автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Покрытия на основе неорганических стекол для элементов конструкции газоразрядных камер технологических СО2-лазеров

санкт-петербургский технологический институт

На правах рукописи Ермилов Валерий Иванович

' ПОКРЫТИЯ.НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКОЛ }Щ ЭЛЕМЕНТОВ- КОНСТРУКЦИИ ГАЗОРАЗРЯДННХ КАМЕР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ С02-ЛАЗЕР0В

Специальность 05.IV.II - тохяология салакат-!шх и тугоплавки:; пемоталлч--чоскп" материалов

АВТОР Г; Ф Е Р А Т дассс-ртацки пи сопгизкио ученой степени кандидата ъс^пмческях азук

. -II <|7,_П'*".-.,тт:т:утг- тпоо п

Работа выполнена в Филиале института атомной энергии И.В.Курчатова и Институте химии силикатов им.И.В.Гребен -щикоза.

НаучниЬ руководитель:

кандидат тзхничэошс наук. ГЫвзнер Бор::с

с. к. с. Залманович' '

Официальные оппоненты:

доктор технйчзекит наук, . Кузнецов Александр профессор Иванович

кандида! технических цаук, Клвев Валентин с. н. с. Павлович

Ведущая оргеназация Научно-ьсслбдовательский институт

электрофизической аппаратуры им. Д.В.БфремоЕа

3-щитэ диссертации состоится 19Э2 ъ

чрсоб на заседании слАЦиали&ироваЙюго сове/в К 1563.25.ОС в Занкт-Петербургскоч технологическом институте. Адрес: И3013, С-Петербург, Загородный пр., 49,

С диссертацаеС можно ознакомиться в библиотеке техно- . логического института.

Отзывы на автореферат в.одной эксземпллрч, заверенные -гербовой печать», просим направлять по адресу: 198013, С-Петербург, Загородный пр., 49, Учений совет.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного Совете. ] И.АЛуркин

Сл.

Актуальность теми. Среди новых технологических процессов одно из ведущих мест занимает лазерная технология, диапазон использования которой является одним из факторов научно-технического прогресса. Для более широкого внедрения в различные отрасли народного хозяйства с целью интенсификации процессов сварки, резки, закалки и др. необходимо повысить надежность и эффективность лазерных установок, в частности Оыстропроточннх газоразрядных С02-лазероп на постоянном и переменней, токе.

К технологическим параметрам, способствующим улучшению рабочих характеристик лазеров, относятся ресурс работы и надежность элементной базы газоразрядных квмер- (ГРК) установок. Некоторые элементы ГРК (электроды, резисторы, панели охлаждения) работают в условиях воздействия больших , температур и температурных градиентов, электрических полей высокой напряженности, ионизирующих излучений и нуждаются в надежной электроизоляции. Проблема защиты осложняется тем, что эти узлы выполнены из нержавеющей стали аустенитного 'класса с высоким ТКЛР и имеет сложную ферму.

Традиционные изолирующие материалы (керамика, стекла и др.), используемые в лазерной технологии, зе зеегда обеспечивает необходимый уровень зэщиты. в настоящее время для изготовления промышленных электродов Э-2 для лазеров постоянного тока применяются алюмооксидные керамические материалы (ВК-94-1, ВК-94-2). к:торые имеют невысокую термостойкость, дороги, нетехнологнчны.

Разработка и применение новых темперзтуроустойчивых электроизоляционных покрытия имепт важное практическое значение для создэн::я узлов г деталей разрядных камер, обеспечивающих высокую работослособносг;ь и ¡фиктивность лазерных комплексов.

иель рэботь.. Изыскание и обоснование ьлбера электроизоляционных материалов, работоспособных в виде покрытий на различны", элементах ГРК технологических С02-лэзепсз постоянного и переменного тока. Разработка на оснсво эти:: покрытий перспективных рабочих узлов нового конструктизно-техлг'лсгическогс решения и чх испытание на физических сте4-

дах я голупрокаш-енныг установках.

научная новизна работы. Установлены;критерии работоспособности и ьыбороэлектроизоляционных материалов и покрытий, опрвделены их количественные показатели.

Исследованы профиляр/юдие свойства, выбранрых и создан-' ных материалов и покргий, сх зависимость ст химического и фазового составе и связь с критериями работоспособности

Расчетным методом получена оцекка гермонапря^енного состояния ситаллбвого покрытчя ча различных участках влектсодного ЭЛЗМ9НТ8 штыревого типа: на плоскости, на бо-ювой поверхности, в зоне "шт;:ря-эмиттеран.

Научно обоснованы новые конструкторско-технол^гические решения электродов, резисторов, панелей охлаждения для ГРК С02-лазеров различного типа* обеспечивающие высскуь 1ех-нолоппность и эффективность рабочих узлов. .

Создано стеклокзрвмичяское покрытие СК-ЮО-1 и высокой , диэлектрической проницаьмоотыв для электводь^х элементов С02-лаз9ров переменного тока.

Практически« результаты работы. Определенны классы ма-терислов, перспективные для использования в виде диэлектрических покрытий узлов электрофизических установок; выбраны и. разработаны стеклокристалличьские и стеклоке-рамичьские.покрытия, удовлетворяющие требованиям эксплуатации в разрядных камерах технологических СО?-лаззров: отработана технология этих покрытий.

Использование ситвлловшс сокрытий позволило разработать и реализовать р виде макетов и опытных образцов перспективные варианты электродных элементов, резисторов, панелей охлаждения принципиально нового конструкторско-технологического решения.

На основании анализа термонапряженного состояния защитного покрытия электрода даны практические рекомендации для повыпения термомеханической прочности покрытия и работоспособности электродного элемента штыревого типа для С02-лазеров постоянного тока.

Разработаны методики и созданы лабораторные установки для проведения ресурсных и экспресс-испытаний покрытий и

узлов в условиях тлеющего разряда.

Манаты и опнтнче образцы испытаны на физических стендах и в полупромышленных установках и показали преимущество, по срчвнеиию с существующими электродами, резисторами, панелями охлаадепия по технологичности, эффективности, васо-. габаритным характеристикам.

Агробанк* работн. Основные результаты работы докладывались на XI Всесоюзном совещании ио жаростойким покрытиям -(г. Тула, рюнь 1983г.), на Всесоюзной конференции: "Физико-химические аспекта жаростойких неорганических покрытий' (г.Запорожье, май 1986г.), иц 3-рй Всесоюзной 'конференции: "Пряменьние лазеров, з народном хозяйства" (г. Шат^а, декабрь .1989г."), на проблемном семинаре по жаростойким покрытием (г. Ленинград, ;ИХС АН СССР, май 1991г.).

Публикация. По томе диссертации опубликовано 7 рвбот, получено 3 Авторских свидетельстве СССР.

• объем и структура работы. Диссертация состоит .из введения, семи глав, основных выводов, списка цитируемой лите-' ратурн (112 наименований), 2 актог внедрения. Изложена на 132 страницах мапиноцисного текста, содержит 24 таблицы, 62 рисунка.

Содержанке работы

во введении дана обдая оценка состояния проблема, подчеркнуты преимущества технологических лвзеров перед традиционными методами обработки материалов, обоснована актуальность разработки различных узлов разрядных камер, обеспечивавших высокую эффективность газовых лазеров, в первой главе рассматривается современный уровень развития лазерной технологии, описываются конструкции электродных систем различного типа и осповные изоляционные материалы, испольсуемые в газоразрядных кокерах электрофизических установок. Определены технические трэбоваьия к электроизоляции у^лов и деталей ГРК СО^-лазеров. Устгновлены качественные критерии работоспособности защитных покрытий, иформулирсзачы цели л этапы работы.

вторая глава представляет лобой обзор сущемвувщях электроизоляционных материалов и покпытнй. Рассмотрены оснгв"Уе

эксплуатационные свойства органических, неорганических и органо-чеоргаьических материалов. ОСосгованя необходимость создания новых технологичных защитных материалов г покрытий, :пособнах успешно работать в условиях тлеющего рэг'ряда. в третьей главе описывается стандартные и разработанные ' методики определения профилирующих свойств гсследуемых материалов и покрытий на их основе: элзктроф"зических. (р^, е, 1д О, Е термоиеханкческих ;дТ), фиьико-механическг.х (сизг' °к* чсц' екп' Дилатометрических (ТКЛР, Тд, Тм), теплофизических (V). Устойчивость материалов и покрытий в плазме тлеющего рззряда исследовалась методом распыления в полом катоде и методом распыления под катодной сеткой. Работоспособность опытных образцов с покр"тилми изучалась на лаборатории:-; стендах и экспериментальных С02-лазерах. Четвертая глава посвящена анализу и обосновании выбора типа электроизоляционных .материялов для узлов и дет&лей ГРК' Си2-лазеро8 на постоянном токе. Изучеьы свойства отдельных представителей элемеЕтоорганических, органосиликЕТКЫх мате- , риалов, неорганических ^осфгтных вянущих, неорганических стекол, керамических материалов, обладающих ■ высокими изоляционными свойствами и отличающихся по дилатометрическим параметрам. По результатам предварительных испытаний опытных электродов с различными покрытиями в качестве наиболее перспективных для изоляции узлов разрядных камер выбраны электроизоляционные покрытия на основе неорганических оксиднчх стекол (ПСТ135-1, ПСТ125-1, С-102, С-120, К-17). Далы количественные характеристики критериев работоспособности защитного покрытия.

пятак глава посвященя исследованию профилирующих свойств и работоспособности выбранных стекловидных и стеклокристзлли-ческих покрытий.

Кэ рис Л приведены температурные зависимости удельного объемного электросопротивления покрытий. Для всех покрытий наблюдается экспоненциальный спал ру с ростом температуры с характерным изломом кривых в интервале 200°С, вследствие перехода от примесной электронно-дырочной проводимости к собственной проводимости. Дополнительная

термообработка повышает содержание кристаллической фазы с 15-20% (покрытие ПСТ135-1) до 80-90% (покрытие ПСТ125-1), что способствует увельчениг так как при кристаллизации происходит связывание основных переносчиков тока в кристаллическую фазу и обеднение этими ионами остаточной стек-лофази. Экспзриментально установлено, что максимальный прирост обеспечивает дополнительная термообраотка по оптимальному режиму (7по°С, 2-3 ч.).

Диэлектрическая проницазмость е а ■тангенс угла диэлектрических потерь гд 0 покрытий с ростом температуры до некоторой критической температуры (Ткр) изменяются незначительно и находятся.в предрлах 4,5+6,0 и 5-Ю"'г+5-10"'; у ситалловнх покрытий ПСТ135-1, ПСТ125-I (Т «200+250°С) и

о о кр

6,5+5,0 и 3-Ю ° + Ю й'у покрытия С-Ю2(ТКТ5»300+350°С). При температурах выше Ткр для всех материалов наблюдается .резкий рост диэлектрических параметров, вследствие увеличения вклада тепловой ионной поляризации, приводящей к росту миграционных потерь.

При повышенных температурах (>300°С) при приложении электрического поля-высокой напряженности (Я0° В/см) через материалы оксидного типа еще до наступления электрического пробоя начинают протекать ионные токи утечки. Информация о тепловой стадии области ионной проводимости имеет большее значение для оценки соответствия диэлектриков оксидного типа требованиям эксплуатация по критерии электрической прочности. Зависимость ионных токов утечки ст температуры и напряжения для ситалловнх покрытий приведена па рис.2.

Температурная зависимость электрической прочности (Епр) наследуемых покрытий толщиной 0,4+0,6 мм представлена на рис.3. Получение данные хороио согласуются с теоретическим!. данными о температурной ^звисшюстя электрической прочности для стекол я кристаллических матзриалов: К покрытия ПСТ135-1 определяется остаточной птеклофазой, а ЕПГ) покрытия ПСТI25-I - кристаллической фазой.

По уровлю элрктроизоляциоиных свойств стекл.кристел -личеслое покрытие ПСТ125 I и бесщелочное покрытие С-102 удовлетас-ряют требованиям эксплуатации в разрядных кямера'х

ла^еров постоянною тока

Термомехан"чеокая стойкость защитного покрытия электродного элемента (основного узла ГРК ) - это компльксый пэраметр, который определяется величиной механических напряжен;:« в покрытии, прочностными сьойсиами покрыткя и ■ механической прочностью самого материала покрытия.

Для определения уросня механических напряжений, разви-ваюцихся в защитном покрытии в процессе изготовления и эксплуатации ялектро.;а, "роведена оценка термонаприжен-ного состояния покрытия штыревого катода ' засчитаны и проана.пизированц технологические и эксплуатационные напряжения на плоскости, на ооковой поверхности, в зоне "штыря-эмиттера". На рио.4 представлены технологические напряжения в ситалловкл покрытиях ПСТ12Е-1 с разным режимом получена;;.Кок вадно, напряжения в покрытии на плоскости и тангенциальные напряженил в. эмиттерной зоне ое^п'чЕляют^я-сжимающими, а на боковой пов°рхности и б зоне эмиттера в радиальном направлении развивается опасные растягивающие напряжения а ог^п), соответственно. Термообработка

при более высоко? температуре приводит к развитию больших п. величина остаточных напряжений сжатия и растяжения.

Техрологичэскиз напряжения. в покрытии ПСТ135-1 определены с помощью специальной расчетной программы, учиты-вгющей протекание вязкоупругих и релаксационных процессов при обжиге и охлаждения покрытий с высоким содержанием -стекловидной фазы. Резкое изменение ТКЛР покрнтия в области Тд приводит к изменению знака напряжений в этом температурном диапазоне: покрытие за плоскости находится в сжатом состоянии при температура меньше 400°С к в растянутом состоянии при температуре больше 400°С.

Эксплуатационные напряжения вызываются не только различием дилатометрических свойств покрытия и подложки, но и неизотермическими температурными полями,возникающими в электроде.Е процессе работы в эмиттерной зоне развиваются радиальные и тангенциальные напряжения другого знака по сравнению с • соответствующими технологическими напряжениями,что приводит к их частичной компенсации.Эксплуатацкон-

ные растягивающие напряжения на боковых поверхностях электрода превосходят на 5+10 МПа технологические напряжения в том же температурном интервале (400+450°С). Полученные данные подтверждаются тем, что сколы покрытия происходят при работе узла, а не в процессе формирования.

Для оценки работоспособности ситалловых покрытий по критерия механической прочности, расчетные данные были сопоставлены с реальными прочностными свойствами покрытий. Полученные в ИХС АН СССР и ИПП АН УССР данные по физико-механическим свойствам ситаллово.го покрытия ПСТ135-1 (ко-гезионная прочность ок,адгезионная прочность г , критическая деформация eRp) позволяют сравнить их с уровнем расчетных напряжений, выбрать режим термообработки и толщину покрытия, обеспечивающие высокую работоспособность узла.

Установлено, что термообработка по оптимальному режиму .(700°С,2+3 часа) в 1,5+2 раза повывает когезиоЕную прочность покрытия ПСТ135-1 толщиной 0,3+0,35 мм, которая значительно превосходит растягивающие напряжения, развивавщи-еся в покрытии (130+140 МПа 'я 40+50 МПа, состветствэнно). Термообработка при 750UC приводит к развитии больших по величине растягивающих напряжений, которые становятся соизмеримы с когезионноП прочностью покрытия. Исследование работоспособности опытных электродов подтверядает эти выводы.

Термостойкость стекликристаллически;; покрытий в среднем не 3G0+350°C превышав? термостойкость стекловидных покрытий. Проанализиоовэц характер разрушения покрытий на плоских и вапуклих поверхностях. С ростов толщины слоя до 0,35+0,45мм термостойкость покрытий остается, практически, на одном уровне, а загзм монотонно уменьшается.

Аналиг термоьачряяенно.о состояния покрытия члектрсда показывает, что целостность покрытия и работоспособность узла в значительной стзпепп определяется оптимальным соотноиенпем ди^атситтри-еских сяоГств покрытия и подложки, уровнем и характером напряяенпй в системе, прочностным" свойствами покрытии. Установлено что,по критерию механической прочности и термостойкости только ситалловые покрытия удовлетворяет требованиям эксплуатации.

Коэфцмциечт теплопроводности (X) исследуемых материалов и покрытий находился на уровне 0,8+1.1 Вт/м-град (ПСТ и5-1) и 0,ь+0,8 Вт/м-град (С-а02) при комнатной '»змпэ-рэтуре. Дополнительная термообработка (700°С, "часа) почтк в 1,6 р^з& повышает теплопроводность оиталлового покр-тия ПСТ125-1 за счет роста содержания кристаллической фазы. Характер зависимости теплопроводности от температуры для исследуемых ьагериалов одиьагов; о ростом температуры до 400°С X ионотонно-увеличивается в 1,5+2 раза.

Р?слылзние стекловидных и стеклокрис,?аллических материалов в плазме веющего рэпряда исследовалось двумя методами, с полом катоде и под катоднбй сеткой. Испытания в в широком дкзпззоке режимов показала, что исследуемые материалы в виде пократлй и образцов-монолитов устойчивн к распилеш:», которое определялось спектральным и весовым методами. Для образцов имитирующие рабочую зону электрода-"ьмиттер-эдаль" зарегистрировано растление атомов покрытия (кремнии для ПСТ135-1 и бора для С-102), которое может бить вызвано как чоздсйствикм плазмы разряда, так и термическим испарением материала в контактной зонэ Проведенные эксперименты говорят об устойчивости эмалей в тлеящем разряде, югда че» прямого контакта с эмлттером. 3 зонах соприкосновения распыление возможно,хотя механизм его пока не ясен.

Работоспособность опытных катодных элементов штыревого типа проверялась Н5 лаоорьторном стенде при более высоких' токовых нагрузке* по сравнению с технологическими лазерами типа ЛТ-1. Ресурсные испытания показали, что катодные элементы со стекловидными покрытиями выходят из строя через 30-40 мин. при плотности тока 25ЭшА/см2 лз-за сколов покрытий на боковых поверхностях. Наилучшую работоспособность имеют электроды с ситалловым покрытием ПСТ125-1, полученным по оптимальному режиму термообработки: онл сохраняют работоспособность в течение 40+60 часов при плотьости тока 400+45СтА/см2. Стандартные электроды Э-2 при этих режимэх выходя? из строя через 1,5+2 часа из-за растрескивания керамики в энкттерных зонах.

Проведенное комплексное исследование позволяет выб-

рать из группы материалов ь качестве базовых составов для электроизоляции элементов конструкции ГРК С02-лазеров на постоянном токе ситаллозгз покршил ПСТ135-1, ПСТ121-1. Шестая глава посватана разработке состава, исследованию профилирующих свойств и работоспособности стеклокерами-че^кого покрниля СК-100-1 для электродных элементов ГРК С02-лазеров с самостоятельным разрядом переменного тока

Из группы исследуеых диэлектрических материалов кварцевое стекло, ПСТ135-1, К-17, 1-102, керамика Т-150) ни один не удовлетворяет техчическим требованиям к покрытию электродов емкостного типа. Низкая работоспособность опытных электродов с покрытиями на сснове неорганических стекол обусловлена невысокой диэлектрической проницаемостью материалов покрытий (е=5+6), а злектродныэ' элементы с /ррэми-часким облицовочным покрытием выходят из строя вследствие низкой тормомехагичеикой прочности материала (дТ=250°С). При кспытени!1 электродов с этими покрытиями достигнуты плотности тока } пА/сч2 при напряжении на слое 6-8 кВ, что недостаточно для организация эффектного тлеющего раг-ряда■переменного тока. Более высокие плотности тока могут быть достигнуты за счет снижения толщины изолирующего слоя или увеличения диэлектрической проницгемости. материала.

Использование б9сщзлопного бариевосиликоЗоратного стекла марки С-102 позволило получить стеклокерамическое покрытие • СК-100-1 с высоким & для изоляции электродов емкостного типа. Для повышения диэлектрической проницаемости в • качестве керамических добавок-наполнителей -испыты-вались титанаты щелочноземельных .металлов. Наиболее ;ехно-логичное покрытие было получено при- введении в ссзтэв стекла титанята стронция, легированного аксгдом кальция (марка керамики - Т-250).Покрытие формируется методом алн-керно-обжиговой технологии.

Электроизоляционные свойстве покрытия определялись по ГОСТ 6433.-71 и ГОСТ 6433.3-72 с использованием стаидартюР трехэлектродной система. На рис.5 приведена температурная зависимость удельного электросопротивления покрытия СК-100-1. Введение в стекломатрицу С-102 керам.:ческоги

наполнителя практически не ухудшает ру материала. Даже при 300°С ру покрытия составляет «10*°0м-см.

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь покрытия CK-I00-I с ростом температуры до определенной критической (Т .) изменяются незначительно и находятся в пределах 22i3 и Ю~3+5'Ю~3, соответственно. При температурах выше критической (Ткр£и 200°С, TKplaö« 150°С) наблюдается характерный рост параметров.

Температурная зависимость электрической прочности стеклокерамкческого покрытия в сравнении с другими приведена на рис.6. Высокая электрическая прочность покрытия CK-I0Ü-I в широком температурном диапазоне (20+ 350°С), объясняется отсутствием в материале щелочных оксидов. Таким образом, по уровню электрофизических свойств исследуемое покрытие удовлетворяет требованиям эксплуатации.

Дилатометрические свойства измерялись на' : кварцевом дллатометре марки 'ДКД с малым измерительным давлением и составляют: . ШР -(1С5±3)-Ю'^К"1 в интервале^. 20+400°С; Te*540QC; •Тм=60р°С.-: '■/■•''.• ' ;

При определении термостойкости. покрытия- методом теп- • лосмен установлено, что на плоских, поверхностях разрушение (сгэлы) происходит при резком охлаждении от температура 450т500°С под действием снимающих напряжений, а Па выпуклых , поверхностях -.при резком охлаждении от более низких .тем- . пер^тур (на ■50°С+100°'С) под действием р&стягивающих напряжений. Введение керамического наполнителя повышает термостойкость покрытия, по сравнению с C-I02, на 150-200°С.

Эксперименты по распадению' образцов материала и образцов-пластин с одностороь.шм покрытием в полом катодг и под •сатодной теткой Б широком диапазоне режимов показали, что созданное покрытие устойчиво в плазме "левщего разряда.

Работоспособность опытних электродов двух типов про-всрялас: на лабораторном физическом стенде. Ресурсные испытания показали высокую работоспособность и эффективность т; убчатш и плоских электродных элементов с созданным покрытием: при давлении азота 40+ 6С Topp покрьтие позволяет на частоте 10 кГц прэп^скать через плазму переменный ток

р

плотностью ¿10 шА/сн при нгпряжепы нз слое 4+5 кВ.

Проведенные исследования показывают, что стеклокерами-ческое покрытие CK-I00-I удовлетворяет требованием эксплуатации. и может быть использовгно для изоляции электродных элементов С03-лазерсв переменного тока.

Электроды емкостного типа, как правило, выходят из строя из-за электропробоев покрытия и переход? тлеющего разряда в дуговой режим. Было высказано првдпо..охзние, что причиной снижения электрической прочности является ионизация газа (воздуха) в замкнутых порах покрытия. При работе электрода к изолированной поре приложено опрецелв"ное рабочее напряжении и . которое может вызывать ионизацию воздуха в объеме пори при- условии, если Jp^npo(3oi,- Проведенные расчеты и анализ полученных результетов позволяют установить, что с уменьшенном размера пор увеличивается критическая плотность тока, при которой происходит ионизация газэ т увеличивается напряжение пробоя поры. Уменьшение диаметра пор дол: но благоприятно влиять на работоспособность эмалевых покрытий. Полученные данные позволит оценить влияние пористости на качество покрытий.

сальная глава посвящена разработке элементов конструкции разрядных камер технологических лазеров различного типа и исследованию их работоспособности на стендах .. полупромышленных установках. •'

Использование стоклокристаллических и гтеклокерами-ческих покрытий позволило реализовать, в виде мэкетоЕ h опытных образцов, принципиально новые' конструктивно-технологические решения ряда узлов ГРК С02--лазеров.

Создан я оптимизирован катодный элемент штыревого типа с ситалловым покрытием (ПСТ135-1, ПСТ125-1») для лазеров постоянного тока. Конструкция эмкттируваей поверхности позволяет повысить однородность и устойчивость тлеющего разряда. Стендовые испытания показали хорошую работоспособность единичных опытных электродов.

Ресурсные испытания опытной катодной платы, состоящей из 65 эмалированных катодов, в течение 150 часов лри илот-сти тока 250шА/см2 показали удовлетворительную работо

спобность электродных элементов. Установлены причины выхода отдельных катодов из строя после 120+150 часов работы. Хотя, по ресурсу работы эмалированные катоды несколько уступают электродам Э-2 («150 и 200+250 часов), использование их в электродных системах лазеров и озонаторов постоянного тока представляется перспективным, учитывая их технологичность, возможность реставрации, более низкую стоимость.

Разработаны балластирующие сопротивления (резисторы) с покрытием ПСТ135-1 для стабилизации тлеющего разряда постоянного тока. Ресурсные испытания показали высокую надежность эмалированных резисторов: они сохраняют работоспособность при токовой нагрузке 200-250 тА/рез., что в 1,5+2 раза больше нагрузки на ПЭВ-100 в технологическом лззере ЛТ-1. Опытные резисторы превосходят промышленные ПЭВ-50 и ПЭВ-100 по эффективности теплоотводз, удельной рассоивэемой мощности (до 20 Вт/см2 ц 2+4 Вт/.см2) простоте и технологичности изготовления,' весогабаритным характеристикам.

Для обкладки катодных плат, и охлаждали? рабочей смеси лазеров' разработана панель охлаждения с ситалловым 'покрытием ПС. 135-.1-. ,ВЧ настоящее . время. ,для изоляции ' панелей охлрждения испольадется облицовочная керамика. на основе алюьобсронитрида-/ имеющая низкую механическую и эрозионную прочность. Ресурсные испытания в разрядной, камере техноло-„ гичзского -лазера ЛТ-1 показали хорошую работоспособность эмалированных панелей • охлаждения и • возможность их использования'в лазерной технологии.

для . технологического (^-лазера импульсно-псриодичес-кого действия разработан многостиревой катодный элемент со стеклокристаллическим покрытием " ПСТ135-1. Для стабилизации тлеющего разряда используется жидкостное бол..астное сопротивление.Ресурсные испытании опнттго катода г ГРК ИПЛ показали высокую эффективность и работоспособность узлэ. От используемого катода опытный катодный элемент выгодно отымается на'ежностью и технологичностью и г>: о ж е т найти пгименен..е в электродных системах лазеров этого типа.

Технологические сгоПства с.:тглловог<"> покрытия ПСТ135-1 позволили г: -< л а т ь лмалированниП катод трубчатого типо с

совмещеннымл балластными сопротивлениями для лазеров постоянного тока. Испытания опытной модели трехсекционного катода показали удовлетворительную работоспособность при плотностях тока до 150 гаА/им2. Повышение ресурса работы может быть достигнуто за счет оптимизации эмиттерного у^ла, Ряд конструктивных преимуществ (отсутствие внешних резисторов, эффективность теплоотьод4, компактность) позволяют применять его в электродных системах малогабаритных технологических лазеров коаксиального тина мощностью до I кВт.

Результатом оптимизации пг.ырелого катода является катодный элемент пальчикового типа, эмиттер и релистор которого размещен!' на "трубке с помощью покрытия ПСТ135-1. Такое конструктивно-технологическое реыение позволяет уменьшить габариты разрядных камер газовых лазеров. Ресурсные испытания на лабораторном стенде показали высокую раСо-спосооность комСинированных катодов, так как у них оксло-эмиттерныа слой эмали в меньшей степен;. подвержен воз-дейстьию эрозионных процессов.

На ¿азе стеклокерамического покрытая СК-100-1 разработаны трубчатая и плоская' электродные системы ля технологических С0,-лазеров переменного тока. Ресурсные испытания на физическом стенда показали высокую работоспособность опытных электродных систем: трубчатзя электродная системе позволяет пропустить через плазму переменный ток плотность« до I? пА/см2, обеспечивая объемные энерговкльды на уровне 70+15 Вт/см3. При этом тлеющий разряд остается рввпои'зрным и устойчивым. При испытании плоской электродной система достигнута плотность тока до 10-12 аА/сГМ , объемные энерговклады составили 7+9 Вт/см3. Высокие удельные энергетические характеристики, полученные в ходе натужных испытаний, говорят о высокой работоспособности и аффективности стекло-керамического покрытия СК-100-1, о перспективности использования разработанных электродных систем в разрядных камерах мощных С02-лазеров переменного тока. Основные результаты

I. Установлены критерии работоспособности диэлектрических материалов и покрытий для узлов газоразрядных камер техно-

логических С02-лаэеров на постоянном и переменном токе. Найдены их количественные показатели. '

. 2. Определены классы материалов, перспективных для применения в виде защитных электроизоляционных покрытий узлов и деталей электрофизических установок.

3. Для изоляции элементов конструкции ГРК С02-лазеров постоянного тока выбраны стеклокристадлические покрытия ПОТ 135-1 и ПСТ125-1. Найдено, что по комплексу свойств ситад-ловые покрытия удовлетворяют требованиям эксплуатации.

4. Разработано стеклокерамическое покрытие СК-ЮО-1 для . электродных влемевтов технологических СО^-лазеров переменного тока. Исследованы профилирующие свойства покрытия.

' Показана перспективность использования покрытия СК-ЮО-Х для электродов емкостного типа.

5. Получена оценка термонапряженного состояния ситалдовых •покрытий ПСТ135-1, ПСТ125-1 на/различных участках электродного элемента атыревого типа. Даны практические, рекоман-дтции для по.вывения'термомеханической. стойклсти покрытия и ресурса работц «гиревого ка<ода:, ' ' - ■ —•

6. Проввд'на .оценда влияния пористой; структуры на' работоспособность' Бмалевых покрытий. -Дави практические рекомендации для повывеиия.ресурса работы емкостных электродов.

7. Разработана экспериментальные методики и создйны лабора-_ торлые 'установкв для испытания материалов •, покрытий, узлов в условиях тлеюцего разряда. ■

8. Отработала' технология электроизоляционных покрытий на узлы и детага .сложной формы. Разработаны и реализованы в виге маке.тов и опытны* образцов принципиально новые конст-рукторско-технологизеш.Ь. решения электродных элементов, резисторсв, панелей охлаждения, обеспечивающие зысокую работоспособность,, надежность и эффективность узлов.

9. Проведены ресурсные испытания опытных образцов олектро-дов, резиторов, панелей охлаждения со стеклокристаллически-мн и стеклокерамическими покрытиями на физических стендах и полупромышленных ус:аноьках. Испытания показали, что комбинированный электеод, электроды емкостного типа, многоштыревой ка^д. оаллэ'.тнье 'сопротиьления, панели охлаждения

превосходят соочветстаукцир элемент;»' конструкции разрядных камер лазеров по »ффективнозтн, надежности, технологичности, юсогабаритпык характеристикам.

Результаты диссертационной работу опубликованы в следующих основных статьях и тезисов докладов:

'1. 06 использовании "^¡..лературсустоЯ-ивнх электроизоляционных покрытий в электрофизическом щ.ларатостроонни/Б.З.Пь-взнер,'Т.Е.Тимофеева, В.К.Ер.чилов и др.// Те: шерчтуроус-тоьчивые покрытия. Труды XI Всесоюзного соьеда;;и;~. по жаро-отоЯкик покрытиям, Тула, :.985г.-1.,Чаука, I985.-C.2II-2I5.

2. Физико-ме^аничьские, электрофизические свойства ситал-ового покрытия и его работоспособность в электродных элементах электрэразрядных газовых лазеров/Б.З.Певзнер,

B.И.Ермилов, В.М.Нйсторенко и др.// Тезисы докладов ia Всесоюзной конференции: "5из..ко-хииическии аспекты гаро-сгой:{их покрытий", Запорожье, IS36.- C.IP7.

3. Гаврилш В.Д., Ерь.илоз В.»., Певзнер Б.З. Разработка

и и-згштаниэ эмалиросапных элементов, для мощных быстропро-г точных СО^-лазероь с поп^ре .щда разрядом перемэннопо тола-частотой 10 к1"ц// Тезисы докладов на '3-,я{* Всесоюзной конференции: "Применение лазеров з'находкой хозлР:тве".-Щ?ту-IS89.-C.55-56.

4. Ермилов В.И.,-Нестеренко 3.Ü.; Пегзнер Б.З. Критерии работоспособности диэлектрического покрытия электродных элементов газоразрядные ггриборов//Электроняая техника, "Электровакуумные и газоразрядные .приборы".-1ЯЭ0. не* ш. 4.-

C.52-56. ;..-':

5. 0 возможности применения' д.агнкйал'пкофосфатного цемента з узлах электрофизических установок/В.И.Ермилов, DJUfec- • тер^нко, О.В.Шидловская, П.Ф.Руш:нцев//Неорганические материалы. -1389. -.«12. -С. 2081-2082.

6. Шидловская О.В., Румянцев П.5., Ермилов В.И.Применение ^.г-!н?алэдофос|*>атного цемента//Цемент.-1а83.--!Г°П.-С.18-х9.

7. Harpe?эстойкиЯ электроизоляционный материал на осгове :-<:агни ? алп:лофосфатных цементов/0.В.Шццловская» П.Ф.пуьл"~ цйч, В.'А.Ермилов, 3.М.Леотеренко//Цемент.-1991.-№5-6,-С.21-24.

адактросопротимвхия покртпкя.

Л/л / S 3 « s 6 7 в 9

4,0 \t 2.0 1,6 « 0.S

(KT OS',' /ЙГ} CJ/ptoTJ*)

F-c. i. ¡JtMCkaccib iroèti.-» токсь ст

тштчултура ш 'шртаечкя.

-1.2-

Ечр., *b/f*M

30

10

ю

-nCJiX5-( -KTVS-f(7WX,¿*i ■пет fZS-flHlOK.At)

cm

C«0

m too ж *eo sco Geo '>

Рис. 3. Температурная эьсисздостк мвхтрачве*с9

прочности исследуема noltpvtatíS.

JWj

m

100 zoo

300 400

SCO

ь6",МПа

to и

12

ptíovBTfi.X 6SU TCO

Рис. 4. Тммвдегическ*« мАпрасжя • стггеигг-ч

rtoffinttri с femвся Mpsoeíji '¡arm.

Смел»

Л>

M

<0

Ю*

to6

4-С WZ Z'CK iSO-f 3 - T-ZSÙ Ц-КЧ7

H iS i3 £S Я? ■ Л/ ~iS

Fas. В. Tuineisisypuw еавкадаость удбдьаого

, ыюятргсопрогамвиия покрутил CK-Ï00-I.

• • ' , , >

sc

<5©

* Я s

i-с /aí

К-ff

¿víi CCÍ

Ги;. G, Uiinerwtypaji З-ucsccctl мегфглмса про^язг,« ¡¡osp-'fM СК~](У-1.

29.ie.93f. 3t\37i-5(. рш ik синтез. у.осг.оесжаь