ehtimollik funksiyasi integralidan olingan integral a ierfc
ierfc funksiyaning maksimum qiymati z=0 da 1/V^ ga teng bo’lib, t vaqt momentida yuqori harorat namuna sirtida kuzatiladi. 1.21 tenglamada T (0, t ) t - erish berilgan plazma oqimining intensivligi q ga teng bo’lganda namuna sirtidagi temperatura erish temperaturasiga tenglashish vaqtini toppish mumkin. (1.23)
Ayrim cheklovlarni hisobga olganda plazma oqimining namunaga ta’siri
Po’latdan yasalgan na’muna uchun ( aa « 0,1 —,
w = 0,5—
~sm,Terish =
1400
С) Q
max =10
3 Wt/sm
2 plazma oqimida namunaviy erish vaqti 1.23 tenglamaga asosan 4 s ni tashkil etadi. 1.24 tenglamaga asosan bunday uzoq ta’sir mobaynida qizdirilayotgan dog’ning radiusi r0> 6 sm bo’ladi.
Plazma va plazma oqimi yordamida moddalarni kesish.
Namunaga ta’sir qiluvchi plazma oqimining ionlanish darajasi kuchli bo’lsa materialni yuqori qatlamini ionli qirqish hodisasi kuzatiladi.
Bizga ma’lumki ionli qirqish jarayoni ionli qirqish ionli qirqish koeffissenti bilan harakterlanadi.
Ionli qirqish koeffissenti qirqilgan qirqilganlar sonini borbardion qilayotgan ionlar soniga nisbatiga aytiladi.
Qirqish tezligi esa, undan olingan hosila bilan harakterlanadi. Qirqilgan zarrachalar ko’p elementli bo’lganda ayrim qirqilayotgan zarrachalar koeffissenti yoki qirqilgan molekulalar sonini ionlar soniga nisbati bilan harakterlanadi. Agar namunadagi molekulalar ko’p atomli bo’lsa qirqish tezligi bombardimon qiluvchi ionlar oqimining intensivligida birlik vaqt ichida qirqilgan qatlam bilan harakterlanadi.
Qirqish tezligi va koefffissenti quyidagicha bog’langan.
ji- tokning zichligi.
M2- materialning atom massasi e-elektron zaryadi.
NA- Avagadro soni.
Ionli qirqish jarayonining samaradorligi quyidagi faktorlar bilan harakterlanadi.
Ionli qirqish koeffissentini bombardirovka qiluvchi ionlar harakteristikasi (materialga kiradigan ionlar) tartib raqami, massasi, zichligi materialni tashkil qiluvchi atomlarning bog’lanish energiyasi material sirtining kristallanishi va holatiga bog’liqligi.
Ionli qirqish koeffissentini namuna materialining harakteristikasi, tartib raqami massasi, zichligi, bog’lanish energiyasi, kristallanish darajasi va namuna sirtiga bog’liqligi.
Ionli tokning zichligi.
Muhitning ta’siri. Ishchi va qoldiq gazning tarkibi, bosimi va turli nurlanishlarga ta’siri bilan harakterlanadi.
Materialni plazma oqimi bilan qirqish qator afzalliklarga ega.
Birinchidan: plazmali qirqish bosim qiymati p>10
-1 paskal
Nisbatan yuqori bosimda amalga oshiriladi. Bunda to’la ionli qirqish jarayoni yuz beradi va qirqilayotgan zarrachani atom va molekulalar bilan ko’p sonly to’qnashishlari yuz beradi, kesuvchi zarralarning erkin yugurish yo’li X bo’lib, n gaz atomlari zichligi kesuvchi zarrachalar va gaz molekulalarini ta’sir yuzasi
P=0,1-10 Pa (n - p) X=5 sm
Bosimni P=1 paskal qiymatida ayrim tehnologik jarayonlarda kesilgan atomlarni 90
% namunani sirtiga chiqib qoladi bu esa ularni olib tashlash uchun qayta qirqishni talab qiladi. Bu kesish tezligini kamaytiradi. 1-3 rasmda 1-oltin, 2-platina,
nikel, 4-titanni kesish jarayonida kesish tezligini qo’shilgan havo miqdoriga bog’liqligi berilgan. Havo miqdori kamayishi bilan kesish tezligi ortib boradi.
Ikkinchidan: Plazmadagi zarralar zichligi ishchi gaz zichligidan, yuqori bo’lganda kesilayotgan atomlarni plazma zarrachasi bilan ko’p sonly to’qnashishi kuzatiladi. Bu esa bombardimon qiluvchi zarrachalar oqimini kamayishiga va qirqishga teskari jarayonni tezlashishiga olib keladi.
Har ikkala holdagi teskari jarayon quyidagilarga olib keladi.
Kesilgan zarrachalarni sirt bo’ylab ko’chishi.
Butun sirt bo’ylab qirqilgan material atomlari va qirquvchi oqim elimatlari yig’ilishi.
Birinchi jarayon namuna sirtini bir jinsliligini va strukturasini buzilishiga olib keladi
Ikkinchi jarayonni o’tishi va natija o’zaro ta’sirlashuvchi zarrachalarga bog’liq bo’ladi.
Materialni uglerod atomlari bilan qirqishda metal sirtida metal karbidlari yoki uglerodli qattiq birikmalar hosil bo’ladi. Bu esa qirqish koeffissentini kamayishiga olib keladi.
Ishchi gazning yuqori bosimda qirqish jarayonida ko’plab atomlarning chiqarilishiga va qirqish koeffissentining kamayishiga olib keladi.
Muhitda kislorodning qatnashishi yengil akslanuvchi moddalarda qirqish koeffissentini kamaytiradi.
Zaharlanish ko’rsatkichi kislorod molekulalarini tezligi ajralgan material atomlari tezligi bilan harakterlanadi.
P- kislorod bosimi. j-ion tokining zichligi.
Materialga plazma-kimyoviy ishlov berish.
Materialga plazma kimyoviy ishlov berish asosida plazma elementlari va namuna sirtidagi atomlar orasida yuz beradigan kimyoviy reaksiyalar yotadi. Bu jarayonni amalga oshirish uchun quyidagi shartlar bajarilishi kerak.
Plazma tarkibida kimyoviy aktiv modda elementlari bo’lishi.
Namuna sirtida aktiv nuqtalar bo’lishi.
Kimyoviy reaksiya jarayonida yengil uchuvchi moddalarni hosil bo’lishi va namuna sirtidan ajralishi.
Plazma tarkibida yuqori aktiv zarrachalarni bo’lishi yuqori energiya isrofini, yuqori temperaturani va yuqori ionlanish darajasini talab qilmaydi. Bunday moddalar plazma tarkibidagi gaz atomlari va molekulalari bo’lishi mumkin.
Molekula tarkibida atomlar ajratish uchun kerak bo’lgan energiya bog’lanish energiyasi deyiladi.
Vodorod uchun 4,5 eV
Kislorod 3,2 eV
Xlor 2,5 eV
Ftor 1,6 eV
Bog’lanish energiyasi ionizatsiya jarayonida o’zgarishi mumkin. ( vodorod 2,7 eV, kislorod 6,7 eV). Kimyoviy reaksiya tezligi zarrachalar hosil bo’lish tezligidan yuqori bo’ladi.