Плазмалық технологиялар (қосымшалар, артықшылықтар, кемшіліктер)

1. Лекция №3 Плазмалық технологиялар (қосымшалар, артықшылықтар, кемшіліктер)

2.

Негізгі ұғымдар
[plasma technology] — плазмалық химия немесе плазмалық металлургия әдістерін
қолдана отырып, плазмалық химия немесе плазмалық металлургия әдістерін қолдана
отырып, материалдарды өндіру және өңдеу технологиялық үдерістер мен құрылғылардың
комбинациясы, мысалы, плазма ағындары мен газ тәрізді және конденсацияланатын
заттардың доғасы, рудалар мен концентраттарды ашу, химия өнеркәсібінде қалдықтарды
кәдеге жарату, қара және түсті металлургия.
Плазмадағы бастапқы өнімдерді қыздыру немесе оларды плазмалық күйге көшіру
арқылы материалдарды алу және өңдеу әдістерінің үйлесімі.Плазмалық технологияда
сондай-ақ жоғары дисперсті металл ұнтақтарын өндіруді қоса алғанда плазмалық
өңдеудің және плазмалық ұнтақты металлургиялық процестердің көптеген түрлері бар,
қорытпалар, қосылыстар.
Плазма химиялық технологиясының перспективасы материалдың қасиеттерін майлау,
полимерлеу, жабу арқылы жақсарту. Бұл процестер радиоэлектроникада, машина
жасауда, аспаптық және басқа салаларда кеңінен қолданылады.
Плазма қолдану технологиялық мақсаттар үшін жоғары температуралардың (4000 ... 16
000 ° C) қолданылуы негізделген, ол иондалған газ (плазма) дайындаманың бетіне
тигенде пайда болады.

3.

Плазмадағы зарядталған бөлшектер бөліктің бетіне бомбаланған, нәтижесінде бетінің
химиялық және кристалдық құрылымы және оның қасиеттері (қаттылығы, химиялық
және жылу тұрақтылығы және т.б.) өзгеруі мүмкін. Мысалы, машина жасау өнеркәсібінде,
азот плазма құратын газ ретінде пайдаланылатын кезде бөліктердің беткі қабатын
азотсыздандыру процесі кеңінен қолданылады. Бөліктің беткі қабаты азот ионымен
кездеседі, беті азотпен қаныққан, темір нитритін қалыптастырады. Нәтижесінде бөліктің
бетінде қатты қаттылық пен коррозияға төзімді қабат пайда болады.
Нитрилирлеу негізгі, үйкеліс бөліктерінде (біліктер, шыбықтар және т.б.), олардың
жұмысын бірнеше рет ұзартуға мүмкіндік береді. Ең ірі нитридті қондырғылар (АҚШ,
Франция) біліктерді диаметрі 2 м-ге дейін және ұзындығы 12 м-ге дейін басқара
алады.Бұл өсімдіктердің қуаты P = 0,1-10 торрдағы қысыммен және кернеуі U = 500-1500
В аралығында болады. 10 минуттан 20 сағатқа дейін, ал азот қабатының қалыңдығы 30
мкм-ден 0,7 мм-ге дейін өзгереді.

4.

Плазма үшін қолданылады
• кесу,
• дәнекерлеу,
• балқу,
• жабу,
• булану,
• бөлікті тазалау және жылыту (өңдеу кезінде).
Плазманың ағыны газдың концентрацияланған электр доғаның көмегімен жылжитын
плазмотрондардың екі түрінің көмегімен алынады.
Біріншіден, тікелей әсер ететін плазмалық алауда электрод пен өнім арасында
электр доғасы пайда болады, ал плазмалық ағын доғалардың бағанымен (плазма
доғаны қалыптасады) сәйкес келеді. Жанама әсердің екінші плазмотронында
электрод пен саңылаулар арасында доғасы пайда болады, ал доға бағанынан өтетін
газ плазмалық ағын түрінде шығады.
Плазма шамдарының электродтары отқа төзімді материалдардан - вольфрам
немесе графиттан жасалған. Плазма құрайтын заттар, ауа, азот, аргон, сутегі, оттегі,
су, аммиак және т.б. қолданылады

5.

Плазма жабындысы (қопсыту және төсеу) Кез-келген отқа төзімді материалдарды
жабуға арналған. Ол жоғары жылдамдықпен және біртектілікте сипатталады. материал
жабу (балқитын металдар тотықтары, карбидтер, алюминидтер, бориды, және т.б.),
ұнтақ түрінде енгізуге ол балқытылған болып табылатын плазма ағысының ішіне сым
немесе лента, шашатын және өнімнің бетіне қолданылады. Плазма дәнекерлеу отқа
бөлшектердің (күшейтілген жабу) және үйкеліс коэффициенті төмен бар жабыны бар
қызықты, жоғары тозуға төзімділігі коррозияға төзімділігі жабу алуға болады.
Плазма жабыны жоғары температураларда, коррозиялық орталарда жұмыс істейтін
немесе қарқынды механикалық кернеуленетін бөлшектерді қорғау үшін қолданылады.
Плазмалық беттерді қоюдың маңызды бағыты бөлшектердің тозған беттерін қалпына
келтіру (мысалы, баспа және қағаз өндірісі роликтері, машиналардың тежегіш дискілері,
турбиналық пышақтар және т.б.) болып табылады.
Плазмалық- механикалық өңдеу плазмалық доғаның жылу жұмсартылуына арналған
операциялардың жиынтығы және кейіннен кескіш құралмен металл қабатының бетінен
шығару. Плазма-механикалық өңдеу, ыстыққа төзімді және коррозияға төзімді болаттар,
титан қорытпалары сияқты өңделмеген материалдарды өңдеуге қарағанда 4-тен 7 есе
жылдамырақ өңдеуге мүмкіндік береді.

6.

Плазма доғасы коррозияға төзімді және хром-никельді болаттарды, мыс, алюминий және
басқа қорытпаларды кеседі. Плазма кесудің жоғары өнімділігі оны үздіксіз өндірістік
процестерде пайдалануға мүмкіндік береді. Плазма кесу құбырлар мен кеме жасау
өнеркәсібінде кеңінен қолданылады.
Плазмалық дәнекерлеу материалға терең ену үшін плазмалық доғаның қасиетін
пайдаланады. Ол қалың металды (10 ... 15 мм) бұрыштарды арнайы кесусіз дәнекерлеуге
болады. Плазма доғасымен дәнекерлеу доғалық жанудың тұрақтылығына байланысты
жоғары өнімділік пен сапамен сипатталады. Плазамен дәнекерлеу басқа әдістермен
дәнекерленбейтін жоғары өткізгіш материалдарды (түсті металдар мен қорытпаларды)
дәнекерлеу үшін қажет.
Ұнтақ металлургиядағы плазмалық технологиялар. Арнайы ұнтақ алу үшін материал
плазмалық ағынға енгізіледі, оның бөлшектерін балқу, ұнтақты металлургияда қажетті
сфералық пішінге ие болады. Бөлшек өлшемі бірнеше микрометрден 1 мм-ге дейін реттелуі
мүмкін. Бөлшектердің мөлшері 10 нм болатын кішігірім (ультрадисперслі) нанобөлшектер
плазмадағы бастапқы материалды буланып, содан кейін конденсациялау арқылы алынады.

7.

Плазмамен шығарылған барлық қабықшалар мен жабындарды сипаттау мүмкін емес.
Олардың екеуі - титан нитраты мен тефлонмен қапталған. Титан нитриді (TiN) - өте
қатты, термо және химиялық төзімді зат болып табылады және әртүрлі құралдардың
(соның ішінде бұрғылар, кескіштер, бұрғылар және т.б.) кесетін элементтерін, сондай-ақ
химиялық агрессиялы ортада жұмыс істейтін түрлі беттерді жабу үшін кеңінен
қолданылады (стоматологиядағы жасанды тістерді қоса алғанда). Әдемі алтын түсімен
TiN үй-жайларды безендіруге арналған («алтын» тақтайшалар).
Түрлі техникалық құрылғыларда біріктірілген ұшақтар бойымен оңай сырғитын резеңке
бұйымдар (манжалар, бездер және т.б.) кеңінен қолданылады. Резеңкеде бұл қасиет
болмайды, сондықтан мұндай өнімдерді үйкеліс коэффициенті төмен - Тефлонмен
қаптау өнімнің тозуға төзімділігіне елеулі артуға әкеледі, әсіресе, Тефлон оларды
агрессивті медианың әсерінен қорғайды.

8.

Плазма
қатты
материалмен
ғана
емес,
түрлі
сұйықтықтармен
де
айналысады. Бұл жағдайда қатты денелерден айырмашылығы сұйықтықта бұқаралық
ағымдардың айтарлықтай массасы (диффузия, конвекция) болуы мүмкін, нәтижесінде
плазмамен өзара әрекеттесу кезінде туындайтын сұйықтықтың беткі қабатындағы
физико-химиялық өзгерістер оның көлемі бойынша таралуы мүмкін. Осылайша,
араластыру процестеріне байланысты сұйықтық көлемін өңдеу оның бетін өңдеу
арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.
Осындай процестің үлгісі ретінде тазарту және дезинфекциялау үшін суды плазмалық
өңдеуге назар аударуға болады. Суды плазмалық өңдеу арқылы дезинфекциялау
хлорлау процесіне балама ретінде қызмет етуі мүмкін, өйткені суды хлорлау
канцерогенді қасиеттері бар хлор-органикалық қосылыстар шығарады.