Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала необходимой длины



Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала необходимой длины
Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала необходимой длины
Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала необходимой длины
H05H1/52 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2643530:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах. Технический результат - обеспечение возможности формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на поверхности металла необходимой длины. Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на металлической поверхности катодной пластины в импульсном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки необходимой длины, включает подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки с формированием тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, на металлической поверхности катодной пластины, размещение на поверхности катодной пластины диэлектрической преграды на пути кумулятивной струи и перемещение диэлектрической преграды вдоль этой струи до получения необходимой длины тепловой кумулятивной струи и длины образованного ею канала проплавленного металла. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Группа изобретений относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах. Заявляемое изобретение может найти применение при формировании направленной тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на металлической поверхности катода в дуговом импульсном разряде при взрыве размещаемой между электродами проволочки. Изобретения могут найти применение в технике и научных исследованиях, в новых технологиях микроэлектроники, в сварке при регулировке длины сварных швов и длины проводящих каналов на поверхности металлов.

Уровень техники

Из уровня техники не известен способ регулировки длины тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и длины образованного ею канала на металлической поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения канала, образованного тепловой кумулятивной струей расплавленного металла, на металлической поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве металлической проволочки между электродами [Патент RU 2537383, опубликован 10.01.2015. Бюл. №1]. В соответствии с изобретением между катодом и анодом с фиксированным расстоянием между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние межэлектродного промежутка выбирается таким, при котором разряд самопроизвольно без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом проволочка располагается в отверстии внутри металлической катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток на катоде образуется канал, исходящий из точки касания катодной поверхности в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.

В данном источнике информации также раскрыто устройство для получения канала, образованного тепловой кумулятивной струей расплавленного металла, на металлической поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве металлической проволочки между электродами.

Однако известные способ и устройство не позволяют изменять длину тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и длину образованного ею канала на поверхности катода в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами.

Раскрытие изобретения

Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа, позволяющего формировать тепловую кумулятивную струю необходимой длины и управлять длиной образуемого ей канала на поверхности металлического катода в импульсном дуговом разряде при взрыве проволочки между электродами посредством размещения на поверхности катода на пути тепловой струи диэлектрической преграды (барьера), выполненной с возможностью перемещения по поверхности катодной пластины.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на поверхности металла необходимой длины.

Поставленная задача решается тем, что способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на металлической поверхности катодной пластины в импульсном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки необходимой длины, согласно техническому решению, включает подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки с формированием тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, на металлической поверхности катодной пластины, размещение на поверхности катодной пластины диэлектрической преграды на пути кумулятивной струи и перемещение диэлектрической преграды вдоль этой струи до получения необходимой длины тепловой кумулятивной струи и длины образованного ею канала проплавленного металла. В качестве устройства для реализации заявляемого способа предлагается использовать диэлектрическую преграду (барьер), размещаемую на поверхности катодной пластины на заданном расстоянии от начала формирования кумулятивной струи в поперечном направлении относительно траектории ее перемещения. Диэлектрическая преграда представляет собой ленту или пластину из диэлектрического материала. В качестве диэлектрического материала может быть использован полимер высокой плотности (HDPE) или текстолит, или стекло. Устройство выполнено также с возможностью перемещения по поверхности катодной пластины вдоль кумулятивной струи и может дополнительно содержать фиксаторы, обеспечивающие ограничение траектории ее перемещения по поверхности катодной пластины.

При реализации заявляемого способа электроды размещают на расстоянии друг от друга, исключающем самопроизвольное зажигание разряда без проволочки, а диэлектрическая преграда, заряжающаяся отрицательно электронами из струи расплавленного металла, препятствует перемещению самой струи, ограничивает ее протяженность и позволяет тем самым формировать необходимую длину кумулятивной струи, плавящей металл, и управлять длиной образованного ею канала при перемещении преграды вдоль поверхности катода. При этом диэлектрическая преграда плотно прилегает к поверхности катода (в качестве катода используют катодную пластину) (зазор между поверхностями катодной пластины и диэлектрической преграды не превышает 0,1 мм). Эффект от диэлектрической преграды не зависит от формы поверхности катода (плоскость, цилиндр, шар).

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг. 1 представлена схема реализации заявляемого способа;

а на фиг. 2 представлены фотографии каналов, образованных тепловыми кумулятивными потоками, плавящими металл, на катодной пластине. Позициями на чертежах обозначены:

1 - проволочка,

2 - катод (катодная пластина),

3 - анод,

4 - отверстие в катоде для размещения проволочки,

5 - каналы на катоде, образованные тепловой кумулятивной струей, плавящей металл,

6 - переменное сопротивление,

7 - блок подачи напряжения на электроды,

8 - диэлектрическая преграда,

9 - канал расплавленного металла при ограничении его длины диэлектрической преградой.

Осуществление изобретения

Процесс возникновения кумулятивной струи не является предметом настоящего изобретения, тем не менее для лучшего понимания сущности заявляемого технического решения ниже приведены подробности получения кумулятивной струи в общем случае. Между анодом и катодом при фиксированном расстоянии между ними размещают тонкую металлическую проволочку из различных металлов (например: Cu, W, Ni), которая находится в контакте с упомянутыми электродами. При этом один из концов проволочки может быть размещен, например, в специально выполненном для него отверстии внутри катодной пластины. Подают напряжение на электроды. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку. В результате происходит пробой разрядного промежутка в парах металла, из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде возникает тепловая кумулятивная струя расплавленного металла, в результате чего образуется канал. При этом расстояние между электродами выбирают таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создают условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. Для реализации заявляемого способа на поверхности катодной пластины размещают с плотным прилеганием и возможностью перемещения по катодной пластине диэлектрическую преграду. Расположенная на поверхности катодной пластины на пути струи расплавленного металла диэлектрическая преграда заряжается отрицательно электронами из струи. Возникает электрическая сила, которая препятствует продвижению электронов, перемещению самой тепловой струи и ограничивает ее протяженность. Перемещение диэлектрической преграды вдоль струи позволяет регулировать ее длину и длину образованного ею канала на металлической поверхности катода, иначе говоря, формировать необходимую длину струи. Фиксаторы, которыми может быть снабжено устройство, предназначены для ограничения диапазона перемещения диэлектрической преграды и задания общего направления перемещения.

Физические процессы, лежащие в основе заявляемого способа, заключаются в следующем. При взрыве проволочки в малой области вокруг точки касания катода и проволочки происходит локальный нагрев металла и выход горячих электронов из нагретой области. Поскольку на анод уходят не все электроны, у поверхности катода возникает отрицательный объемный заряд и электрическое поле пространственного заряда с минимумом потенциала около точки касания проволочки и катода. В результате над поверхностью металла образуется направленный поток электронов, движущийся в электрическом поле пространственного заряда и плавящий металл на своем пути. Электропроводность вдоль канала становится больше, чем средняя электропроводность металла катода. Это является следствием того, что при плавлении поверхностного слоя металла вдоль канала происходит его очистка, испарение легкоплавких примесей, уплотнение проплавленного металла и исчезновение раковин (См. Н.Д. Григорьев. Электричество. №5, с. 58. 2014). Поэтому при многократных повторных пробоях тепловая кумулятивная струя всегда следует по каналу, возникшему при первом пробое. Движение заряженных частиц вдоль канала происходит из-за возникновения объемного пространственного заряда электронов и действующей при этом электрической силы. При помещении на поверхности катода на пути движения тепловой струи, плавящей металл, диэлектрической преграды она заряжается отрицательно электронами из струи. Возникающие электрические силы препятствуют продвижению электронов и перемещению самой струи. Это ограничивает протяженность струи. Передвижение диэлектрической преграды вдоль поверхности катода позволяет менять протяженность тепловой кумулятивной струи и длину образованного ею канала на металлической поверхности катода. Тем самым становится возможным регулировать длину тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и длину образованного ею канала при перемещении диэлектрической пластинки по поверхности металлического катода.

Данный способ дает возможность управлять длиной кумулятивной струи, плавящей металл, и длиной образованного ею канала на металлической поверхности катода при перемещении диэлектрического материала, помещенного на пути струи, вдоль поверхности катодной пластины.

Схема осуществления способа показана на фиг. 1.

При выполнении опытов по реализации заявляемого изобретения использовались различные значения толщины проволочки, расстояния между электродами, длительности разряда и т.д., а также различный качественный состав проволочки.

Проволочка 1 натянута между катодом 2 и анодом 3 и контактирует с ними. При этом один конец проволочки контактирует с катодной поверхностью внутри отверстия 4 в катоде. Расстояние между электродами изменялось и составило 0,5-2 см. Для подачи напряжения на электроды используют блок подачи напряжения на электроды 7, например, выпрямительный агрегат «Дельфин» с выпрямленным напряжением 220 В. Разрядный ток в максимуме меняется в области 20-100 А с помощью переменного сопротивления 6. Длительность разряда около 0,1 секунды. В качестве катода применялись различные металлы (Cu, Ni, Fe, Ti, латунь, нержавеющая сталь и другие). Использовались проволочки разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe, нихром, ковар и другие). Диаметр проволочек менялся в интервале 0,02-0,1 мм, их длина определялась расстоянием между электродами. Диэлектрическая преграда 8 использовалась в виде полосок высотой в интервале: 0,2-0,5 мм и шириной: 1,5-3 мм. При этом кумулятивная струя электронов распространяется вдоль поверхности катода из области объемного пространственного заряда в сторону возрастания электрического потенциала. Диэлектрическая преграда, размещенная на поверхности катодной пластины и контактирующая с ней (с поверхностью), заряжается отрицательно и препятствует продвижению кумулятивной струи электронов, тем самым ограничивая ее длину.

При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде под действием избыточных электронов пространственного разряда с катода и ионов из плазмы образуется канал 5. Канал 5 исходит из области контакта катода и проволочки - отверстия в катоде 4, и направлен от места контакта (область пониженного потенциала, созданная избыточным объемным пространственным зарядом электронов с катода) в сторону более положительного потенциала.

Размещенная на поверхности катодной пластины на пути тепловой кумулятивной струи диэлектрическая преграда заряжается электронами струи. Возникающая при этом электрическая сила препятствует распространению струи по поверхности катода. При этом сокращение длины канала сопровождается увеличением выделяющегося на единицу длины канала тепла.

Пример

При осуществлении несамостоятельного (импульсного) разряда с расстоянием между электродами 15 мм использовалась медная проволочка диаметром 0,06 мм. В качестве катода использовали пластины из трансформаторного железа длиной 50 мм. Максимальный разрядный ток в импульсе составил 100 А. Без диэлектрической преграды длина кумулятивной струи и длина канала расплавленного ею металла составляет 31 мм, а при помещении на пути струи диэлектрической преграды их длина составляет 16 мм.

Таким образом, в предложенном способе впервые решена проблема регулировки длины тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и формирования необходимой длины образуемого ею канала.

1. Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на поверхности катодной пластины в импульсном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки необходимой длины, характеризующийся тем, что он включает подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки с формированием тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, на поверхности катодной пластины, размещение на поверхности катодной пластины диэлектрической преграды на пути кумулятивной струи и перемещение диэлектрической преграды вдоль этой струи по поверхности катодной пластины до получения необходимой длины тепловой кумулятивной струи и длины образованного ею канала проплавленного металла.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, характеризующееся тем, что диэлектрическая преграда выполнена с возможностью перемещения по поверхности катодной пластины вдоль кумулятивной струи и представляет собой ленту или пластину из диэлектрического материала, плотно присоединенную к поверхности катодной пластины.

3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что в качестве диэлектрического материала используют полимер высокой плотности (HDPE) или текстолит, или стекло.

4. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что диэлектрическая преграда снабжена фиксаторами, обеспечивающими ограничение траектории ее перемещения по поверхности катодной пластины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменному экспандеру изменяемого объема и к устройствам для формирования плазмы для получения электронных или ионных пучков. Плазменный экспандер изменяемого объема имеет цилиндрическую форму, изготовлен из проводящих материалов, плазма попадает в него через отверстие в аноде, с другой стороны происходит частичное ограничение плазмы.

Изобретение относится к физике высоких плотностей энергии и термоядерного синтеза и может использоваться при получении мощных потоков мягкого рентгеновского излучения.

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение срока службы трубчатого самонакаливаемого полого катода в аксиально-симметричном магнитном поле.

Изобретение относится к способам исследования локальных параметров плазмы в газоразрядных источниках плазмы. В заявленном способе локальной диагностики максвелловской плазмы с помощью одиночного цилиндрического зонда Ленгмюра предусмотрено введение в газоразрядное пространство тонкого зондодержателя с зондом на конце в виде отрезка металлической нити, подключенной через источник зондового напряжения к металлическому корпусу газоразрядного устройства или дополнительному опорному электроду.

Изобретение относится к области генерирования плазмы. Устройство содержит по меньшей мере два коаксиальных волновода (4), каждый из которых сформирован из центрального проводника (1) и внешнего проводника (2) для направления сверхвысокочастотных волн в камеру обработки.

Изобретение относится к способу и системе для нанесения покрытий на подложку. В системе узел нанесения покрытия расположен внутри вакуумной камеры.

Изобретение относится к области плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.

Изобретение относится к наукоемкой технологии и может быть применено для плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для плазменной обработки термочувствительных поверхностей, стерилизации, а также для дезинфекции раневых поверхностей и стимулирования процессов их заживления.

Изобретение относится к плазменной и медицинской технике и может быть использовано для активации иммунного ответа и процессов заживления, уменьшения микробного обсеменения инфицированных ран и язв, их обеззараживания неравновесной аргоновой плазмой атмосферного давления без инициации новых полирезистентных штаммов, для лечения бактериальных, грибковых и вирусных воспалений кожи.

Изобретение относится к детекторному устройству, а именно к детекторам для спектрометров, которые могут быть использованы для обнаружения таких веществ как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервнопаралитического действия и т.п.

Изобретение относится к детекторному устройству, а именно к детекторам для спектрометров, которые могут быть использованы для обнаружения таких веществ как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервнопаралитического действия и т.п.

Изобретение может быть использовано для обнаружения таких веществ, как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервно-паралитического действия и т.п.

Использование: для измерения степени сшивки полиэтилена (ПЭ) низкой (ПЭНП) и высокой плотности (ПЭВП). Сущность изобретения заключается в том, что измеряют разность для амплитуды максимумов ΔI спектров токов термостимулированной деполяризации (ТСД) короноэлектретов ПЭНП и ПЭВП толщиной h>250 мкм до и после сшивки с помощью устройства, в котором при измерении спектров токов термостимулированной деполяризации образцы полиэтилена помещают между заземленным электродом и блокированным измерительным электродом с блокирующей изоляцией в виде неполярного слоя двуокиси кремния, полученного в результате отжига при 700-1000°C пластинок слюды мусковит толщиной 10 мкм, при этом измерение спектров токов термостимулированной деполяризации сшитых и несшитых полиэтиленов низкой и высокой плотности осуществляют при скорости линейного нагрева β=10 град/мин, а степень сшивки полиэтилена определяют с помощью следующего математического выражения:Ксш = ΔI / Imax нсш,где Ксш - коэффициент степени сшивки;ΔI - уменьшение тока в максимуме спектров токов термостимулированной деполяризации после сшивки, А.

Изобретение относится к способу химического анализа, в котором ионизируют газовый поток, подводят ионизированный газовый поток (24) в область (28) фильтрации, установленную в проточном канале (18), фильтруют ионизированный газовый поток, используя способ DMS/FAIMS, чтобы удалять по меньшей мере некоторые из ионов (25, 105) из газового потока.

Изобретение относится к вакуумной технике, масс-спектрометрической технике и может быть использовано в области исследования газовой проницаемости материалов и задач, сопряженных с точным измерением газовых потоков.

Изобретение относится к устройству для обнаружения твердых веществ, в частности взрывчатых веществ или наркотиков. Устройство содержит несущий диск (20), на котором осесимметрично расположено несколько сеток.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач скоростного циклического разделения и регистрации ионов в газе, например ионов взрывчатых или наркотических веществ в воздухе, а также как основа для газохроматографического детектирования.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами.

Использование: для обнаружения малых концентраций функциональных углеводородов в газовой фазе. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство для селективного обнаружения малых концентраций функциональных углеводородов в газовой фазе содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью нагрева резистивный датчик, имеющий резистивный сенсорный слой, и по меньшей мере один выполненный с возможностью нагрева датчик поверхностной ионизации, включающий в себя сенсорную поверхность и расположенный на расстоянии от нее противоположный электрод, между которыми существует электрическое поле, причем сенсорный слой резистивного датчика идентичен сенсорной поверхности датчика поверхностной ионизации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах. Технический результат - обеспечение возможности формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на поверхности металла необходимой длины. Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на металлической поверхности катодной пластины в импульсном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки необходимой длины, включает подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки с формированием тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, на металлической поверхности катодной пластины, размещение на поверхности катодной пластины диэлектрической преграды на пути кумулятивной струи и перемещение диэлектрической преграды вдоль этой струи до получения необходимой длины тепловой кумулятивной струи и длины образованного ею канала проплавленного металла. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх