Особенности получения и обработки полых частиц в плазменных потоках тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи-)

ии34Э1671

1/

ГУЛЯЕВ ИГОРЬ ПАВЛОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ПОЛЫХ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКАХ

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 1 фЕВ 2010

Новосибирск - 2010

003491671

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор технических паук, профессор

О.П. Солоненко

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.В. Кудинов

доктор физико-математических наук, профессор В.Ю. Ульяницкий

Ведущая организация: Институт физики прочности и материаловедения СО

РАН (Томск)

Защита состоится «26» февраля 2010 года в 9.00 па заседании диссертационного совета Д003.035.02 по присуждению ученой степени доктора наук в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН.

Автореферат разослан «2./ » января

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук '3-л-г

И.М. Засыпкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современной индустрии конструкционных и защитных материалов получают широкое и эффективное применение порошки, состоящие из полых микрочастиц (полые порошки). Полые керамические порошки используются при производстве композиционных тепло- и звукоизоляционных материалов, легких строительных и тампонажиых наполнителей, элементов плавучести, взрывчатых смесей, а также представляют основу для катализаторов, адсорбентов, фильтрующих элементов, капсулирующих сред и т.п. Степень разработанности проблемы применения полых порошков относится к этапу, па котором постоянно расширяется круг востребованных научных и технических задач, в связи с чем необходимо гарантированное получение полых микросфер с заданным химическим составом и механическими свойствами.

Уникальным материалом в области нанесения теплозащитных покрытий методами газотермического напыления (ГТН) является диоксид циркония (стабилизированный оксидом иттрия). Применение полого порошка позволяет понизить требования к оборудованию, используемому для напыления, одновременно улучшив теплоизоляционные и прочностные характеристики покрытий.

Выполненный в диссертации анализ работ по рассматриваемой проблеме, представленных на крупнейших международных конференциях и опубликованных в ведущих зарубежных и российских журналах, показывает, что в настоящее время не уделяется достаточное внимание вопросам формирования полых частиц, их поведения в плазменном потоке и соударения с основой в условиях газотермического напыления. Специфика взаимодействия отдельных капель с основой, выраженная в малых размерах частиц и больших скоростях соударения, требует выполнения новых модельных физических и численных экспериментов. Все перечисленное выше определяет актуальность настоящей работы.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное изучение особенностей и закономерностей формирования, обработки и соударения с основой полых частиц в условиях плазменного напыления для повышения его эффективности. Достижение цели обеспечивается решением следующих задач:

экспериментальное и теоретическое исследование закономерностей формирования полых частиц при обработке в плазменной струе порошков оксидов, металлов и сплавов, состоящих из агломерированных частиц или частиц с развитой поверхностью;

численный анализ поведения полых частиц в плазменной струе с учетом расширения их газовой полости, определение влияния данного эффекта на динамику нагрева и ускорения частиц;

экспериментальное изучение соударения полых частиц 2Ю2 с полированной металлической подложкой в условиях плазменного напыления;

создание модельной экспериментальной установки и изучение на пей процесса соударения полых капель с поверхностью в диапазоне чисел Рейнольдса и Всбера, характерном для плазменного напыления;

создание теоретической модели растекания полых капель, позволяющей прогнозировать конечные размеры частиц с учетом действия сил вязкости, поверхностного натяжения, а также затвердевания расплава.

Научная новизна работы отражена в следующих результатах.

На основании проведенного анализа особенностей формирования полых частиц в плазменной струе выявлены закономерности этого процесса и предложена модель, позволяющая прогнозировать характеристики получаемого порошка.

Впервые выполнен численный анализ поведения полых капель расплава в плазменной струе с учетом расширения газовой полости при нагревании.

Впервые создана модельная экспериментальная установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полой капли с основой при числах Рейнольдса и Ве-бера, отвечающих условиям плазменного напыления, и проведен цикл модельных экспериментов.

Обнаружено повое явление - формирование кумулятивной струи при соударении полой капли с плоской поверхностью основы.

Разработана теоретическая модель растекания полых капель, позволяющая прогнозировать конечный размер частиц, которая удовлетворительно согласуется с экспериментом без введения эмпирических коэффициентов. Указан новый параметр -число Эйлера, который определяет характер растекания полых капель.

Методы исследования и достоверность полученных результатов. Решение поставленных в диссертации задач осуществлялось методами экспериментальной физики, численного и аналитического моделирования. Достоверность результатов не вызывает сомнений по следующим причинам:

в экспериментальных исследованиях применялись широко апробированные методы: высокоскоростная видеосъемка, трехцветовая пирометрия, времяпролетный метод;

результаты численного моделирования физически непротиворечивы, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, а также результатами других авторов (где это возможно);

основные результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на международных симпозиумах и конференциях.

Практическая ценность работы. Полученные результаты исследования особенностей и закономерностей формирования полых частиц позволяют целенаправленно изменять режимные параметры процесса обработки порошков с целью получения частиц с заданной морфологией. Обнаруженный эффект образования полых микросфер при обработке взвеси керамических частиц расширяет представления о механизмах формирования покрытия в условиях суспензионного плазменного напыления. Результаты экспериментального и теоретического исследования поведения полых частиц в плазменной струе и при соударении с основой имеют большое значение для проектирования и оптимизации процессов папсссния покрытий с использованием полых порошков.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментального и численного исследования особенностей формирования полых частиц из агломерированных порошков оксидов.

2. Результаты численного анализа поведения полых капель расплава в плазменной струе с учетом расширения газовой полости при нагревании.

3. Модельная экспериментальная установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полой капли с основой при контроле размера, температуры частицы и относительной скорости частица-основа.

4. Экспериментальные данные, полученные па модельной установке, характеризующие динамику растекания полых капель при соударении с основой, подтверждающие формирование кумулятивной струи в данных условиях.

5. Теоретическая модель растекания полых капель, позволяющая прогнозировать их конечные размеры с учетом действия сил вязкости, поверхностного натяжения, затвердевания материала в случае формирования кумулятивной струи, а также ее отсутствия.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы получены в рамках Программы 6.5 ИТПМ СО РАН па 2007-2009 гг. "Механика гетерогенных сред и папотехнологии", проект "Физико-химические основы формирования регулируемой микро- и наноструктуры при создании перспективных порошковых материалов, комбинированных покрытий и упрочненных поверхностных слоев"; Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН №90 на 2006-2008 гг. "Научные основы создания многослойных папоструктурпых покрытий и интерфейсов в гетерогенных материалах для работы в полях экстремальных внешних воздействий", Международного комплексного интеграционного проекта 2.9 СО РАН - НАМ Украины "Создание комбинированной технологии детонационно-плазменного напыления пано- и микрокомпозитных двухслойных защитных покрытий", Программы №8 Президиума РАН "Разработка методов получения новых химических веществ и создание новых материалов", проект 8.6 "Научные основы комбинированной технологии нанесения градиентных термобарьерных покрытий с напо- и микрокристаллической структурой холодным газодинамическим и плазменным напылением".

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 18-м Международном симпозиуме по плазмохимии (Киото, Япония, 2007), 4-й и 5-й международных конференциях по динамике потоков (Ссндай, Япония, 2007, 2008), Международной конференции по термическому напылению (Маастрихт, Нидерланды, 2008), 8-й и 9-й международных конференциях «Пленки и покрытия» (Санкт-Петербург, Россия, 2007, 2009), 10-й Международной конференции «Газоразрядная плазма и се применения» (Томск, Россия, 2007), 3-й Всероссийской конференции «Взаимодействие высококоицеитрированпых потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине» (Новосибирск, Россия, 2009), 7-й Всероссийской конференции «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, Россия, 2009), Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, Россия, 2009).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 14 работ, 4 из которых - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура п объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем составляет 136 стр., включая 44 рисунка, 5 таблиц и приложение на 9 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введешш обоснованы актуальность, научная и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований, их научная новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор работ, отражающих текущее состояние проблемы использования полых порошков в ГТН. Показано, что в настоящее

время известно большое количество способов получения полых сфер различного химического состава и размера как методами плазменной обработки, так и другими. Тем не менее подавляющее количество работ, описывающих такие процессы, не предлагает методов прогнозирования характеристик получаемых порошков. Известные публикации, посвященные численному и экспериментальному исследованию поведения плазменных струй, запыленных полыми частицами, используют методики, хорошо апробированные на плотных порошках. Однако данные работы не рассматривают такую важную особенность полых капель, как расширение при нагреве внутренней газовой полости, что не позволяет оценить значимость влияния этого явления на динамику нагрева и ускорения частиц. Лишь единичные работы посвящены изучению соударения полых капель с плоской поверхностью, по этой причине процессы, сопровождающие данное явление, остаются практически пе изученными. Такое положение дел затрудняет верификацию разрабатываемых теоретических моделей и препятствует созданию адекватных инструментов прогнозирования свойств конечного покрытия.

Учитывая вышеизложенное, отмечается необходимость решения поставленных в диссертации задач для эффективного использования полых порошков в области ГТН.

Во второй главе рассмотрены особенности получения полых частиц при обработке в плазменной струе порошковых материалов на примере 2гСЬ, 8Юг, №, Со№СгА1У: основным условием для формирования полых частиц является достаточное содержание газовой фазы в исходном порошке.

В разделе 2.1 рассматривается один из эффективных методов получения полых частиц - плазменная обработка агломерированных порошков, па примере 2Ю2. Частицы исходного порошка оксида циркония (рис. 1, а) представляют собой агломераты диаметром О 0 =50-150мкм, состоящие из склеенных зерен размером 3-5 мкм. Отдельный агломерат содержит порядка 103-105 зерен, средняя объемная пористость исходного порошка составляет 45%.

TV 4 ч " „ I - , - , . . 4W ^

г - ) . . J v V '

» (iL

'S

, .... . : ^—rS1

Рис. 1. Характерный вид порошка 2Юг-исходный агломерированный, снимок СЭМ, б - прошедший обработку в плазменной струе, снимок оптического микроскопа.

На рис. 1, б можно видеть, что частицы порошка Zr02, подвергнутые обработке в плазменном потоке, оптически прозрачны, имеют гладкую поверхность без отверстий, внутри находится единая газовая полость; частицы сохраняют исходный диаметр 50-150 мкм либо дробятся вплоть до размера 5 мкм с толщиной оболочки Ар , равной

10-20% от диаметра частицы £) . Отношение массы газа к массе частицы в исходных агломератах 2г02 находится на уровне т /т = 2-10~4, а при температуре плавления материала (Г;,„, =ЗОООК) тк/тр= 2-10 5.

В целях изучения особенностей получения полого порошка ТгО^ были проведены эксперименты по применению плазмотронов линейной схемы с радиальной ин-жекцией порошка иод срез сопла и двухструнной схемы с аксиальной инжекцией (па расстоянии 25 мм от зоны смешения токоведущих струй). При одинаковых мощност-пых характеристиках плазмотронов (азотная плазма, тепловая мощность Рг = 45 кВт и производительность С2Юг =20 кг/ч) средний размер получаемых полых частиц в

первом случае составил 20 мкм, а во втором - 44 мкм. Причиной менее интенсивной дезинтеграции агломератов в случае аксиальной инжекции является предварительный «мягкий» радиационпо-кондуктивный нагрев частиц, предшествующий их попаданию в высокотемпературную область, благодаря чему термо- и баронапряжения менее выражены.

Для дальнейшего изучения полученный полый порошок был разделен на узкие фракции с помощью набора сит 45-90 мкм. Оценка безразмерной толщины оболочки частиц 8 = Др / йр производилась посредством определения их эффективной плотности рс„ =—- = р2г0г & -(1 _2<5';))3], где т , V - масса и объем отдельной частицы,

Ръл ~ кристаллическая плотность оксида циркония. Средняя по фракции эффективная плотность рш вычислялась путем измерением массы и объема порции порошка с помощью погружения его в жидкость.

Для решения задачи прогнозирования размеров получаемых полых частиц предложен следующий сценарий их формирования, основанный на предположениях об открытом характере пористости исходных агломератов, их равномерном нагреве и отсутствии дезинтеграции. Агломерат с начальным диаметром Ор0 и объемной пористостью р имеет объем пор О;3)0р, заполненный газом. По мере нагрева газ

расширяется и покидает объем пор; в момент плавления материала частицы образуется жидкая оболочка, которая фиксирует (капсулирует) массу захваченного газа т =УцоРкОгт^' где рв(Тт) - плотность газа при температуре.плавления материала Тш и атмосферном давлении. Газ, захваченный оболочкой, объединяется в единую полость, а его состояние описывается уравнением Клапейрона — Менделеева. Внешний диаметр капли Ор и безразмерная толщина оболочки 8 определяются балансом

сил давления в газовой полости, поверхностного натяжения на обеих поверхностях оболочки и атмосферного давления :

КТШ 4 а

/

мх(тш)к/б-п;,а-28ру ор

1+- 1

V '-Ч;

0, (1)

где М (Тт) - молярная масса газа при температуре плавления материала, Л - универсальная тазовая постоянная. Далее полученное уравнение решается численно от-

посителыю Ор с использованием условия сохранения массы материала частицы, связывающего величины О и 8 :

/Л-(\-2д],)})=пи1-р).

(2)

Анализ предложенного сценария >, рмироваиия полых частиц показывает, что в силу закона Авогадро размер полой частицы не зависит от вида газа-наполнителя. Численные расчеты для агломератов Х1'02 привели к следующим выводам, которыми следует руководствоваться при прогнозировании размеров получаемого порошка:

внешний диаметр полых частиц Ог практически равен начальному размеру О 0 (отличается на 2-10%) и слабо зависит от начальной пористости;

толщина оболочки получаемого порошка определяется исходной пористостью агломератов.

На рис. 2 представлено сопоставление результатов расчетов и измерений средней толщины оболочки в различных фракциях порошка 2|'СЬ: средпеквадратическос отклонение составляет 18%, причем завышенные значения измеренных толщин могут быть связаны с присутствием в исследуемых порошках плотных частиц либо осколков разрушенных частиц.

В качестве метода классификации полых порошков но относительной толщине оболочки, а также отделения плотных частиц, предлагается использовать гидростатическое разделение.

0.24 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.1« 0.06 0.04 0.02 0.00

О , (ни

30 -III 50 60 70 КО 40 то Рис. 2. Средняя толщина оболочки частиц различных фракции полого порошка ZЮ^: измерения (точки) и расчет (пунктирная линия).

Рис. 3. Схема суспензионного инжектора. I - сосуд с суспензией, 2 - газовая магистраль высокого давления, .1 - инжекторы, 4 -плазмотрон.

В разделе 2.2 показаны возможности получения полых частиц диаметром в десятки микрон при плазменной обработке порошка субмикропного размера па примере Б Юг (средний размер исходных частиц 1 10 им). Введение такого порошка в плазменную струю традиционным методом, с использованием несущего газа, сопряжено с принципиальными трудностями. По этой причине нами был изготовлен специальный инжектор (рис. 3), который иод давлением вводил водную суспензию порошка в высокотемпературную область плазмы линейного плазмотрона. При дроблении струя суспензии формирует капли размером в десятки микрометров, содержащие в себе частицы БКХ После испарения жидкости формируется каркас-агломерат исходных частиц, и происходит дальнейшее образование полой капли 8Ю> согласно рассмот-

репному пышс сценарию. Средний размер полученного порошка составил 01 = 56 мкм , а средняя толщина оболочки = 0,1 1.

Таким образом, в одном технологическом процессе удалось объединить два этана получения полых частиц: формирование агломератов, состоящих из мелких зерен материала, и последующее образование полых капель.

15 разделе 2.3 рассмотрены результаты плазменной обработки порошков металлов и сплавов с высоким содержанием газовой фазы.

I? качестве таких материалов были использованы порошок никеля ПНЭ-1 с высокой удельной поверхностью Б = 0,208 м2/]", а также порошки Со№СгА1У и N4 после механической обработки в планетарной мельнице ЛГО-3 (ускорение 80# в течение 15 е.), что обеспечило отношение массы сорбированного газа к массе материала тк / тр = 2 -10"'.

Плазменная обработка указанных материалов привела к схожим результатам: использование фракции исходных порошков 45-50 мкм с объемной пористостью 5-8% позволило получить сферические частицы размером 10-50 мкм с пористостью 25-44% (рис. 4)'.

a w

l'nc. 4. Порошок никеля П11Э-1 после обработки в плазменной струе (аргопова тепловая мощность Рг =21 кВт и производительность CNi =5 кг/ч). а - внешний вид, б - поперечный шлиф.

ая плазма,

Видно, что плазменная обработка металлических порошков с высоким содержанием газа приводит к получению сферических частиц с распределенной пористостью. Вероятно, полые частицы не формируются по причине высокой теплопроводности металлов (числа Нио « 1): происходит объемное плавление материала вместо образования поверхностной капсулирующсй пленка расплава.

В третьей главе проводится численный анализ влияния газовой полости па нагрев и ускорение полых капель в плазменном потоке, а также рассматривается нестационарное конвективно-диффузионное газонасыщение плотных капель.

В разделе 3.1 описана процедура расчета движения и нагрева полой частицы в плазменном потоке. Предполагаются одномерное движение одиночной частицы вдоль оси плазмотрона г, однородность температуры по объему капли, радиационные потери тепла, отсутствие обратного влияния на параметры плазменной струи. Особснпо-

стыо разработанной модели является корректировка размера капли (диаметра Dp и толщины оболочки öp) в зависимости от ее текущей температуры на каждом временном шаге. Координата z.p, скорость Up, энтальпия Н р и температура Т частицы определяются с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

dt '' dUn jiDl 1

(3)

^ = а-Ю(7) -Тр) -£ctsi¡7TD¡T;„

где Uf, Tj - локальные значения скорости и температуры потока, Cd - коэффициент сопротивления сферы; а - коэффициент теплообмена; pf,vf,Áf - плотность, кинематическая вязкость и теплопроводность плазмообразующего газа соответственно, рассчитанные при "пленочной" температуре Т = (Tf +Тр)12; е - интегральная излу-чательная способность материала, сти - постоянная Стефана-Больцмапа. Начальные условия имеют вид: zp0 =0, Up0 = 0, Нр0 = cpmpTp0, где m - масса частицы, с - теплоемкость материала, Т 0 - температура окружающей среды. Представленная задача Коши решается с использованием метода Рупге - Кутты четвертого порядка точности.

В расчетах использованы следующие аппроксимации коэффициентов сопротивления и теплообмена, рассчитанные по параметрам относительного движения газ -частица:

С„= — (l + 0,15Re°r-687), а = -L- Í2 + 0,6 Re0;5 • Рг?,зэ), (4)

<i / Dp f f ' v '

где Rey- = ßfDp[Ur -U p)/Jif, Piy =Ji¡ -cf!. Если температура частицы в процессе расчета достигала температуры кипения материала, то вычислялась потеря массы с использованием значения теплоты испарения материала L ь. Размер капли на каждом временном шаге определялся согласно выражению, аналогичному (1), отвечающему текущим значениям температуры Т и массы тр частицы.

Анализ результатов численных расчетов показал, что расширение полых капель, вызванное их нагревом в плазменной струе, слабо зависит от коэффициента поверхностного натяжения материала и не зависит от типа газа наполнителя, если в рассматриваемом температурном диапазоне молярная масса газа остается постоянной (отсутствует ионизация и диссоциация молекул).

Численные исследования позволили выявить закономерности поведения полых капель 2л02 в плазменных потоках, отвечающих различным режимам работы плазмотрона МЭВ-50. В частности, на рис. 5 показано изменение диаметра и толщины оболочки частиц порошка размером Dp0 =50мкм и S 0 =0,05-0,2 при движении вдоль оси струи с начальной скоростью Uf0 =580 м/с и температурой Т{й =7600 К (тепловая мощность плазмотрона Рт =26кВт, диаметр сопла ¿=8мм, расход плазмообразующего газа (воздуха) С =0,75г/с). Как ожидалось, капли с меньшей толщиной обо-

лочки нагреваются и ускоряются более интенсивно, при этом нагрев частиц может приводить к увеличению диаметра капель до 20% и уменьшению толщины оболочки до 50%. Проведенная серия расчетов с учетом расширения частиц и без него показала, что влияние изменения размера частиц на динамику нагрева и ускорения незначительно, если не происходит существенной потери массы капель за счет испарения.

60 т В , цм

К Г V

ю

15

20

б

Рис. 5. Изменение диаметра (а) и относительной толщины оболочки (о) полых частиц 2-гОг-

Сравнение параметров полых и плотных частиц 7л02 диаметром О =20-100мкмв контрольном ссчении однородного плазменного потока показало,

что полые частицы имеют:

более высокую скорость и температуру по сравнению с плотными частицами эквивалентного размера О , или массы т \

менее высокую скорость и температуру по сравнению с плотными частицами эквивалентной удельной поверхности Я =л02р1 тр.

В разделе 3.2 представлены методика и результаты расчетов нестационарного конвективного перемешивания в плотной капле расплава, обтекаемой потоком плазмы. Такой механизм массопсреноса приводит к непрерывному обновлению поверхности частицы и повышает в несколько раз диффузионный поток газа в объем частицы.

Рассматривается начальный этап безотрывного обтекания капли металлического расплава, мгновенно помещенной в плазменный поток. Наличие касательных напряжений на поверхности частицы обуславливает увлечение приповерхностных слоев жидкости в движение от лобовой точки к корме и далее в объем капли.

с- ?гп'/о п пЕ>'„ На основе выражения для силы сопротивления = ■ ' С(, , где

■ по-

2 4 /0

стоянпая скорость потока плазмы, вычисляется эффективное значение локальных касательных напряжений па поверхности частицы ге(, =С1/ргп^0/8. С использованием равенства касательных напряжений па межфазной границе и зависимости толщины динамического пограничного слоя в расплаве от времени <5(,(/) = находится

средняя скорость жидкости на поверхности капли за время прохождения элемента

объема от лобовой к кормовой точке: »• = —^ —, где р , V - плотность п

кинематическая вязкость расплава.

Газопасыщепис капли описывается дпф(|)узнош1ым потоком через поверхность частицы }г =-{}{сг — Сх(/)), где СГ,СХ- концентрация газа в плазменном потоке и па поверхности капли соответственно, Р - коэффициент массообмепа. Показано, что если поверхность капли успевает сделать N оборотов-обновлений, то интенсивность газонасышепия увеличивается в

раз по сравнению с диффузионным переносом газа в объем капли (без конвективного перемешивания). Расчеты для капель никеля в азотной плазме показали, что указанны]"! механизм позволяет достигать значения отношения массы захваченного газа к массе капли шк /т = 2 - Ю~3.

В четвертой главе представлены результаты изучения соударения полых капель с плоской поверхностью основы: описаны эксперименты по формированию растекшихся и затвердевших частиц (сплэтов) 2гО>; модельные эксперименты по соударению полых капель глицерина; рассмотрена и апробирована численно-аналитическая модель исследуемого явления.

При изучении соударения капель с основой одной из наиболее важных характеристик процесса является степень растекания частицы, равная отношению диаметра сплэта к начальному диаметру частицы /)(/0 Степень растекания и форма сплэта, вообще говоря, зависят от многих факторов, однако в условиях плазменного напыления определяющую роль играют числа Рсйнольдса I\е = рОр11 р! р и, н меньшей степени, Вебера \Ус = рО и~ ¡а, где 11 р - скорость соударения частицы с основой, р,р,ст - плотность, динамическая вязкость и поверхностное натяжение расплава соответственно. В случае растекания полых капель необходимо учитывать относительную толщину оболочки ¡)р = О / Д , а также, как впервые показано в наших работах,

число Эйлера Ей = 2Рк0 /р1)~р , где 1}к0 - начал!.нос давление в газовой полос ти.

15 разделе 4.1 описаны эксперименты но получению одиночных сплэтов 2Ю2 на полированных металлических подложках. Нагретая частица, выделенная из запыленного плазменного потока, непосредственно перед соударением с подложкой пересекает контрольно-измерительный объем, излучение из которого попадает в оптическую систему диагностического комплекса. Применение диафрагмы специальной формы, а также измерение интенсивности излучения ц трех длинах волн позволило при анализе сигналов использовать врсмяпролетныи п пирометрический методы для определения скорости п температуры частицы.

В исследованиях был использован порошок с размером частиц

I) =40-Ю0мкм и с толщиной оболочки =0,14-0,22. Характерный диапазон скоростей соударения составил и =50-250м/с, а чисел Эйлера Ей = 10~3 -10~2. Сравнение диапазонов чисел Рсйнольдса Кс = 200-1200 и Вебера \Ус = 1500 — 38000, реализованных в экспериментах, показывает, что вязкие силы доминируют над поверхностными при растекании частиц, по этой причине при обобщении результатов экспериментов используется зависимость степени растекания от числа Рсйнольдса.

Основные трудности и интерпретации результате» проведенных экспериментов связаны с невозможностью визуализировать процесс растекания, достаточно высокой погрешностью определения диаметра отдельных частиц (около 107«), неизвестной точностью определения толщины оболочки капли, отсутствием надежных данных о вязкости расплава '/.¡О, вблизи температуры плавления. Эти сложности обуславливают необходимость постановки модельных экспериментов.

В разделе 4.2 приводится описание созданной памп модельной установки, позволившей впервые визуализировать процесс соударения полых капель с твердой поверхностью.

Схема экспериментальной установки представлена па рис. 6. Полая капля 1 формировалась при помощи шприца 2 с глицерином и шприца 3 с воздухом. Омический нагреватель 4 и измеритель температуры 5 позволяли контролировать температуру жидкости. Падающая капля пересекала линию «ПК фотодиод-фотоприемпик» б, после чего блок временной задержки 7 формировал запускающий сигнал для механизма ускорения 8 подложки 9. Соударение подложки с каплей благодаря синхронизации происходило в поле зрения высокоскоростной камеры 10 при освещении лампой II. Запись видеосигнала сохранялась на персональном компьютере 12.

Диапазоны ключевых параметров гис. о. 1_хсма модельной экспериментальной соударения, достигнутые в экспсримеп-устаповки по изучению соударения полых тах, составили: О =4,5-5,2мм,

капель с основой. „„-, „ ,0 ,, , ,- , ,

ор = 0,07-0,18, и = 1,5 -12,5 м/с ,

Яс = 12 —1400, \Уе = 200-15000, Еи = 1-64. Указанные безразмерные параметры соответствуют условиям экспериментов по формированию сплэгов ХгО,, за исключением чисел Эйлера, которые отличаю гея иаЗ порядка.

В результате проведенных экспериментов были получены кинограммы, характеризующие динамику деформации и растекания более 120 полых капель глицерина. В каждом из реализованных соударений формировалась кумулятивная струя, характерный вид которой представлен па рис. 7. Соударение капель глицерина с распределенными по объему газовыми полостями качественно соответствует растеканию плотных частиц.

Диализ погрешностей измерении показал, что ошибка определения диаметра капель не превышает 1%, толщины оболочки частицы - 5%, числа Рейпольдса, соответствующего соударению, - 2,5%, степени растекания - 4,5%.

В разделе 4.3 описана разработанная численно-аналитическая модель соударения полых капель с поверхностью, позволяющая прогнозирован, динамику рас [екания и конечный размер частицы в случае формирования кумулятивной струи и без нее.

"Я- '

5тт яви

1=0.67тз 1. А 1 ■

■

5гпт 1=1 .ООгш

5тт 1=2.33тз ННН |

• ---------- :::

• бппт 1=3.67тз

]И(,)

(з--: ~ —-;) 1

V Г

Рис. 7. Кинограмма процесса растекания полой капли глицерина при следующих условиях: Гр=52°С, 5,25 мм, 5Р =0,082, (У,,=5,94 м/с.

На основе результатов экспериментов выдвинуто предположение о том, что в зависимости от жесткости газовой полости, характеризуемой числом Эйлера, растекание полых . капель может происходить согласно одному из двух сценариев, схематично изображенных на рис. 8:

Сценарий №1. В случае чисел Эйлера Ей ~ 1 и более газовая полость образует жесткий каркас, по которому стекает жидкость и во внутренней области течения формируется кумулятивная струя.

Сценарий №2. В случае малых чисел Эйлера Ей « 1 газовая полость не оказывает сопротивления движению жидкости, капля растекается как плотная частица эквивалентной массы.

Методика расчета динамики растекания полой капли согласно сценарию №1 предусматривает раздельное описание движения жидкости во внешней (г>0 /2) и внутренней (г < О /2) областях. Считается, что исходная частица представляет собой жидкую сферу диаметром йр и толщиной оболочки Д , внутри которой находится сферическая газовая полость; частица нормально соударяется с плоской поверхностью основы со скоростью и . В момент времени / = 0 полая капля приходит в кон-

Рнс. 8. Схема движения жидкости при растекании полой капли согласно сценарию №1 (а) и сценарию №2 (б).

такт с подложкой и начинается осесимметричное растекание несжимаемой жидкости вдоль поверхности основы; поступление жидкости в плоский пристеночный слой происходит из кольцевого источника высотой Д , удаленного от лобовой точки на расстояние Dpl 2. При этом происходит разделение натекающей жидкости на два равных по расходу потока, один из которых движется к лобовой точке, а другой - к периферии. Жидкость, еще не пришедшая в контакт с пристеночным слоем, стекает с начальной скоростью (/,, по внутренней стенке оболочки. Жидкость, поступающая в радиально сходящееся пристеночное течение, формирует кумулятивную струю, причем скорость U ■ вершины струи остается постоянной на протяжении всего времени растекания полой капли.

Динамика изменения радиуса R(i) и высоты l\(t) внешнего диска определяется на основе уравнения баланса энергии:

Еш (0 - Е,]п (0 - EiUTÎ (0 - )^àdt = О. (5)

о dt

Здесь Etol, Etia, £surf - полная, кинетическая и поверхностная энергии диска переменной массы, dEvhcldt - мощность вязких потерь. Движение жидкости в объеме диска задается модельным полем скоростей

u;(t) = -C(t)z2, "ДО = C(t)z.r. (6)

На каждом временном шаге вычисляется объем диска Vdisc(f)> полная энергия £tot = P^ûko^l^- Остальные члены уравнения (5) выражаются через радиус диска R(t) согласно подходу, использованному в известной работе Мадежски ; в результате получается интегро-дифференциалыюе уравнение, которое решается численно с использованием начальных условий R(0) = Dp /2, dR/dt(0) = Up. Считается, что растекание завершилось, когда Ekill / Etot < 10~4.

Среди результатов расчетов наибольший интерес представляет зависимость степени растекания частиц от числа Рейнольдса, которая в критериальном диапазоне S =0,025-0,5, Re = 10 —104, 1/We = 0 может быть обобщена зависимостью

DJDp =0,7^1 + + ^0,72- I^Re0'2^, (7)

где Р = (\-28р)ъ.

Целыо изучения движения жидкости во внутренней области было определение скорости U■ t кумулятивной струи. Схематично течение жидкости было представлено следующим образом: в начальный момент времени t = 0 во внутренней области (r<Dp/2) на поверхности основы покоится слой жидкости массы ш(, при t > 0 на него с периферии натекает в радиальном направлении поток жидкости массой /»,, движущийся к центру с начальной скоростью U . При радиальном течении жидкости вдоль поверхности основы происходит вязкая диссипация начальной кинетической

Madejski, J. Solidification of droplets on a cold surface // J. Heat Mass Transfcr. Vol. 19. 1976.

P. 1009-1013.

энергии 0 = т/и212, составляющая величину Еу]х, а оставшаяся энергия перераспределяется на общую массу т1+т1 жидкости. С использованием модельного поля скоростей (6), получено следующее выражение для искомой скорости:

и и,

и „

(8)

3 5„

где А(8,,) = 1-

| — 11 — /-Э I 4с, , ,.___

Сопоставление результатов расчетов и данных модельных экспериментов с глицерином показывает, что предложенная модель верно отражает динамику изменения диаметра и толщины растекающегося диска в диапазоне Яс = 12-1400, а также описывает зависимость степени растекания и скорости кумулятивной струи от числа Рей-нольдса (рис. 9): среднеквадратическая ошибка в первом случае составляет 6% , а во втором - 18%.

При моделировании растекания полой капли согласно сценарию №2, принималось, что в момент соударения с поверхностью частица мгновенно принимает форму диска диаметром Ор и эквивалентной массой. Динамика растекания определялась па основе уравнения баланса энергии, аналогичного (5). Результаты расчетов в критериальном диапазоне

д =0,025-0,5, Ие = 10-104, 1/\¥е = 0 обобщаются формулой

£>,/£>,,= 1,29Ке°-2[|-(1-2£;,)3]04, (9)

которая может быть получена аналитически на основе зависимости из упомянутой работы Мадежски.

I) /I)

1.0ли. /и № р

0.8

0.6

0.2

•100 600 800 1000 1200 1-100 1600

еИ

Ч лп

......_..._-й

"а. "ооЗЬ °

а е> о% " -1*

--расчсг ¿=(ШХ

Яе

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Рис. 9. Степень растекания частиц (а) и скорость кумулятивной струи (б) в зависимости от

числа Рейнольдса.

Учет влияния кристаллизации на процесс растекания проводился путем вычисления объема затвердевшего материала У5о1(г) и соответствующего уменьшения объема растекающегося диска У&с(1).

Расчеты согласно зависимости (9) в целом не противоречат результатам экспериментов по формированию сплэтов Хг02, однако неопределенность толщин оболочки частиц не позволяет произвести падежное обобщение опытных данных. При этом, несмотря на малые значения чисел Эйлера, некоторые из полученных сплэтов демон-

стрируют следы выброса кумулятивной струн, что свидетельствует о возможности реализации сценария №1 в условиях плазменного напыления.

Как было показано во второй главе, плазменная обработка порошка никеля ПНЭ-1 приводит к формированию пористых частиц. Эксперименты по растеканию таких капель показали существенное расхождение с моделями плотных частиц (размеры сплэтов меньше в 2 - 3 раза расчетных величин). Результаты расчета согласно сценарию №2 значительно лучше согласуются с данными эксперимента, тем не менее характеризуются большим срсдпеквадратическим отклонением (с = 38%), что может быть связано с повышенной пористостью капель.

На основе проведенного экспериментального и теоретического изучения сделай вывод, что для полноценного понимания особенностей соударения полых капель с основой в условиях плазменного напыления необходима постановка экспериментов, визуализирующих данный процесс при малых числах Эйлера Eu = 10~3 -1(Г2. В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы.

1. Разработана методика прогнозирования размеров полых частиц, получаемых путем плазменной обработки агломерированных порошков, расчеты согласно которой показали удовлетворительное согласие с экспериментом. Даны рекомендации по выбору параметров исходного порошка ZrCb для получения полых частиц заданной морфологии, установлено отсутствие влияния вида газа-наполпителя на данный процесс.

2. Впервые при моделировании поведения полых капель в плазменной струе учтено изменение их размера за счет расширения газовой полости. Выполненные расчеты для капель ZrCb показали, что диаметр частиц может увеличиваться до 20%, а толщина оболочки - уменьшаться до 50% при движении вдоль струи, однако данные изменения не оказывают существенного влияния на движение и нагрев частиц.

3. Выполнены эксперименты по формированию сплэтов из полых частиц ZrC>2, результаты которых подтвердили актуальность численного и модельного физического исследования данного процесса.

4. Впервые создана модельная физическая установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полых капель с основой при числах Рейнольдса и Вебсра, соответствующих условиям плазменного напыления. Выполненные эксперименты позволили обнаружить новое явление - формирование встречной кумулятивной струи, сопровождающее указанный процесс.

5. Определен механизм и предложена числеиио-апалитическая модель движения жидкости при соударениях полой капли с основой, характеризуемых числами Эйлера Eu ~ 1 и более. Результаты расчетов динамики растекания, конечного размера частиц, скорости кумулятивной струи находятся ц хорошем согласии с экспериментом.

Основное содержание диссертации отражено в публикациях:

1. Солонепко О.П., Полубояров В.А., Черепанов А.Н., Гуляев И.П., Лапип А.Е. Особенности плазменной обработки и напыления порошков металлов и сплавов, механически активированных и модифицированных тугоплавких паночастицами // 8 Международная конференция "Пленки и покрытия": труды. Санкт-Петербург, 2007. С. 18-21.

2. Solonenko O.P., Poluboyarov V.A., Chercpanov A.N., Gulyacv I.P., Lapin А.Е. Peculiarities of plasma treatment and spraying of mechanically activated metal and metal alloy powders modified with ultra-fine refractory particles // Proc. of 18th International Symposium on Plasma Chemistry. Kyoto, 2007. P. 592-595.

3. Solonenko О.P., Gulyacv I.P., Smirnov A.V., Kartaev E.V. Plasma processing of spray-dried YSZ powder and formation of splats from hollow molten particles impinging onto substrate // Proc. of 18th International Symposium on Plasma Chemistry. Kyoto, 2007. P. 637-640

4. Гуляев П.Ю., Милюкова И.В., Солоиеико О.П., Гуляев И.П. Структурно-фазовые изменения в порошковых СВС-материалах при плазменном нанесении покрытий // Изв. вузов, Физика. 2007. № 9. Приложение. С. 349-352.

5. Solonenko О.Р., Smirnov A.V., Gulyaev I.P., Spreading and solidification of hollow molten droplet under its impact onto substrate: computer simulation and experiment // Proc. of 4th Int. Conf on Flow Dynamics. Sendai, 2007. P. 325-332.

6. Solonenko O.P., Gulyaev I.P., Smirnov A.V. Hollow droplets micro explosive thermal spraying: fundamentals // Proc. of International Thermal Spray Conf., 2-4 June 2008, Maastricht, Netherlands. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

7. Солоненко О.П., Гуляев И.П., Смирнов А.В., Плазменная обработка и напыление порошков оксидов металлов, состоящих из полых сфер // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, вып. 24. С.22-27.

8. Gulyaev I.P., Solonenko О.Р. Hydrodynamic peculiarities of single hollow droplet impact onto a substrate // Proc. of 5th International Conf. on Flow Dynamics. Sendai, 2008. P. OS8-66.

9. Гуляев И.П., Солоненко О.П., Поведение полой капли расплава в плазменном потоке // 3 Всероссийской конференции "Взаимодействие высококопцентрировап-ных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине": тезисы докладов. Новосибирск, 2009. С. 47-48.

10. Гуляев И.П., Солоненко О.П. Соударение полой капли с поверхностью: эксперимент и теория // 7 Всероссийской конференции «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии»: тезисы докладов. Новосибирск, 2009. С. 61-63.

11. Солоненко О.П., Гуляев И.П. Нестационарное конвективное перемешивание в капле расплава, обтекаемой потоком плазмы // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35, вып. 16. С. 79-87.

12. Солоненко О.П., Гуляев И.П., Смирнов А.В. Плазменные технологии получения, обработки и напыления порошков, состоящих из полых частиц // 9 Международная конференция "Пленки и покрытия": труды. Санкт-Петербург, 2009. С. 207-210.

13. Гуляев И.П., Солоненко О.П., Гуляев П.10., Смирнов А.В. Гидродинамические особенности соударения полой капли с поверхностью // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35, вып. 19. С. 12-19.

14. Солоненко О.П., Гуляев И.П., Смирнов А.В. Плазменные технологии получения, обработки и напыления порошков, состоящих из полых частиц // Тезисы докладов Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов. Томск, 2009. С. 494.

Ответственный за выпуск И.П. Гуляев

Подписано в печать 14.01.2010 Формат бумаги 60x84/16, Усл. печ. л. 1.0, Уч.-нзд. л. 1.0, Тираж 100 экз., Заказ № 1

Отпечатано в типографии ООО «Нонпарель» 630090, Новосибирск, Институтская, 4/1

Введение.

1. Современное состояние проблемы.

1.1 Методы газотермического напыления.

1.2 Методы получения полых порошков.

1.3 Применение полых порошков в газотермическом напылении.

1.4 Поведение полых частиц в плазменной струе.

1.5 Соударение полых капель Zr02 с основой в условиях плазменного напыления.

Выводы по главе 1.

2. Методы получения полых частиц в плазменной струе.

2.1 Обработка агломерированных порошков.

2.1.1 Характеристики полученных полых порошков.

2.1.2 Прогнозирование размеров полых частиц при обработке агломерированных порошков.

2.2 Обработка порошков субмикронного диапазона размеров.

2.3 Обработка металлических порошков с высоким газосодержанием. 47 / Выводы по главе 2.

3. Численный анализ поведения полых частиц в плазменной струе.

3.1 Численная модель поведения полой капли в плазменной струе.

3.1.1 Расчет динамики и нагрева полой частицы.

3.1.2 Определение температуры и массы частицы.

3.1.3 Определение текущего размера частицы.

3.1.4 Распределение температуры и скорости плазменной струи.

3.2 Результаты численного анализа.

3.2.1 Некоторые общие выводы по результатам расчетов.

3.2.2 Влияние расширения полых частиц ЪхОг на их поведение в плазменной струе.

3.2.3 Влияние морфологии частиц на их состояние в контрольном сечении струи.

3.2.4 Эффективность межфазного теплопереноса.

3.3 Нестационарное конвективное перемешивание плотных капель.

Выводы по главе 3.

4. Соударение полой капли с подложкой.

4.1 Эксперименты по формированию сплэтов Zr02.

4.2 Модельные эксперименты с полыми каплями глицерина.

4.3 Численно-аналитическая модель и результаты расчетов.

4.3.1 Основные положения модели.

4.3.2 Апробация результатов теоретической модели.

Выводы по главе 4.

Актуальность проблемы. В современной индустрии конструкционных и защитных материалов все более широкое применение получают порошки, состоящие из полых микрочастиц (полые порошки). Так, алюмосиликатные полые микросферы (ценосферы), образующиеся при сжигании твердого топлива на тепловых электростанциях, используются в качестве наполнителя при производстве композиционных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, легких строительных и тампонажных материалов, элементов плавучести, взрывчатых материалов и т.д. Полые микросферы представляют основу для катализаторов, адсорбентов, капсулирующих сред (в частности, для извлечения гелия из природного газа некриогенным методом). Однако различия в происхождении и условиях сжигания угля приводят к неоднородности состава и свойств получаемых полых порошков, в связи с чем представляет интерес получение полых микросфер с заданным химическим составом и механическими свойствами.

К другой высокотехнологичной области применения полых порошков относится газотермическое напыление (ГТН), в частности плазменное напыление термобарьерных покрытий, где использование полых порошков приводит к более интенсивному нагреву, равномерному распределению температуры по объему частиц, снижению количества непроплавленных частиц в плазменной струе. Это позволяет применять такие сравнительно низкотемпературные методы как высокоскоростное газопламенное и детонационное напыление для нанесения керамических покрытий. Применение полого порошка при нанесении покрытий из гг02 позволяет вдвое снизить теплопроводность защитного слоя, а также полностью исключить наличие моноклинной фазы Zr02, которая снижает термомеханическую стабильность покрытий. Упомянутые преимущества полых керамических порошков позволяют увеличить рабочую температуру и долговечность таких ответственных деталей, как лопатки газовых турбин и реактивных авиационных двигателей.

В условиях плазменного напыления материал инжектируется в высокотемпературную струю, где происходит плавление частиц (иногда химические или структурные изменения) и их ускорение в направлении подложки, в результате чего покрытие формируется в виде слоев отдельных растекшихся и затвердевших частиц - сплэтов. В настоящее время задача получения покрытия с заданными свойствами практически всегда решается методом проб и ошибок — подбором характеристик исходного материала, режима работы плазмотрона, дистанции напыления. Вычислительный эксперимент позволяет с удовлетворительной для практических целей точностью прогнозировать поведение частиц в запыленной плазменной струе, процесс деформации одиночных расплавленных частиц при их соударении с подложкой, однако определение прочности сцепления частиц с подложкой и предыдущим слоем покрытия представляет существенные трудности. В этой связи необходимы исследования гидродинамических, теплофизических и химических процессов, происходящих при столкновении капель расплава с основой.

Анализ публикаций, представленных в трудах международных конференций и в журналах, посвященных ГТН, показывает постоянное увеличение количества работ, в которых изучаются особенности использования полых порошков для нанесения покрытий. Большая часть из них направлена на исследование взаимодействия частиц с несущим потоком, а также сравнению характеристик покрытий, полученных из плотных и полых порошков. В то же время, проблеме формирования полых частиц, их поведения в высокотемпературном потоке и соударения с основой посвящены немногочисленные публикации. В связи с трудностями диагностики растекания полых капель при соударении с подложкой в условиях плазменного напыления (обусловленными малыми размерами, большими скоростями), представляется актуальным проведение модельных физических экспериментов при полном контроле ключевых физических параметров взаимодействия (скорость, температура, диаметр полой капли, толщина ее оболочки, температура подложки) и разработка инженерно-физических моделей данного явления.

Целыо работы является теоретическое и экспериментальное изучение особенностей формирования, обработки и соударения с основой полых частиц в условиях плазменного напыления. Достижение цели обеспечивается решением следующих задач: экспериментальное и теоретическое исследование закономерностей формирования полых частиц при обработке в плазменной струе порошков оксидов, металлов и сплавов, состоящих из агломерированных частиц и частиц с развитой поверхностью; численный анализ поведения полых частиц в плазменной струе с учетом расширения их газовой полости, определение влияния данного эффекта на динамику нагрева и ускорения частиц; экспериментальное изучение соударения полых частиц Zr02 с полированной металлической подложкой в условиях плазменного напыления; создание модельной экспериментальной установки и изучение на ней процесса соударения полых капель с поверхностью в диапазоне чисел Рейнольдса и Вебера, характерном для плазменного напыления; создание теоретической модели растекания полых капель, позволяющей прогнозировать конечные размеры частиц с учетом действия сил вязкости, поверхностного натяжения, а также затвердевания расплава.

Научная новизна работы отражена в следующих результатах: На основании проведенного анализа особенностей формирования полых частиц в плазменной струе выявлены закономерности этого процесса и предложена модель, позволяющая прогнозировать характеристики получаемого порошка.

Впервые выполнен численный анализ поведения полых капель расплава в плазменной струе с учетом расширения газовой полости при нагревании.

Впервые создана модельная экспериментальная установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полой капли с основой при числах Рейнольдса и Вебера, отвечающих условиям плазменного напыления, и проведен цикл модельных экспериментов.

Обнаружено новое явление - формирование кумулятивной струи при соударении полой капли с плоской поверхностью основы.

Разработана теоретическая модель растекания полых капель, позволяющая прогнозировать конечный размер частиц, которая удовлетворительно согласуется с экспериментом без введения эмпирических коэффициентов. Введен в рассмотрение новый параметр - число Эйлера, который определяет характер растекания полых капель.

Методы исследования и достоверность полученных результатов. Решение поставленных в диссертации задач осуществлялось методами экспериментальной физики, численного и аналитического моделирования. Достоверность полученных результатов не вызывает сомнений по следующим причинам: в экспериментальных исследованиях применялись широко апробированные методы: высокоскоростная видеосъемка, трехцветовая пирометрия, времяпролетный метод; результаты численного моделирования физически непротиворечивы, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, а также результатами исследований других авторов (где это возможно); основные результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на международных симпозиумах и конференциях.

Практическая ценность работы. Полученные результаты исследования особенностей и закономерностей формирования полых частиц позволяют целенаправленно изменять режимные параметры процесса обработки порошков с целью получения частиц с заданной морфологией. Обнаруженный эффект образования полых микросфер при обработке взвеси керамических частиц расширяет представления о механизмах формирования покрытия в условиях суспензионного плазменного напыления. Результаты экспериментального и теоретического исследования поведения полых частиц в плазменной струе и при соударении с основой имеют большое значение для проектирования и оптимизации процессов нанесения покрытий с использованием полых порошков.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы получены в рамках Программы 6.5 ИТПМ СО РАН на 2007-2009 гг. "Механика гетерогенных сред и нанотехнологии", проект "Физико-химические основы формирования регулируемой микро- и наноструктуры при создании перспективных порошковых материалов, комбинированных покрытий и упрочненных поверхностных слоев"; Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН №90 на 2006-2008 гг. "Научные основы создания многослойных наноструктурных покрытий и интерфейсов в гетерогенных материалах для работы в полях экстремальных внешних воздействий", Международного комплексного интеграционного проекта 2.9 СО РАН - НАН Украины "Создание комбинированной технологии детонационно-плазменного напыления нано- и микрокомпозитных двухслойных защитных покрытий", Программы №8 Президиума РАН "Разработка методов получения новых химических веществ и создание новых материалов", проект 8.6 "Научные основы комбинированной технологии нанесения градиентных термобарьерных покрытий с нано- и микрокристаллической структурой холодным газодинамическим и плазменным напылением".

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 18-м Международном симпозиуме по плазмохимии (Киото, Япония, 2007), 4-й и 5-й международных конференциях по динамике потоков (Сендай, Япония, 2007, 2008), Международной конференции по термическому напылению (Маастрихт, Нидерланды, 2008), 8-й и 9-й международных конференциях «Пленки и покрытия» (Санкт-Петербург, Россия, 2007, 2009), 10-й Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применения» (Томск, Россия, 2007), 3-й Всероссийской конференции «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине» (Новосибирск, Россия, 2009), 7-й Всероссийской конференции «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, Россия, 2009), Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, Россия, 2009).

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору О.П. Солоненко за постоянное внимание к работе, полезные дискуссии при анализе результатов, а также сотрудникам лаборатории за помощь при проведении экспериментов.

Выводы по главе 4

1. Выполнены эксперименты по формированию сплэтов из полых частиц 2г02, результаты которых выявили необходимость контроля дополнительного параметра - толщины оболочки индивидуальных полых частиц, а также подтвердили актуальность численного и физического моделирования данного процесса.

2. Впервые создана модельная физическая установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полых капель с основой при числах Рейнольдса Яе = 12-1400 и Вебера \¥е = 200 -15000, соответствующих условиям плазменного напыления.

3. Выполненные модельные эксперименты по соударению полых капель глицерина с твердой основой позволили обнаружить явление, сопровождающее указанный процесс — формирование встречной кумулятивной струи.

4. Определен механизм и предложена численно-аналитическая модель движения жидкости при соударениях полых капель с основой, характеризуемых числами Эйлера Ей ~ 1 и более. Результаты расчетов динамики растекания, конечного размера частиц, скорости кумулятивной струи находятся в хорошем согласии с экспериментом.

Заключение.

На основе результатов проведенной работы можно заключить следующее:

1. Разработана методика прогнозирования размеров полых частиц, получаемых путем плазменной обработки агломерированных порошков, результаты которой показали удовлетворительное согласие с экспериментом. Даны рекомендации по выбору параметров исходного порошка Zr02 для получения полых частиц заданной морфологии, установлено отсутствие влияния вида газа-наполнителя на данный процесс.

2. Впервые при моделировании поведения полых капель в плазменной струе учтено изменение их размера за счет расширения газовой полости. Выполненные расчеты для капель 2гОг показали, что диаметр частиц может увеличиваться до 20%, а толщина оболочки - уменьшаться до 50% при движении вдоль струи, однако данные изменения не оказывают существенного влияния на движение и нагрев частиц.

3. Выполнены эксперименты по формированию сплэтов из полых частиц Zr02, результаты которых подтвердили актуальность численного и модельного физического исследования данного процесса.

4. Впервые создана модельная физическая установка, позволяющая визуализировать процесс соударения полых капель с основой при числах Рейнольдса 11е = 12-1400 и Вебера \¥е = 200-15000, соответствующих условиям плазменного напыления. Выполненные модельные эксперименты позволили обнаружить явление, сопровождающее указанный процесс -формирование встречной кумулятивной струи.

5. Определен механизм и предложена численно-аналитическая модель движения жидкости при соударениях полой капли с основой, характеризуемых числами Эйлера Ей ~ 1 и более. Результаты расчетов динамики растекания, конечного размера частиц, скорости кумулятивной струи находятся в хорошем согласии с экспериментом.

1. Газотермическое напыление: учебное пособие/ под ред. Л.Х. Балдаева. М.: Маркет ДС, 2007. - 344 с.

2. A thermal spraying for power generation components/ K.E. Schneider et al.. Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, Weinhaim, 2006. - 285 p.

3. Пузряков, А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. -360 с.

4. ВЧ- и СВЧ-плазмотроны/ C.B. Дресвин и др.. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1992. - 319 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 6)

5. Высокоэнергетические процессы обработки материалов/ О.П. Солоненко и др. Новосибирск: Наука, 2000. - 425 с. (Низкотемпературная плазма; Т. 18)

6. Генерация низкотемпературной плазмы и плазменные технологии: проблемы и перспективы/ Г.Ю. Даутов и др. Новосибирск: Наука, 2004. -464 с. -(Низкотемпературная плазма; Т. 20)

7. Жуков, М.Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны)/ М.Ф. Жуков, В.Я. Смоляков, Б.А. Ургоков. М.: Наука, 1973. -232 с.

8. Жуков, М.Ф. Прикладная динамика термической плазмы/ М.Ф. Жуков, A.C. Коротеев, Б.А. Урюков. Новосибирск: Наука, 1975. -298 с.

9. Кудинов, В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1978. - 184 с.

10. Донской, A.B. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении/ A.B. Донской, B.C. Клубникин. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. -221 с.

11. Жуков, М.Ф. Высокотемпературные запыленные струи в процессах обработки порошковых материалов/ М.Ф. Жуков, О.П. Солоненко -Новосибирск: ИТ СО АН СССР, 1990. 516 с.

12. Нанесение покрытий плазмой/ В.В. Кудинов и др.. М.: Наука, 1990. -408 с.

13. Шишелова, Т.И. Направления использования золошлаковых материалов (ЗШМ) ТЭС Иркутской области в качестве вторичного сырья/ Т.И. Шишелова, М.Н. Самусева // Успехи современного естествознания. -2007. №8.-С. 41-43.

14. Тимофеев, В.Н. Термомеханические свойства теплоизоляционной керамики из стеклянных микробаллонов/ В.Н. Тимофеев, В.В. Покатов// Физика и химия обработки материалов. — 1985. №4. - С. 127-131.

15. Тимофеев, В.Н. Способ определения прочности керамических микробаллонов при сжатии и оценки прочности материала их стенки при растяжении/ В.Н. Тимофеев // Физика и химия обработки материалов. 1985. - №4.-С. 132-134.

16. Wang, D. Conversion of fly ash cenosphere to hollow microspheres with zeolite-mullitecomposite shell/ D. Wang, Y. Zhang et al.// Adv. Func. Material. -2003. №7. - P. 563-567.

17. Верещагина, Т. А. Получение ценосфер из энергетических зол стабилизированного состава и их свойства/ Т.А. Верещагина и др.// Химия в интересах устойчивого развития. 2001. - №9. - С. 379-391.

18. Kim, Y. Preparation of Hollow Polystyrene Nanocapsules via a Miniemulsion Polymerization Process/ Y.Kim et al.// Key Engineering Materials. 2006. - Vol. 306-308. - P. 1091-1096.

19. Liu, N. Synthesis of a Novel Hollow Sphere Having Rigid Binaphthyl Macrocycle as Shell/ N. Liu et al.// Solid State Phenomena. 2007. - Vols. 121123. - P. 219-222.

20. Guo, C. Synthesis and characterization of Zr02 hollow spheres/ C. Guo, P. Hu, L. Yu, F Yuan// Materials letters. 2009. - Vol. 63. - P. 1013-1015.

21. Han, Y. Synthesis of Hollow Silica Particle by Combination of Bubble Templating Method and Sol-Gel Transformation/ Y. Han et al.// Advanced Materials Research. 2006. - Vols. 11-12. - P. 673-676.

22. Liu, R. Synthesis and characterization of A1203 hollow spheres/ R. Liu, Y. Li, F. Zhao, Y. Hu// Materials Letters. 2008. - Vol. 62. - P. 2593-2595.

23. Hadiko, G. Influence of Inorganic Ion on the Synthesis of Hollow Calcium Carbonate/ G. Hadiko et al.//Advanced Materials Research. 2006. - Vols. 11-12.-P. 677-680.

24. Lee, C. Synthesis of Metal Oxide Hollow Nanoparticles by Chemical Vapor Condensation Process/ C. Lee, S. Kim, J. Lee //Key Engineering Materials. 2006. -Vols. 317-318.-P. 219-222.

25. Ravichandran, K.S. Thermal Conductivity of Plasma-Sprayed Monolithic and Multilayer Coatings of Alumina and Yttria-Stabilised Zirconia/ K.S. Ravichandran, K. An, R.E. Dutton, S.L. Semiatin// J. Am. Ceram. Soc. 1999. -Vol. 82(3). - P. 673-682.

26. Dorfman, M.R. Thermal Spray Technology Growth in Gas Turbine Coatings Электронный ресурс./ M.R. Dorfman [et al.]//Proc. of Int. Thermal Spray Conf., May 10-14, 2004, Osaka, Japan. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

27. Markocsan, N. Low thermal conductivity coatings for gas turbine application/ N. Markocsan et al.// J. Thermal Spray Tech. 2007. - Vol .16(4). -P. 498-505.

28. Неронов В.А., Сибриков Д.А. Диоксид циркония. Общие сведения. Фазовые равновесия в системах Zr02-Ca0, Zr02-Mg0, Zr02- У20з. Свойства// Препр. Ин-т теор. и прикл. механики СО РАН. 2002. - № 2-2002. - 49 с.

29. Guo, Н.В. Comparative study on segmented thermal barrier coatings sprayed from different feedstocks Электронный ресурс./ H. В. Guo [et al.]// Proc. of Int.

30. Thermal Spray Conf, May 2-4 2005, Basel, Switzerland. 1 электрон, опт диск (CD-ROM).

31. Chi, W. Ambient and High-Temperature Thermal Conductivity of Thermal Sprayed Coatings/ W. Chi, S. Sampath, H. Wang// J. Thermal Spray Tech. 2006. -Vol. 15(4).-P. 773-778.

32. Lance, M.J. Monoclinic Zirconia Distributions in Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coatings/ M.J. Lance et al.// J. Thermal Spray Tech. 2000. - Vol. 9(1). -P. 68-72.

33. Bisson, J.F. Influence of Hydrogen on the Microstructure of Plasma-Sprayed Yttria-Stabilized Zirconia Coatings/ J.F. Bisson et al.// J. Thermal spray Tech. -2006. Vol. 15(4). - P. 773-778.

34. Roy, P. Influence of Spraying Variables and of a New Zirconia Hollow Powder on the Microstructure of Plasma Sprayed Thermal Barrier Coating/ P. Roy, G. Bertrand, C. Coddet// Proc. of Int. Thermal Spray Conf, May 5-8 2003, Orlando, USA. P. 1617 - 1623.

35. Kadyrov, B. Calculation of the Limiting Parameters for Oxide Ceramic Particles During HVOF Spraying/ B. Kadyrov et al.// Thermal Spray Industrial Applications, ed. C.C. Berndt, S. Sampath, ASM International, Materials Park. -1994. P. 245-250.

36. Joshi, S.V. Comparison of Particle Heat-up and Acceleration During Plasma and High Velocity Oxy-Fuel Spraying// Powder Metall. Int. 1992. - Vol. 24. - P. 373-77.

37. Dobbins, T. HVOF Thermal Spray Deposited Y203-Stabilized Zr02 Coatings for Thermal Barrier Applications/ T. Dobbins, R. Knight, M. Mayo// J. of Thermal Spray Tech. 2003. - Vol. 12(2). - P. 214-225.

38. Tricoire, A. Insulated piston fire face for diesel engines электронный ресурс./ A. Tricoire [et al.]// Proc. of Int. Thermal Spray Conf. June 2-4 2008, Maastricht, Netherlands. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

39. Hurevich, H. Heating of porous particles in plasma flame/ V. Hurevich, L. Pawlowski, I. Smurov //Proc. of Proc. of Int. Thermal Spray Conf. March 4-6, 2002. Essen, Germany, pp. 32-36.

40. Жидкие тугоплавкие окислы/ M.A. Maypax, Б.С. Митин. М.: Металлургия, 1979. - 288 с.

41. Физические величины: справочник/ Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

42. Klocker, Т. In-flight Behaviour of Dense and Hollow Particles During Plasma Spraying: Part I a Numerical Model/ T. Klocker, T.W. Clyne// J. Ther. Spray Tech., submitted January 2003.

43. Klocker, T. In-flight Behaviour of Dense and Hollow Particles During Plasma Spraying: Part II Experimental Study/ T. Klocker, T.W. Clyne// J. Ther. Spray Tech., submitted January 2003.

44. Wroblewski, D. Analysis of plasma spray particle state distribution for deposition rate control электронный ресурс./ D. Wroblewski [et al.]// Proc. of Int. Thermal Spray Conf., June 2-4 2008, Maastricht, Netherlands. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

45. Solonenko, O.P. Splat formation under YSZ hollow droplet impact onto 8иЬэ^а1еЭлектронный ресурс./ O.P. Solonenko, A.A. Mikhalchenko, E.V. Kartaev// Proc. of Int. Thermal Spray Conf., 2-4 May 2005, Basel, Switszerland. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

46. Madejski, J. Solidification of droplets on a cold surface//J. Heat Mass Transfer. Vol. 19. - 1976. - P. 1009-1013.

47. Fantassi, S. Influence of the Velocity of Plasma-Sprayed Particles on Splat Formation/ S. Fantassi et al.// J. Thermal Spray Tech. Vol. 2(4). - 1993. - P. 379-384

48. Vardelle, M. Pyrometer System for Monitoring the Particle Impact on a Substrate during a Plasma Spray Process/ M. Vardelle et al.// Meas. Sci. Technol. 1994. - Vol. 5. - №3. - P. 205-212.

49. Vardelle, M. Influence of Particle Parameters at Impact on Splat Formation and Solidification in Plasma Spraying Processes/ M. Vardelle et al.// J. Therm. Spray Tech. 1995. - Vol. 4. - №1. - p. 50-58.

50. Yoshida, T. Integrated Fabrication Process for Solid Oxide Fuel Cells using Novel Plasma Spraying// Plasma Sources Sci. Technol. 1992. - Vol. 1. - P. 195201.

51. Shinoda, K. In Situ Visualization of Impacting Phenomena of Plasma-Sprayed Zirconia: From Single Splat to Coating Formation/ K. Shinoda et al.// J. Thermal Spray Tech. 2008. - Vol. 17(5-6). - P. 623-630.

52. Solonenko O.P. Theoretical modeling and experimental study of thermal barrier coatings/ O.P. Solonenko et al.. Materials Transaction. - 2003. - Vol. 44.-№11.-P. 2311-2321.

53. Solonenko O.P. Micro-metallurgy of splats: Theory, Computer Simulation and Experiment/ O.P. Solonenko et al.. JSME Int. J. Series B. - 2005. - Vol.48. №3. - P. 366-380.

54. Черепанов, A.H. Численно-аналитическое исследование соударения полой капли с подложкой/ ATI. Черепанов, О.П. Солоненко, В.В. Бублик.// Теплофизика и Аэромеханика. 2008. - Т. 15. - №4. - С. 677-688.

55. Solonenko, O.P. Plasma processing of spray-dried YSZ powder and formation of splats from hollow molten particles impinging onto substrate/ O.P.

56. Solonenko, I.P. Gulyaev, A.V. Smirnov, E.V. Kartaev// Proc. of 18th International Symposium on Plasma Chemistry, 26-31 August 2007, Kyoto, Japan. P.637-640

57. Солоненко, О.П. Плазменная обработка и напыление порошков оксидов металлов, состоящих из полых сфер/ О.П. Солоненко, И.П. Гуляев, А.В. Смирнов// Письма в ЖТФ. 2008. - Т. 34. - № 24. - С. 22-27.

58. Солоненко, О.П. Плазменные технологии получения, обработки и напыления порошков, состоящих из полых частиц/ О.П. Солоненко, И.П. Гуляев, А.В. Смирнов// Труды 9-й Межд. конф. "Пленки и Покрытия", 26-29 мая 2009, Санкт-Петербург, Россия. С.207-210.

59. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 720 с.

60. Fazilleau, J. Phenomena Involved in Suspension Plasma Spraying. Part 1: Suspension Injection and Behavior/ J. Fazilleau et al.// Plasma Chem. Plasma Process. 2006. - №26. - P. 371-391.

61. Fazilleau, J. Phenomena Involved in Suspension Plasma Spraying. Part 2: Zirconia Particle Treatment and Coating Formation/ J. Fazilleau et al.// Plasma Chem. Plasma Process. 2006. - №26. - P. 393-414.

62. Solonenko, О.Р. Peculiarities of plasma treatment and spraying of mechanically activated metal and metal alloy powders modified with ultra-fine refractory particles/ O.P. Solonenko et al.// Proc. of 18th International

63. Symposium on Plasma Chemistry, 26-31 August 2007, Kyoto, Japan. P. 592595.

64. Ovcharenko, V.E. Plasma processing and Spraying of composite powders having a microdispersed inner structure/ V.E. Ovcharenko et al.//Proc. of 3rd European Congress on Thermal plasma Processes, 19-21 September 1994, Aachen, Germany.-P. 395-403.

65. Гуляев, П.Ю. Структурно-фазовые изменения в порошковых СВС-материалах при плазменном нанесении покрытий/ П.Ю. Гуляев и др.// Изв. ВУЗов. Физика. 2007. - №9. Приложение. - С. 349-352.

66. Fauchais, P. Understanding plasma spraying// J. Phys. D: Appl. Phys. -2004. -№37. R86-R108.

67. Lee, Y. Particle Dynamics and Particle Heat and Mass Transfer in Thermal Plasmas. Part II. Particle Heat and Mass Transfer in Thermal plasmas/ Y. Lee, Y. Chyou, E. Pfender//Plasma Chem. Plasma Process. 1985. - Vol. 5. - P. 391—409.

68. Xu, D. Motion and heating of non-spherical particles in a plasma jet/ D. Xu, X. Wu, X. Chen// Surf. Coat. Technol. 2002. -Vol. 171. - P.149-156.

69. Ranz, W.E. Evaporation from drops/ W.E. Ranz, W.R. Marshall// Chem. Eng. Prog. 1952. - Vol. 48. - №3. - P. 141-146.

70. Карлсон, Д. Сопротивление и теплоотдача частиц в соплах ракетных двигателей/ Д. Карлсон, Р. Хоглунд// Ракетная техника и космонавтика. -1964.-№ 11.-С. 104-109.

71. Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1978. -269с.

72. Таблицы термодинамических функций воздуха/ А. С. Предводителев и др.. М.: ВЦ АН СССР, 1957.

73. Таблицы термодинамических функций воздуха/ А. С. Предводителев и др.. М.: ВЦ АН СССР, 1962.

74. Математическое моделирование электрической дуги/ под ред. Энгельшта B.C. Фрунзе: Илим, 1983.

75. Солоненко, О.П. Нестационарное конвективное перемешивание в капле расплава, обтекаемой потоком плазмы/ О.П. Солоненко, И.П. Гуляев// Письма в ЖТФ. 2009. - Т. 35. - №16. - С. 79-87.

76. Solonenko, О.Р. In-situ plasma micro-metallurgy in mechanically agglomerated reacting powder particles/ O.P. Solonenko, V.A. Poluboyarov, A.N. Cherepanov// Proc. of Intern. Conf. on Flow Dynamics, 17-19 November 2008, Sendai, Japan. P. OS2-3.

77. Ван-Дайк, М. Альбом течений жидкости и газа/ Пер. с англ. М.: Мир, 1986.- 184с.

78. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя/ Пер. с немецкого. М.: Наука, 1974.-711с.

79. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. М.:Гос.изд. технико-теорет. лит., 1950. - 678с.

80. Lock, R.C. The velocity distribution in the laminar boundary layer between parallel streams// Quart. J. Mech. Appl. Math. 1951. - №4. - P. 42-63.

81. Константы взаимодействия металлов с газами: Справ, изд. /Я.Д. Коган и др.. М.: Металлургия, 1987. - 368с.

82. Gulyaev, LP. Hydrodynamic peculiarities of single hollow droplet impact onto a substrate/ LP. Gulyaev, O.P. Solonenko// Proc. of 5th International Conf. on Flow Dynamics, 17-19 November 2008, Sendai, Japan. P. OS8-66.

83. Гуляев, И.П. Соударение полой капли с поверхностью: эксперимент и теория/ И.П. Гуляев. О.П. Солоненко// Тезисы докладов 7ой Всероссийской конф. «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии», 2528 мая 2009, Новосибирск, Россия. — С.61-63.

84. Гуляев, И.П. Гидродинамические особенности соударения полой капли с поверхностью/ И.П. Гуляев и др.// Письма в ЖТФ. 2009. - Т. 35. - №19. -С.12-19.

85. Solonenko, O.P. The method and the apparatus for measuring the velocity vector, surface temperature in dust-laden flows/ O.P. Solonenko et al.// Thermophysics and Aeromechanics. 1998. - Vol.5. - No.4. - P.523-531.

86. Картаев, E.B. Моделирование лазерно-оптических методов измерения параметров дисперсных частиц в запыленных плазменных струях: дисс. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: ИТПМ СО РАН, 2005. - 173 с.

87. Галимов P.P., Стрижов В.Ф. Расчет теплофизических свойств расплавов на основе Zr02 и U02// Препринт ИБРАЭ. 2004. - №IBRAE-2004-08. - 25с.

88. Солоненко, О.П. Теплофизические основы формирования плазменных покрытий из порошков оксидов// Физическая мезомеханика. — 2001. Т. 4. -№6. - С. 45-56.

89. Лаврентьев, М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели/ М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. М.: Наука, 1977. - 408с.

90. Абрамович, С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262с.

91. Таблицы физических величин: справочн. пособоие/ ред. И.К. Кикоин. -М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

92. Гегузин, Я. Е. Капля. М.: Наука, 1977. - 176с.

93. Solonenko, О.Р. State-of-the-art of thermophysical fundamental plasma spraying// Thermal Plasma and New Materials Technology/ Ed. O.P. Solonenko, M.F.Zhukov. Cambridge: Cambridge Interscience Publishing, 1995. Vol.2. - P. 7-96.