Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Световое излучение индукционной лампы может быть использовано также для фотохимических реакций. Изменяя состав плазмообразующего газа, можно получить излучение в нужном для фотохимии диапазоне длин волн. При использовании аргона возникает интенсивное излучение в ультрафиолетовой области, при использовании неона — в инфракрасной.
Можно указать также на перспективность применения излучения плазмы для целей высокотемпературного нагрева [9J. В последнее время особое внимание обращается на чистоту получаемых материалов, для создания которых часто требуется наличие высоких температур и контролируемой атмосферы. Идеальными устройствами, обеспечивающими создание этих условий, являются так называемые оптические печи, содержащие высокотемпературный источник излучения и оптическую систему. В качестве источника излучения может быть использована индукционная плазма. Оптическая система фокусирует лучистый поток в малую рабочую зону с высокой температурой. Можно отметить основные достоинства оптического способа нагрева.
1. Возможность осуществления бесконтактного нагрева, когда источник и нагреваемый объект расположены на значительном расстоянии. Это позволяет производить нагрев в исключительно чистых условиях в любых газовых средах, в вакууме или под давлением.
2. Наличие световых потоков высокой плотности, с помощью которых удается подвергать высокотемпературному нагреву большинство тугоплавких материалов.
В оптических печах с лампой ВКсШ-10000 удается получить мощность в фокусном пятне в пределах 1,0—1,7 кВт при диаметре пятна 60—90 мм. Средняя плотность излучения около 30 Вт/см2, максимальная плотность излучения 85 Вт/см2. Оптимальная частота тока для питания ламп ВКсШ-10000 — 5,28 МГц. При использовании в оптических печах более мощных источников суммарную мощность в фокусном пятне диаметром 30 мм можно получить равной 6,1 кВт при средней плотности излучения 860 Вт/см2.
Другой большой группой технологических процессов, реализуемых с помощью индукционной плазмы, являются плазмохимические процессы. При высоких температурах, характерных для плазмы индукционного разряда, все вещества находятся в состоянии атомов и ионов и поэтому химически очень активны. Следовательно, плазму можно рассматривать как источник положительных и отрицательных ионов, в котором могут протекать химические реакции.
Процессы, протекающие в низкотемпературной индукционной цлазме, особенно перспективны для осуществления тех химиче-
39
с к их реакций, в которых равновесие смещено в сторону высоких температур; скорости возрастают с повышением температуры (с этим обстоятельством связаны малые габариты плазмохимиче-ской аппаратуры); необходимо обеспечить особо чистые условия например, в производстве полупроводниковых материалов.
Процесс окисления рассмотрим вкратце на примере получения двуокиси титана ТЮ2 с использованием плазменной технологии. Этот процесс в настоящее время реализован в Советском Союзе на опытно-промышленной установке [17]. Пигментная двуокись титана, полученная гак называемым хлорным методом с применением индукционой плазмы, по основным показателям превышает качество пигмента, полученного сернокислотным методом. Суть процесса заключается в окислении тетрахлорида титана в потоке индукционной плазмы кислорода: ТЮЦ + С)2 = Т1О2 + 2СЬ.
Полученный порошок пигмента ТЮа собирается в фильтрах. Мощность опытно-промышленной высокочастотной установки составляет 160 кВт, производительность установки 3000 т пигмента в год. Для осуществления промышленных масштабов производства необходимы индукционные плазматроны мощностью до 1000 кВт с производительностью до 30 т пигмента в сутки.
Аналогичный по протеканию реакций окисления метод используется также в производстве особо чистого кварцевого стекла [24]. В качестве исходного сырья используется тетрахлорид кремния, который сжигается в кислородной плазме в соответствии с реакцией SiCU -f 02 = Si02 + 2С1г.
Кварцевое стекло Si02 получается в виде растущего моноблока, расположенного по оси плазменной горелки. Мощность установки 25 кВт, частота тока 4 МГц, диаметр выходного отверстия плазматрона 3,8 см. Оптимальные результаты получены при расходе плазмообразующего газа (кислорода) 43 л/мин, расходе SiCU 0,5 л/мин. Диаметр моноблока около 5 см, скорость роста 5,8 мм/ч.
Индукционная плазма водорода может быть использована в процессах восстановления хлоридов и окислов металлов. Продуктами восстановления тетрахлоридов кремния и германия являются порошки кремния и германия, причем чистота конечных продуктов определяется чистотой исходного сырья. Степень превращения хлорида в металл 90—100%, оптимальная температура 3500-4500 К.
Известны также плазменные способы получения нитридов. Так, в работе [3] описано получение нитрида алюминия в азотной плазме индукционного разряда, куда вводится порошок алюминия с размером частиц 20—80 мкм. Процесс образования нитридов идет на поверхности частиц алюминия при температуре до 2500 К.
5. ИНДУКЦИОННЫЕ
ПЛАЗМЕННЫЕ УСТАНОВКИ
Индукционную плазменную установку можно разделить па следующие основные элементы или блоки:
