Научная статья на тему 'Экспериментальное исследование характеристик и механизма электровзрыва графитовых проводников в жидкости. Часть 1'

Экспериментальное исследование характеристик и механизма электровзрыва графитовых проводников в жидкости. Часть 1 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
191
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Ж Н. Ищенко, Д Е. Куприн, Н И. Кускова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Peculiarities and electrotechnical characteristics of electrical explosion of graphite conductors (EE) with diameter 0.3 0.7 mm and specific conductivity not less than 105 Sm/m are determined. Qualitative relations for choosing of a necessary mode and mechanism of EE are obtained. The possibility of calculation of amplitude of the first pulse of a current and magnetic pressure for EE graphite conductors is shown.

Текст научной работы на тему «Экспериментальное исследование характеристик и механизма электровзрыва графитовых проводников в жидкости. Часть 1»

Ж.Н. Ищенко, Д.Е. Куприн, Н.И. Кускова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И МЕХАНИЗМА ЭЛЕКТРОВЗРЫВА ГРАФИТОВЫХ ПРОВОДНИКОВ В ЖИДКОСТИ. ЧАСТЬ 1

Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский 43 А, г. Николаев, 54018, Украина

1. Введение

Благодаря уникальным физическим, механическим, химическим и другим свойствам графита [1] трудно найти такую отрасль промышленности, в которой не было бы потребности в графитовых либо углеродсодержащих материалах.

Электровзрыв (ЭВ) углеродсодержащих стержней (графитовых проводников) привлекает особое внимание в связи с открытием возможности использования их для получения сфероидальных кластеров углерода - фуллеренов [2] и поиском более дешевых современных технологий получения алмазов [3, 4]. Кроме того, ЭВ графитовых проводников представляет научный интерес как процесс неметаллических материалов с проводимостью гораздо большей, чем у диэлектриков, но меньшей, чем у металлов. Литературные сведения по этим вопросам крайне скудны.

В работе [5] приведены качественные зависимости вида рассмотренных взрывных режимов графитовых проводников от соотношений между запасенной энергией Ж0 и энергией сублимации проводника Кроме того, в [5] утверждается об универсальности, в том числе применимости к ЭВ графитовых проводников, безразмерных комплексов - критериев подобия П1, П2, П3 [6], характеризующих соответственно три его стадии: нарастание тока, фазу взрыва, разряд через продукты взрыва проводника. Эти критерии успешно используются при расчете характеристик ЭВ металлических проводников для беспаузных режимов.

Результаты наших исследований значительно дополнили и выявили существенные отличия от приведенных в [5], особенно по механизму ЭВ графитовых проводников при удельной электропроводности с0 < 104 См/м.

Настоящие исследования посвящены выявлению особенностей, определению характеристик и механизма ЭВ графитовых проводников при изменении параметров генератора и проводника; определению возможности управления процессом.

2. Методика исследований

В качестве основного метода исследований использовалось осциллографирование силы тока ДО в разрядной цепи и напряжения на разрядном промежутке Щ?) с последующей обработкой полученных осциллограмм.

Применялась традиционная электрическая схема [7] с силовыми конденсаторами типа К75-29-А. Коммутатором служил воздушный шаровый разрядник, на который с блока поджига подавался импульс высокого напряжения. Блок поджига запускался прямоугольным импульсом с выхода генератора Г5-60. Одновременно с генератора импульс синхронизации подавался на вход запоминающего двухлучевого осциллографа С8-17.

В прямоугольной металлической разрядной камере емкостью 1,5 л, заполненной жидкостью (технической водой), расположены вертикально два электрода, между которыми с помощью специальных зажимов крепился исследуемый проводник. На дне камеры имелся слив, через который извлекалась жидкость с продуктами взрыва образцов.

Электровзрыв проводников осуществлялся в условиях изменения запасенной энергии конденсаторной батареи Ж0 от 12 до 1000 Дж при индуктивности разрядного контура Ь = 2,3 мкГн. Зарядное напряжение Щ0 изменяли от 5 до 40 кВ, а емкость С конденсаторной батареи от 1 до 3 мкФ.

В качестве исследуемых образцов использовали цилиндрические стержни из прессованного

© Ищенко Ж.Н., Куприн Д.Е., Кускова Н.И., Электронная обработка материалов, 2004, № 3, С.41-48.

поликристаллического графита (графитовые проводники) диаметром й = 0,3; 0,5; 0,7 и 2 мм. Длину стержней I изменяли от 10 до 40 мм, величины удельной электропроводности с0 составляли от 5-103 до 2,4-105 См/м при плотности графита р от 1,8-103 до 2,5-103 кг/м3.

В качестве датчиков для измерения тока 1(0 и напряжения Щ(0 применяли соответственно коаксиальный низкоомный шунт и экранированный емкостный делитель напряжения, хорошо зарекомендовавшие себя при исследовании металлических проводников.

При расчете характеристик ЭВ с помощью осциллограмм 1(0 и Щ(0 индуктивную составляющую сигнала напряжения на разрядном промежутке в основном исключали расчетным путем. Энергию, выделенную в канале разряда, определяли путем численного интегрирования полученных зависимостей ДО и Щ(0. Точность измерений контролировали по балансу энергии в разрядной цепи.

Энергию сублимации проводников рассчитывали по формуле:

^ = Ж/д т = - ра 21, (1)

где - удельная энергия сублимации материала проводника, т и а - исходные масса и радиус

проводника соответственно.

Согласно [1], в спектре испаряющегося графита обнаружены как одно-, так и многоатомные молекулы углерода с разными энергиями сублимации. Количество испаряющихся молекул разного вида зависит от температуры испарения. При Т0 = 2500 К отношение С^С2:С3:С4:С5 = 1:2,8:4,5:0,35:0,5, а энергии сублимации соответственно 5,9-107; 3,42-107; 2,18-107; 2,0-107 и 1,62-107 Дж/кг [1]. Эти данные позволяют определить энергию сублимации, необходимую для образования указанного состава молекул, « 2,9-107 Дж/кг, которая и использована для расчетов.

Несмотря на широкое практическое использование графита его теплофизические свойства и поведение в диапазоне температур от 3000 К до точки плавления, изучены весьма слабо [8], что затрудняет интерпретацию экспериментальных данных.

В отличие от металлов графит имеет очень высокую температуру плавления. Плавление графита происходит при достижении температуры тройной точки на его фазовой диаграмме твердое тело - жидкость - пар. По различным данным [1, 8, 9], тройная точка находится в диапазоне от 4000 до 5000 К (а то и 6800 К [9]) и давлений Р от 10 до 20 МПа. При меньших давлениях нагретый до этих температур графит испаряется в твердой фазе (возгонка). Следует отметить, что наличие примесей в проводнике снижает температуру его испарения [1]. В выполненных расчетах использовано значение Р = 20 МПа.

Магнитное давление в проводнике Р(г) оценивали по известной формуле

Р(г) =

цЦ) (. г2 ^

V1 а2 У

(2)

(2па)

где г - расстояние от оси проводника; ц0 = 4л-10-7 Гн/м; ц - относительная магнитная проницаемость материала проводника, для графита ц = 1.

Максимальное магнитное давление в проводнике (на его оси) Рт рассчитывалось из (2) при г = 0 и токе ДО, равном амплитуде первого импульса тока 1т1. Известно [10], что к моменту времени достижения 1т1 для металлических проводников увеличение диаметра й не превышает 5%.

Результаты расчетов сопоставлялись с фазовой диаграммой графита, что наряду с осцилло-графированием, высокоскоростной киносъемкой и исследованиями продуктов взрыва позволило полнее выявить особенности и механизм ЭВ графитовых проводников.

3. Результаты исследований и их анализ

Рассмотрим ЭВ графитовых проводников с с0 = 2-105 См/м.

Для сравнения с ЭВ металлических проводников на рис.1 приведены осциллограммы ЭВ медного и вольфрамового проводников диаметром й = 0,2 мм и длиной I = 40 мм. Графитовые стержни той же длины имели диаметр 0,3 и 0,5 мм и электропроводность с0 соответственно 1,97-105 и 2,05-105 См/м.

На всех приведенных в работе осциллограммах верхняя кривая - напряжение, нижняя - ток, ти, тI и да - масштабы напряжения тока и времени соответственно.

Результаты расчета характеристик ЭВ проводников приведены в табл. 1. Как видно, электропроводность с0 у графита приблизительно на два порядка ниже, чем у металлов, при этом плотность р меньше в 4,4 раза, чем у меди, и в 9,5 раза, чем у вольфрама. Энергия сублимации ^ значительно меньше у металлических проводников (табл.1).

А

\ Г ^

\

/ \

г

\ /

\ ,, Г

1Г/

V

/ \

\ J

б

3 д е

Рис.1. Осциллограммы взрыва медного (а), вольфрамового (г) и графитовых (б, в, д, е) проводников: и0 = 20 ( а, б, в ) и 15 кВ ( г, д, е ); С = 1 мкФ; а0 = 2-105 См/м ( б, в, д, е ); ти = 10 кВ/дел; тг = 1 мкс/дел (а, б, в, г, е ); тг = 0,5 мкс/дел ( д ); т: = 8,6 кА/дел (а); тI = 2,6 кА/дел ( б, в, г, д, е )

Таблица 1. Характеристики электровзрыва металлических и графитовых проводников при I = 40 мм

й, мм ст0, См/м и т к к Дж Im1, кА Nт, МВт Рт, МПа П\ П Примечание

0,2 5,7-107 20 30 200 173 60,4 12,2 * 12,8 213 474 0,11 0,06 медь рис.1, а

0,2 1,8107 15 10,3 112,5 104 97,2 7,4 * 10,6 74 174 0,15 0,04 вольфрам рис.1, г

0,3 1,97105 35 53,5 572,1 245,4 178 8,5 * 6,9 301 102 1,98 6,81 графит рис.2, в

0,3 1,97105 20 28 200 151 178 5,8 * 5,0 179 97,5 1,98 2,61 графит рис.1, б

0,3 1,97105 15 15 112,5 86 178 4,7 * 4,3 53 31,5 1,98 1,48 графит рис.1, д

0,3 1,97105 10 6 50 44,4 178 3,1 * 3,5 18 14,0 1,98 0,65 графит

0,5 2,05-105 20 20 200 183 400 7.8 * 7.9 81 31,4 0,76 0,41 графит рис.1, в

0,5 2,05-105 15 8 112,5 110 400 5,9 * 6,9 45 18,1 0,76 0,23 графит рис.1, е

0,5 2,4-105 30,5 30 434,4 403,4 479 11,8 * 10,9 284 71,0 0,64 0,61 графит рис.2, а

0,5 1,8-105 31 39,7 448,7 357 441 11,6 * 10,0 256 69,7 0,81 0,90 графит рис.2, б

Примечание: звездочкой отмечены расчетные значения 1т1.

Однако полученные осциллограммы ЭВ этих проводников имеют много общего. Это, прежде всего, наличие пика напряжения ип, что может свидетельствовать о распространении волны испаре-

ния. Отклонение времени достижения пика напряжения („ от четверти периода колебаний тока Т/4 при режиме короткого замыкания (КЗ), а также наличие остаточного напряжения на батарее конденсаторов иост после первого импульса тока вызвано отклонением размеров проводника от оптимальных, когда энергия первого импульса тока Ж1 = 0,83 Ж0 [6].

Как и для металлических [11], для графитовых проводников характерны токовые паузы с наличием или отсутствием (рис. 2) вторичного пробоя (дуговой стадии ЭВ). Режим ЭВ, представленный на рис. 2, г, соответствует режиму осциллограммы, показанной на рис. 1, б и полученной при меньшей длительности развертки осциллографа. Отсутствие вторичного пробоя привело к постепенному стекаиию заряда конденсаторов через сопротивление разрядного промежутка.

г

« г

Рис.2. Осциллограммы взрыва графитовых проводников с наличием токовой паузы (а, б, в) и отсутствием вторичного пробоя (г) при 1= 40 мм:а) и0= 30,5 кВ, ё = 0,5 мм, а0 = 2,4-105 т( = 2 мкс/дел, ти = 10 кВ/дел, т1 = 4,6 кА/дел; б) и0 = 31 кВ, ё = 0,5 мм, а0 = 1,8-105 = 2 мкс/дел, ти = 25 кВ/дел, т! = 4,6 кА/дел; в) и0= 35 кВ, ё = 0,3 мм, а0= 1,97-105

mt

mt = 2 мкс/дел, mU = 25 кВ/дел, mi = 8,9 кА/дел; г) U0 = 20 кВ, d = 0,3 мм, а0 = 1,97-105 mt = 20 мкс/дел, mU = 10 кВ/дел, mI = 2,6 А/дел

См/м, См/м, См/м, См/м,

Сравнение осциллограмм I(t) ЭВ графитовых проводников с осциллограммой тока в режиме КЗ показало, что отклонение их друг от друга в момент времени tT соответствует уменьшению разрядного тока и изгибу на осциллограмме U(t). Известно, что при взрыве металлических проводников время tT соответствует переходу материала проводника в жидкую фазу, затем вблизи времени tn - в газожидкостную среду, а при t = tn - в плазму [10, 11]. Для графитовых же проводников при t = tT происходит испарение твердой фазы графита. Режимам, при которых появляется пик на осциллограммах U(t), соответствует (согласно высокоскоростным фотограммам процесса) образование светящегося канала разряда, который существует до момента появления токовой паузы либо при ее отсутствии и переходит в канал дугового разряда.

Расчет характеристик ЭВ показал (см. табл. 1), что для металлов и графита амплитуды тока первого импульса и мощности сравнимы по величине. Максимальное магнитное давление в металлических проводниках, имеющих меньший диаметр, больше - 474 и 174 МПа. Для графитовых проводников Pm изменялось от 14 до 102 МПа.

Пик на осциллограмме напряжения Un наблюдался лишь при Pm > Р , соответствующего появлению жидкой фазы графита. Причем Un может превышать либо быть меньше зарядного напряжения U0, но во всех случаях запасенная энергия W0 больше либо близка к энергии сублимации проводника Ws.

Из сопоставления приведенных зависимостей мощности N(t), выделенной в проводнике и активного сопротивления R(t), показанных на рис. 3 с осциллограммами (см. рис. 1), следует, что, как и для металлических, для графитовых проводников максимум кривой мощности Nm совпадает по времени с пиком напряжения на осциллограмме U(t) и моментом появления перегиба на возрастающей части кривой сопротивления R(t). Этот перегиб у графитовых проводников выражен значительно слабее, чем у металлических.

Зависимость N(t) для взрыва графитового проводника dn = 0,3 мм при U0 = 20 кВ (см. рис. 3, кривая 2) по форме близка к полученным для металлических проводников (кривые 1, 4), но, как и

другие (3, 5, 6), сдвинута по времени к началу процесса. Это может быть вызвано тем, что в отличие от металлических, у графитовых проводников после нагрева процесс начинается не с объемного плавления проводника, а с испарения поверхностных слоев твердой фазы материала проводника (в первую очередь примесей).

N. МВт

200

100

Н, Ом

1 3 5 и мкс 1 3 1;, мкс

в г

Рис.3. Мощность (а, в) и сопротивление (б, г) взрыва медного, вольфрамового и графитовых проводников при I = 40 мм:и0 = 20 кВ: 1- медь, ё = 0,2 мм; 2- графит ё = 0,3 мм; 3- графит, ё = 0,5 мм; и0 = 15 кВ: 4- вольфрам, ё = 0,2 мм; 5 - графит, ё = 0,3 мм; 6 - графит, ё = 0,5 мм

Кроме кривой 2, зависимости N(0 графитовых проводников имеют (см. рис. 3) не вогнутую, как для металлических, а выпуклую нарастающую часть. Пик на кривых мощности 3 и 5 достигается по времени позже, чем максимальное значение мощности.

Наибольшее отличие от ЭВ металлических проводников наблюдалось при ЭВ графитового проводника ё = 0,5 мм при и0 = 15 кВ (см. табл. 1; рис. 1, е; рис. 3, кривая 6), когда отсутствовали пики напряжения Щ?) и мощности N(0. При давлении Рт < Р длительность процесса выделения энергии соответствовала полупериоду колебаний т1 = п уЦС . При этом энергия, выделенная за время

первого импульса тока = Ж0, но Ж0 < в 3,6 раза. Не наблюдался также и характерный (как после ^ = резкий спад кривой мощности. Следовательно, механизм разрушения проводника за время процесса ЭВ не изменялся.

Если считать, что вся энергия израсходована на испарение графита, то удельная энергия И =Ж\/т составила бы 0,8 -107 Дж/кг, что гораздо меньше, чем . Это свидетельствует о неполном испарении графита.

Очевидно, разрушение проводника происходило за счет неравномерного по объему нагрева его током и объемного парообразования в местах нахождения микронеоднородностей (газовых включений, примесей и пр.).

При Щ0 = 10 кВ на осциллограммах взрыва проводников ёп = 0,3 мм и ёп = 0,5 мм пик напряжения также отсутствовал. Уменьшились величины Щт, 1т, Рт. При этом энергии Ж0 и близки между собой, но значительно меньше ^ (см. рис. 4, е; табл. 1, 2).

Для графитовых проводников при снижении напряжения Щ0 до 5 кВ (даже при уменьшении с0 до 6 103 См/м и увеличении диаметра ё до 2 мм) осциллограммы, соответствующие режиму КЗ, как для металлических проводников, не наблюдались. При этом осциллограммы Щ) и Щ(0 имели вид, близкий к приведенным на рис. 1,е, а проводник, в отличие от металлических, разрушался. Следова-

тельно, режим ЭВ, соответствующий рис. 1, е, является характерным для графитовых проводников, когда Жо =а Ж < Ж, (при Ж/д « 2,9-107 Дж/кг) и Рт < Р*.

8

- -

\ г я* / - ч

V У

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

* V

Л 4-

/ *

Рис.4. Осциллограммы ЭВ медного (а) и графитовых (б, в, г, д, е) проводников при Ж1 = (0,82- 0,99)Жо: т, = 1мкс/дел: а) ё = 0,2 мм, I = 40 мм, Ц = 30 кВ, ти= 10 кВ/дел, т_1 = 8,9 кА/дел; б) ё = 0,5 мм, 1 = 30 мм, и0 = 28,5 кВ, ти= 10 кВ/дел, т1 = 4,6 кА/дел; в) ё = 0,5 мм, I = 30 мм, и0 = 28,2 кВ, ти= 10 кВ/дел, т1 = 4,6 кА/дел; г) ё = 0,5 мм, I = 30 мм, и0 = 30 кВ, ти= 25 кВ/дел, т1 = 4,6 кА/дел; д) ё = 0,3 мм, I = 10 мм, и0 = 15,1 кВ, ти= 5 кВ/дел, т1 = 2,7 кА/дел; е) ё = 0,5 мм, I = 40 мм, и0 = 10 кВ, ти = 5 кВ/дел, т1 = 1,1 кА/дел

Представляют интерес режимы электровзрыва графитовых проводников, при которых Ж0 = Ж1, а осциллограмма и(,) имеет пик напряжения, расположенный по времени ближе к , = Т/4 (рис. 4, б, в, г, д). Такие осциллограммы подобны полученным при оптимальном ЭВ металлических проводников. Для сравнения на рис. 4, а приведена осциллограмма ЭВ медного проводника ё = 0,2 мм, I = 40 мм, близкая к оптимальной. Характеристики ЭВ медных и графитовых проводников, соответствующих осциллограммам (рис. 4), содержатся в табл. 2. В отличие от описанного выше режима, когда Ж0 = Ж\, но Ж0 < Ж, при Рм < Р (см. рис. 1, е; 4, е), здесь Ж0 близко к Ж, а давление Рт > Р*, в 2,6 - 4,3 раза. Величина И* для этих режимов близка к Ж/Д, кроме режима с ёп = 0,3 мм,

I = 10 мм, когда И = 5,73-107 Дж/кг. Это вызвано отмеченной выше зависимостью Ж/д от температуры испарения графита, а следовательно, и вида испаряющихся молекул углерода.

Таблица 2. Характеристики ЭВ медного (ё = 0,2 мм) и графитовых (ё = 0,3 и 0,5 мм) проводников

ё,мм 1, мм ^, кВ ит Ж —, Дж Ж1 Ж,, Дж 1т Ь кА К, МВт Рт, МПа П\ П2

0,2 (медь) 40 30 30 420 340 60,4 16,9 * 14,6 433 103 0,12 0,115

0,5 30 28,5 31 379 377 359 12,4 * 10,6 370 78,0 0,51 0,53

0,5 30 28,2 21,5 371 369 359 12,9 * 10,5 228 85,7 0,51 0,52

0,5 30 30 30 420 387 359 12,5 10,8* 349 79,6 0,51 0,59

0,3 10 15.1 15.2 106 88 44,5 6,1 * 4,5 77,8 52,5 0,54 1,27

0,5 40 10 5 46,7 40 400 4,0 * 5,6 19,5 8,35 0,76 0,10

Примечание: звездочкой отмечены расчетные значения 1т1

Очевидно, что сначала происходит испарение внешних слоев проводника. Затем наблюдается более энергоемкий процесс - испарение центральных слоев проводника, находящихся в жидком состоянии. Уменьшение проводящей площади сечения проводника вследствие испарения способствует повышению давления и температуры. Таким образом, для всех режимов, при которых Рт > Р , характерно наличие пика на осциллограмме Щ(0.

Увеличение диаметра ё проводника ведет к росту времени п уменьшению максимального напряжения Щт, отношения энергий и начального напряжения токовой паузы. Уменьшение

длины проводника приводит к снижению энергии Ж. и изменению характеристик и механизма ЭВ в соответствии с приведенными выше качественными соотношениями между Ж0, Ж\, Ж, Щп/Щ0, Рт/Р .

Замечено, что беспаузный ЭВ графитовых проводников достаточно стабильный, поскольку процессы происходят внутри проводника. Стабильность ЭВ с токовой паузой, особенно длительной, значительно снижается после загрязнения рабочей жидкости продуктами ЭВ, что характерно и для взрыва металлических проводников.

Уменьшение с0 до 2,6 • 104 См/м при ё = 0,7 мм и до 104 См/м при ё = 0,5 мм привело к изменению характера осциллограмм вследствие большего начального сопротивления Я0 проводника. Такой ЭВ, а также процессы в более толстых проводников рассмотрены во второй части настоящей работы.

4. Критерии подобия

Представляет интерес проверить применимость к ЭВ графитовых проводников критериев подобия Пь П2 [6, 12]

П = (( + Я ))СЛ; П2 = ^ ); (3)

ё Р0°0 (Х + У)

где Яц - сопротивление элементов разрядной цепи, Я = 0,1>/Ь / С; X и у - удельная теплота плавления и парообразования соответственно.

С целью сравнения с экспериментальными данными использовалась зависимость, приведенная для расчета !т1 металлических проводников [6, 12],

1т1 « 0,5 П-1/4Щ0^СП. (4)

Возможность расчета величины !т1 важна для определения давления Рт по формуле (2) при оценке механизма процесса ЭВ для графитовых проводников.

Для металлических проводников при расчете тока !т1 по формуле (4) пренебрегали критерием П\ ввиду малого сопротивления Я0.

В табл. 1, 2 приведены значения критериев П\,П2 и тока 1т\, рассчитанных по формулам (3) и (4) при условии, что X + у = Щ.уя = 2,9407 Дж/кг. Значения критериев П1 и П2 для графитовых проводников значительно больше, чем для металлических, и изменялись в диапазоне 0,51 - 1,98 и 0,1 - 6,81 соответственно. Меньшие П1 и П2 наблюдались в режимах, когда Ж0 = (см. табл.2), большие - при ё = 0,3 мм, Щ0 >20 кВ (см. табл. 1). При этом расчетные значения 1т1 практически совпадали либо отличались от экспериментальных в основном менее чем на 20%. Наибольшее отличие наблюдалось при крайних значениях критерия П2.

В работе [13] для расчета 1т1 ЭВ металлических проводников в формуле, на основе которой получена (4), имеется множитель п/ 3 . Согласно расчетам, для рассмотренных ЭВ графитовых проводников введение в формулу (4) этого множителя целесообразно, когда П1 > 1 и П2 > 2. Это существенно увеличивает 1т\ и приближает для ё = 0,3 мм, Щ0 > 20 кВ расчетные значения 1т\ к экспериментальным.

Аналогичное увеличение расчетных значений 1т\ получается при использовании в формуле (3), (4) вместо « 2,9 -107 Дж/кг величины « 5,9 -107 Дж/кг. Это соответствует преимущественному содержанию в углеродном паре одноатомных молекул С\, что вполне возможно при ё = 0,3 мм и высоких Щ0 либо малой длине (I = 10 мм).

Для режимов, Ж0 < Ж. и Р < Р (рис. 1, е; 4, е), приближение к экспериментальным обеспечивает использование < 2,1 -107 Дж/кг, что соответствует преимущественному содержанию в паре многоатомных молекул углерода.

5. Заключение

Исследования электровзрыва (ЭВ) графитовых проводников d < 0,7 мм при о0 > 10 См/м показали, что между ЭВ графитовых и металлических проводников много общего, но есть существенные различия в характеристиках, а также механизме процесса ЭВ. Показана возможность управления ЭВ графитовых проводников при использовании полученных качественных соотношений для выбора необходимого режима и механизма процесса, а также расчета амплитуды первого импульса тока и максимального магнитного давления при отсутствии осциллограмм ЭВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мармер Э.Н. Углеграфитовые материалы. М., 1973.

2. Богуславский Л.З., Гук И.П., Кускова Н.И., Хайнацкий С.А. Электровзрывной метод получения фуллеренов // Электронная обработка материалов. 2002. № 4. С. 30 - 34.

3. Верещагин Л.Ф. Синтетические алмазы и гидроэкструзия. М., 1982.

4. Бушман А. В., Воробьев В. С., Рахель А. Д., Фортов В.Е. О возможности электровзрывного синтеза искусственных алмазов // ДАН СССР. 1990.Т. 315. №5. С. 1124 - 1126.

5. Богуславский Л.З., Кускова Н.И., Петриченко В.Н., Хайнацкий С. А. Электрический разряд в графите и его особенности // Электронная обработка материалов. 2002. № 3. С. 32 - 38.

6. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. Киев, 1986.

7. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект. М.; Л., 1955.

8. Шейндлин М.А., Сенченко В.Н. Экспериментальное исследование термодинамических свойств графита в окрестности точки плавления // ДАН СССР. 1988. Т. 293. № 6. С.1383 - 1386.

9. Bundy F.P., Basset W.A., Weathers M.S. The Pressure-Temperature Phase and Transformation Diagram for Carbon // Carbon. 1996. V. 34. № 2. P. 141 - 153.

10. Коваль С.В., Кривицкий Е.В., Раковский Г.В. Исследование высокотемпературных свойств металлов методом подводного электрического взрыва проводников // Препринт № 7. ПКБЭ АН УССР. Николаев, 1989.

11. Взрывающиеся проволочки / Под ред. А. А. Рухадзе. М., 1963.

12. Шолом В.К. Исследование процессов преобразования электрической энергии при подводном электрическом взрыве проводников // Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1975.

13. Азаркевич Е.Н. Применение тории подобия к расчету некоторых характеристик электрического взрыва проводников // Журнал техн. физики. 1973. Т. 45. Вып. 1. С. 141 - 145.

Поступила 08.10.03

Summary

Peculiarities and electrotechnical characteristics of electrical explosion of graphite conductors (EE) with diameter 0.3 - 0.7 mm and specific conductivity not less than 105 Sm/m are determined. Qualitative relations for choosing of a necessary mode and mechanism of EE are obtained. The possibility of calculation of amplitude of the first pulse of a current and magnetic pressure for EE graphite conductors is shown.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.