Іонно-плазмова обробка поверхні скла при атмосферному тиску

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06. - «Зварювання та споріднені процеси і технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», МОНМС України, Київ – 2012 р. Дисертація присвячена створенню наукових засад організації іонно-плазмової обробки поверхні скла при атмосферному тиску. Впровадження модифікуючих елементів у поверхневий шар скла дозволяє підвищити його експлуатаційні властивості, механічну міцність, забезпечити регулювання оптичних властивостей, а також отримати можливість фарбування скла в різні кольори. Для організації процесу поверхневої модифікації скла були розроблені плазмотрони, які усувають необхідність у використанні порошкового матеріалу покриття певного гранулометричного складу, підвищують ефективний коефіцієнт використання матеріалу впровадження й дозволяють формувати проникаючі покриття при атмосферному тиску. Розроблено математичну модель, яка враховує технологічні та фізичні параметри плазмового потоку, а також властивості вихідного матеріалу і дозволяє оцінити концентрацію матеріалу впровадження в поверхневому шарі оброблених виробів Запропонована залежність, що регламентує співвідношення температури нагрівання модифікуючого матеріалу й напруженості електричного поля плазмового дугового розряду, яка дозволяє враховувати в кожному конкретному випадку реалізації способу обробки вплив на умови проведення процесу таких параметрів, як: вид вихідного матеріалу покриття, склад оброблюваного скла, витрату й вид плазмоутворювального газу, енергоємність плазмового дугового розряду.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06. – «Сварка и родственные процессы и технологии». – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», МОНМС Украины, Киев – 2012 г. В диссертационной работе разработаны научные подходы для организации процесса ионно-плазменной обработки поверхности стекла при атмосферном давлении. Введение модифицирующих элементов в поверхностный слой стекла позволяет повысить его эксплуатационные свойства, механическую прочность, обеспечить регулирование оптических свойств, а также получить возможность окрашивания стекла в различные цвета. Основная масса исследований методов обработки стекла посвящена вакуумным способам, к недостаткам которых относится специальная подготовка материала внедрения, необходимость использования сложного оборудования, контролируемой защитной атмосферы, высокий уровень энергопотребления. Кроме того, большинство способов позволяют формировать только непроникающие покрытия, которые подвержены физическому и химическому воздействию. Исходя из этих недостатков были выявлены основные направления повышения эффективности ионно-плазменной обработки поверхности стекла. Для организации процесса поверхностной модификации стекла были разработаны плазмотроны, которые устраняют необходимость в использовании порошкового материала покрытия определенного гранулометрического состава, повышают эффективный коэффициент использования материала внедрения и позволяют формировать проникающие покрытия при атмосферном давлении. Особенностями данных плазмотронов является возможность получения на срезе сопла ионизированной составляющей материала внедрения. В результате математического моделирования ионно-плазменной модификации поверхности стекла была установлена связь между технологическими характеристиками процесса плазменной модификации поверхности стекла (величиной тока, геометрическими размерами разрядной камеры, теплофизическими свойствами материала внедрения) и распределением материала внедрения в поверхностном слое обработанного изделия. Предложена зависимость, регламентирующая соотношение температуры нагрева модифицирующего материала и напряженности электрического поля плазменного дугового разряда, позволяющая учитывать в каждом конкретном случае реализации способа обработки влияние на условия проведения процесса таких параметров, как: вид исходного материала покрытия, состав обрабатываемого стекла, расход и вид плазмообразующего газа, энергоемкость плазменного дугового разряда. В результате зондового рентгеноспектрального микроанализа было установлено, что после модификации образцов из силикатного стекла его поверхность представляет собой слой, структурно-модифицированный внедренными ионами примеси. Разработанная установка нашла применение при производстве экранов для защиты от ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, возникающих при эксплуатации плазменных и сварочных установок, а также для декорирования изделий из стекла и фрагментов остекления.

Thesis for candidate of technical sciences degree in speciality 05.03.06 – “Welding and related processes and technologies”. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv – 2012. This thesis developed the scientific approach to organizing the process of ion-plasma surface treatment of glass at atmospheric pressure. Implantation of modifying elements into a glass surface allows to raise its operation properties, a mechanical strength, regulate optical properties, and also to have an opportunity to coloring glass in various colors. The large amounts of researches of processing methods of a glass is devoted vacuum methods which deficiencies are in special preparation of a implantation material, using the difficult equipment, a controllable protective atmosphere, high level of power consumption. Plasma generators which eliminate necessity for use of a powdered material of a coat of a certain mechanical grading have been developed for a process of the surface modification of a glass. The dependence which regulates a relationship of a heating temperature of the implantation material and an electric intensity of a plasma arc discharge is offered. The mathematical model of process of ionic-plasma treatment of a glass at atmospheric pressure is developed. It allows to evaluate the influence of parameters of process of treatment on material distribution in the surface layer of processed products. Designed installation has found application by manufacture of shields for protection from ultra-violet, visible and the infra-red radiation of the plasma and welding installations, and also for decorating the glass and the glassing fragments.