Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ПА ПЕ ПИ ПЛ ПН ПО ПР ПС ПУ ПЫ ПЬ ПЯ

Плазмохимическая реакция

 
Плазмохимические реакции, для к-рых с повышением т-ры увеличивается равновесная концентрация промежут. При этом скорости р-ций очень велики ( длительность контакта реагентов может составлять 10 - 3 - 10 - 3 с), что позволяет создавать миниатюрную аппаратуру. Кроме того, используют р-ции в неравновесной плазме.
Плазмохимические реакции, протекающие в неравновесных условиях, проводят в тлеющем и импульсном разрядах, в ВЧ-тлеющем разряде, СВЧ-плазмотронах, под действием концентрированного излучения оптических квантовых генераторов, а также в плазме, образованной ударными волнами или быстрым адиабатическим сжатием.
Плазмохимические реакции Протекают, как правило, в неравновесных условиях. Кинетика таких процессов отличается от обычной химической кинетики. Неравновесная химическая кинетика учитывает квантовую энергетическую структуру атомно-молеку-лярных частиц, переходы между различными энергетическими состояниями и вероятность протекания различных химических реакций.
Плазмохимические реакции могут быть неравновесными и ( квази) - равновесными. В табл. 1 показаны типы плазмохимических реакций.
Условно плазмохимические реакции можно разделить на неравновесные и квазиравновесные. Примером первых являются реакции в газоразрядной плазме низкого давления. Они характеризуются сильным отклонением системы от равновесия. При малом давлении эффективность передачи энергии от электронов к тяжелым частицам низка, но так как энергию от внешнего электрического поля получают практически только самые легкие заряженные частицы - электроны, их средняя энергия оказывается намного выше средней энергии тяжелых частиц. Эффективная температура электронного газа достигает десятков тысяч градусов, в то время как температура газа тяжелых частиц может быть близка к комнатной. Следствием отрыва электронной температуры от температуры газа тяжелых частиц является определяющая роль электронных соударений в образовании химически активных частиц и последующем протекании химических реакций.
Константы скоростей плазмохимических реакций, протекающих при температурах выше 2500 К, определяются в ударных трубах или методом адиабатического сжатия.
В случае проведения плазмохимических реакций с использованием в качестве реагентов конденсированных веществ наблюдается сильное взаимное влияние факторов, связанных с протеканием химических процессов и процессов тепло-и массообмена. В работе [92] предложена математическая модель, описывающая поведение частиц, введенных в плазменную струю; при этом были сделаны следующие основные допущения: порошок по сечению канала анодного сопла распределен равномерно, температура и скорость газа по сечению канала распределены равномерно, частицы порошка имеют сферическую форму, температура по сечению частиц постоянна. Для получения более общих представлений о поведении конденсированных частиц в плазменной струе были рассмотрены некоторые системы газ - материал, которые представляют крайние случаи сочетания теплофизических свойств: аргон-вольфрам, водород-трехокись вольфрама.
Перечисленные пять особенностей плазмохимических реакций представляют собой, говоря по существу, характерные черты неравновесных химических процессов, частным ( хотя и очень важным) случаем которых являются реакции в низкотемпературной плазме. В настоящем пункте излагаются некоторые специфические черты именно плазмохимических реакций.
Другой специфической проблемой кинетики плазмохимических реакций, на которой мы здесь остановимся, является определение размеров реактора для процессов в плазменной струе.
Анализ специфического неравновесного характера плазмохимических реакций позволяет не только понять закономерности этих реакций, но и обосновать зыбор путей их практической реализации.
Одной из специфических проблем кинетики плазмохимических реакций является создание условий, обеспечивающих быстрое охлаждение плазменной струи во время протекания реакции в определенных пространственно-временных интервалах. Если скорость охлаждения будет недостаточно велика, то целевые продукты реакции успеют разложиться и эффективность процесса окажется малой. Следует рассмотреть два типа закалки: принудительную закалку и автозакалку.
Зависимость температуры кварцевой пластинки на охлаждаемом ВЧ-электроде от времени после зажигания разряда в азоте при давлении 10 Па. Вкладываемая мощность ( Вт. 380 ( 1, 300 ( 2, 200 ( 3.| Температура кристалла кремния во фторсодержащей плазме ВЧ-разряда в смеси CF4 10 % О2 при давлении 40 Па. Вкладываемая мощность 280 Вт. Доля открытой поверхности. 5 - О ( 1, 6 0 3 ( 2, 6 0 65 ( 3. По мере нагревания увеличивается тепловыделение плазмохимической реакции и, тем самым, скорость нагревания.
Таким образом, при проведении плазмохимических реакций выдерживают следующие параметры: Г 2000 - 20 000 К, Р 1 Па - 5 МПа. Обычно это низкотемпературная плазма.
Поскольку единой общей теории кинетики плазмохимических реакций ( как части неравновесной химической кинетики) еще не существует, большое значение приобретает изучение особенностей простейших, часто встречающихся ( и в какой-то мере модельных) реакций.

В промышленных масштабах чаще всего реализуют равновесные плазмохимические реакции, для которых с повышением температуры увеличивается равновесная концентрация веществ, являющихся целевыми продуктами. При этом скорость реакции очень велика ( длительность контакта реагентов составляет от Ю-3 до Ю-5 с), что позволяет создавать миниатюрные химические реакторы. Состав исходного / сырья может колебаться в широких пределах. Трудность использования аппаратуры связана с необходимостью закалки процесса.
В промышленных масштабах чаще всего реализуют равновесные плазмохимические реакции, для которых с повышением температуры увеличивается равновесная концентрация веществ, являющихся целевыми продуктами. При этом скорость реакции очень велика ( длительность контакта реагентов составляет от Ю-3 до 10 - 5 с), что позволяет создавать миниатюрные химические реакторы. Состав исходного / сырья может колебаться в широких пределах. Трудность использования аппаратуры связана с необходимостью закалки процесса.
В работах [3, 4] приводится следующая классификация плазмохимических реакций.
Из таблицы видно, что кинетика плазмохимических реакций представляет собой частный случай неравновесной химической кинетики.
Столкновения плазмы с пылью приводят к плазмохимическим реакциям на поверхности пылевых частиц, изменяющих как заряд пылинок, так и динамику электронов плазмы.
Схемы основных дуговых плазмотронов. Применяются в случае, если одним из реагентов плазмохимической реакции может служить материал электрода самого плазмотрона.
В связи с необходимостью обеспечить большие скорости автозакалки плазмохимических реакций возникает вопрос о механизме такого быстрого охлаждения и природе процессов, способных обеспечить необходимые скорости закалки. В настоящей работе рассматривается один из возможных механизмов быстрого охлаждения плазменной струи в ходе процессов, протекающих в ней одновременно с реакцией.
Схемы основных дуговых плазмотронов. Применяются в случае, если одним из реагентов плазмохимической реакции может служить материал электрода самого плазмотрона.
ПЛАЗМОХИМИЯ, изучает хим. процессы в низкотемпературной плазме ( плазмохимические реакции) и влияние этих процессов на св-ва плазмы. Равновесные и неравновесные реакции) и использует теор. Полученные данные позволяют определить изменение распределения частиц реагирующей системы по энергетич.
Отметим, что проведенные исследования указывают на возможность рассмотрения закалки плазмохимических реакций при помощи пара и измельченного твердого тела.
На наш взгляд, хотя пока еще трудно произвести классификацию плазмохимических реакций, все же можно выделить несколько типов реакций.
Представляют несомненный практический интерес применение лсевдоожиженного слоя для быстрого охлаждения продуктов плазмохимических реакций, а также скоростное проведение химических реакций в электротермических и комбинированных псевдоожиженных системах, где достигаются температуры 3000 - 4 000 С. Однако в этих и других случаях проектировщики или исследователи, создающие новые высокотемпературные аппараты, сталкиваются с трудностью нахождения необходимых исходных сведений о свойствах высокотемпературных псевдоожиженных систем.
Выполнение необходимого режима закалки очень сильно влияет на выход продукта в плазмохимических реакциях.

В работе [1], по-видимому, впервые был поднят и рассмотрен ряд вопросов, связанных с кинетикой плазмохимических реакций.
Во-вторых, получен ряд новых результатов по кинетике и механизмам теплообмена неравновесной плазмы с поверхностью и по тепловым эффектам плазмохимических реакций на поверхности. Проведение систематических исследований теплообмена было недоступно при использовании традиционных методов термометрии вследствие очень высокой трудоемкости измерений.
Пороговый характер реакций ( существование одного и только одного порога, с которого начинается реакция), столь типичный для классической аррениусовой кинетики, может не иметь места в плазмохимических реакциях.
Следует отметить, что кинетические исследования как гомогенных, так и гетерогенных процессов в плазме чрезвычайно сложны, в связи с этим в настоящее время отсутствуют значения констант скоростей для большинства плазмохимических реакций. Теоретическое и экспериментальное определение констант является одной из важнейших задач науки.
При разработке промышленных методов получения органических соединений серы следует отдавать предпочтение наиболее производительным и перспективным высокоселективным химическим, каталитическим и радиохимическим методам синтеза, исследовать возможности разнообразных сернистых соединений с помощью фотохимических и плазмохимических реакций.
Для получения ультрадисперсных порошков однородного состава, а также для синтеза неравновесных продуктов ( образующихся на промежуточных стадиях химического процесса) требуется использование реакторов с выровненным поперечным профилем температур, позволяющим осуществлять плазмохимическую реакцию для всей реагирующей массы примерно в одинаковых условиях.
При этом процессы ФОП обычно включают вакуумное испарение тугоплавкого металла - образователя соединения покрытия, его частичную или полную ионизацию ( при частичной ионизации образуется пароплазменная фаза), подачу реакционного газа, химические и плазмохимические реакции, конденсацию покрытия на рабочих поверхностях режущего инструмента.
Зависимость микротвердости покрытий от давления реакционного газа при силе тока дуги 90 А ( /, 120 А ( 2 и 140 ( 3. Первоначально, с увеличением давления реакционного газа при формировании покрытий на основе химических соединений тугоплавких металлов с азотом, углеродом, бором микротвердость покрытий возрастает, так как поступление большого объема реакционного газа способствует более полному протеканию плазмохимических реакций. Максимальное значение микротвердости соответствует образованию химического соединения стехиометрического состава. Дальнейшее увеличение давления реакционного газа приводит к некоторому снижению микротвердости покрытия, что обусловлено образованием покрытий, имеющих в своем составе повышенную концентрацию химических элементов реакционного газа, приводящих к дефектности структуры и снижению микротвердости.
Зависимость содер. Окислы или хлориды до элементов восстанавливают обычно в установках с дугой высокой интенсивности, используя анод из спрессованного с угольным порошком окисла, либо в плазменной струе водорода. В случае проведения плазмохимических реакций с использованием конденсированных веществ в качестве реагентов сильное влияние оказывают факторы, связанные с протеканием химических процессов и процессов тепло - и массообмена. Так, при изучении восстановления трехокиси вольфрама установлено, что время пребывания частиц в зоне высоких температур, составляющее 10 - 4 с, недостаточно для развития гетерогенного процесса восстановления. Напротив, гомогенная кинетика обеспечивает необходимые скорости реакции.
Сущность ПХС состоит в нанесении на последней ( финишной) стадии обработки детали или инструмента тонкопленочного ( 2 - 4 мкм) износостойкого окси-карбидного ( SixlC t Six2O 2) покрытия при незначительном нагреве обрабатываемой поверхности ( 100 - 200 С), неизменности ее геометрических размеров и параметров шероховатости. Такое покрытие является продуктом плазмохимических реакций крем-неорганических реагентов, прошедших через дуговой плазматрон и сконденсировавшихся на обрабатываемой поверхности. Образованное покрытие представляет собой тонкую оптически прозрачную пленку ( типа стекла или кварца) с отличной адгезией к подложке и уникальными физико-химическими свойствами, многократно увеличивающими стойкость обработанной поверхности.
Плазмохимические реакции могут быть неравновесными и ( квази) - равновесными. В табл. 1 показаны типы плазмохимических реакций.
При подаче в низкотемпературную плазму отходов происходят плазмохимические реакции и токсичные вещества обезвреживаются до нетоксичных низкомолекулярных продуктов. Ввиду высокой температуры в плазме подаваемые отходы в любом физическом состоянии ( газообразном, жидком и мелкодисперсном твердом состоянии) испаряются, ионизируются и в момент прохождения реакционной зоны в плазмотроне обезвреживаются.
Перечисленные пять особенностей плазмохимических реакций представляют собой, говоря по существу, характерные черты неравновесных химических процессов, частным ( хотя и очень важным) случаем которых являются реакции в низкотемпературной плазме. В настоящем пункте излагаются некоторые специфические черты именно плазмохимических реакций.

Формирование покрытий и особенности структуры переходных слоев в значительной степени зависят от технологических параметров процесса нанесения покрытий, в частности от плотности потока и энергии ионов в процессах бомбардировки и конденсации покрытия, а также от давления реакционного газа. В сочетании со временем воздействия энергия ионов определяет поверхностную температуру, с которой связано протекание плазмохимических реакций. Перед нанесением покрытия проводят очистку поверхности мишени ионной бомбардировкой. Кроме очистки загрязненной поверхности, происходит образование различных дефектов поверхностного слоя основы за счет радиационных повреждений, что создает благоприятные условия для процесса конденсации и роста покрытия. Это сопровождается ионным легированием и насыщением приповерхностных слоев компонентами покрытия, что способствует повышению адгезии с материалом основы.
I, посвященная описанию основных типов частиц, участвующих в химическом превращении, дополнена специальным параграфом, в котором излагаются важнейшие спектроскопические методы исследования молекул, ионов, свободных радикалов и комплексов. В § 4 этой главы введены сведения о процессах образования и превращений ионов в газовой фазе, существенных для понимания механизмов радиационно-химических и плазмохимических реакций.
Плазмообразующий газ /, подающийся тангенциально к разряду, выносит плазменную струю за пределы разрядного промежутка. У линейных плазмотронов достигается наибольшая протяженность плазменного разряда, что позволяет увеличить среднее время пребывания химических агентов в активной зоне и расширяет возможность варьирования условий проведения плазмохимических реакций. Дуга стабилизируется потоком плазмообразующего газа, подаваемого в дуговую камеру 4 тангенциально с помощью вихревой газофор-мирующей головки.
В дальнейшем изложение ограничено исследованием высокополимерных изолирующих материалов ввиду их благоприятных свойств, имеющих преобладающее значение в настоящее время и в будущем. Целесообразно также включить в рассмотрение и другие органические изолирующие материалы ( например, бумагу), а также исследовать развитие разряда вдоль органических поверхностей, при котором на поверхности твердого тела имеют место термические и плазмохимические реакции.
При высоких температурах доля активных частиц достаточно велика и реакции идут быстро. Раздел химии, изучающий реакции в низкотемпературной плазме, получил название плазмохи-мии. Плазмохимические реакции уже находят применение для очистки сточных вод, восстановления оксидов металлов, синтеза NO из воздуха, гидразина N2H4, получения тугоплавких элементов, диоксида циркония, водорода, некоторых экзотических соединений, например, NjF - t, TiN. В то же время при очень низких температурах химические реакции протекают очень медленно. Однако для некоторых реакций ( например, полимеризации некоторых мономеров) обнаружено отклонение от закона Аррениуса в области сверхнизких температур ( ниже температуры кипения азота - 77 К) ( В.И.Гольданский и др.), заключающееся в независимости скорости реакции от температуры в этих условиях.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11