Исследование поведения веществ при интенсивных электрофизических воздействиях

Основные результаты исследований представлены в виде трех разделов отчета. ---В 1 разделе отчета объектом исследования являются покрытия TiSiCN, наносимые на металлические подложки методом реактивного испарения титана и плазмохимического разложения паров гексаметилдисилазана ([(CH3)3Si]2NH) в дуговом разряде с самонакаливаемым полым катодом. Цель работы – разработка и исследование высокоэффективного метода осаждения и оптимизация условий получения покрытий на основе TiSiCN. На основе результатов исследований в целях получения четырехкомпонентных покрытий был разработан новый подход, основанный на нанесении покрытий методом анодного испарения титана и плазмохимического разложения кремнийорганического прекурсора в дуговом разряде с самонакаливаемым полым катодом. Показана возможность в широких пределах менять как состав парогазовой смеси, в частности, соотношение потоков паров металла и кремнийорганического прекурсора, без нарушения стабильности функционирования разрядной системы, так и плотность ионного тока, что позволяет независимо варьировать скорость осаждения покрытий, степень ионного воздействия, содержание и степень активации различных компонентов парогазовой среды и, соответственно, свойства получаемых пленок. Основные конструкционные и технико-эксплуатационные показатели: получены нанокомпозитные TiSiCN-покрытия с плотной однородной структурой на основе аморфной SiCN матрицы с встроенными кристаллами TiC, TiN либо TiCN размером 3-10 нм, с твердостью до 43 ГПа с отношением H/E до 0,16 при скорости осаждения до 10 мкм/ч толщиной до 15 мкм с хорошей адгезией к металлической основе. Показано, что для получения качественных покрытий необходимо обеспечить баланс условий осаждения, при которых, с одной стороны, достигается высокая плотность ионного тока, обеспечивающая формирование нужной кристаллической фазы при достаточно высокой скорости, а с другой стороны, мощность разряда не должна быть слишком высокой, чтобы сохранить фрагменты молекул прекурсора для облегчения формирования TiSiCN с высокими характеристиками. Эффективность установки определяется высокой скоростью осаждения TiSiCN покрытий, а также широким диапазоном изменения условий синтеза, позволяющим устанавливать необходимые параметры для получения покрытий с заданными свойствами. Областью применения результатов являются устройства с использованием защитных высокотемпературных, антифрикционных и эрозионностойких слоев. --- Во 2 разделе отчета общей целью проведенных исследований являлось изучение явлений в веществе в сильных электромагнитных полях. Отчет содержит следующие основные результаты, полученные в 2023 году: --- Проведено теоретическое исследование условий убегания электронов в газовом диоде в условиях резко неоднородного электрического поля, обусловленного использованием игольчатого катода. Показано, что требуемое для убегания электронов напряжение, прикладываемое к промежутку, с уменьшением радиуса скругления вершины иглы стремится к конечному значению, зависящему лишь от ширины зазора и характеристик газа. Получено аналитическое выражение для такого – порогового – напряжения. Анализ данных эксперимента позволил разделить диапазоны условий на те, когда для убегания электронов достаточно только усиления электрического поля вблизи микронеоднородности, и когда для убегания дополнительно необходимо электрическое поле лавины критического или близкого к критическому размера. --- Разработан метод формирования импульсов синхронизации высоковольтного разрядника, позволяющий согласовывать по времени работу высоковольтной импульсной техники с субнаносекундной точностью. --- Осуществлено трехмерное прямое численное моделирование хаотической динамики свободной поверхности диэлектрической жидкости, находящейся во внешнем горизонтальном электрическом поле. Результаты моделирования хорошо воспроизводят спектр турбулентности Колмогорова-Захарова (Захарова-Филоненко) для капиллярных волн в отсутствие внешнего поля. В сильном электрическом поле движение жидкости становится анизотропным: наибольший вклад в спектр турбулентности вносят мелкомасштабные капиллярные волны, распространяющиеся перпендикулярно полю. Другими словами, внешнее электрическое поле препятствует росту амплитуды возмущений поверхности, распространяющихся вдоль его направления. Спектр турбулентности поверхности жидкости в режиме сильного поля отличается от классического спектра Захарова-Филоненко, полученного для капиллярной волновой турбулентности. Он близок к спектру магнитогидродинамической турбулентности альфвеновских волн, наблюдаемому в идеально проводящей жидкости или плазме. --- В 3 разделе отчета проведено исследование относительной реакционной способности паров ряда эфиров уксусной кислоты (алкилацетатов) по отношению к компонентам плазмы импульсного коронного разряда с напряжением 100 кВ и длительностью 40 нс. На модельных смесях на основе метил-, этил-, пропил-, изопропил, изобутил-, бутил- и винилацетата с содержанием 250–500 ppm в воздухе и азоте получены параметры относительной реакционной способности. Реакционная способность эфиров уксусной кислоты растет с увеличением углеводородного заместителя. Высокая реакционная способность винилацетата обусловлена реакцией двойной связи с озоном. ---Исследовано влияние материала мишени и размеров облучаемого объема на эффективность синтеза озона в воздухе под действием импульсного пучка электронов. Использовались мишени из графита и свинца. Наибольшая концентрация озона наблюдалась в камере без мишени, а наибольший удельный выход озона без учета отражения электронов (230 г(кВтч)–1) – в камере со свинцовой мишенью при минимальном воздушном зазоре (3 см). Результаты объясняются процессами многократного отражения электронов от элементов с высоким порядковым номером при малых по сравнению с размером мишени воздушных зазорах. Все полученные результаты являются оригинальными, новыми и не уступающими мировому уровню. Они могут быть использованы при разработке новых классов электрофизической аппаратуры, а также при подготовке специалистов высокой квалификации в области электрофизики.