На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат История развития вакуумной техники

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 21.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 8. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ГОУ ВПО
Уфимский  государственный авиационный технический  университет 
 
 
 

РЕФЕРАТ
по истории  и философии науки на тему: 

История и философия вакуумной ионно-плазменной обработки 
 

                    Выполнила: аспирант каф. ТМ
                Филатова  Н.С. _____________
                        «___» _____________2009 г. 

                Согласовано: научный руководитель
                д.т.н. профессор кафедры ТМ
                Будилов В.В. _______________
                                «___»_____________2009 г. 

Краткая рецензия на реферат 
 
 

                  Оценка:     
                     (по системе «зачтено-незачтено») 

                    Кафедра философии: 

                  _______________________________
                                «___»_____________200__ г.
 

      Содержание 

     1  Введение                                                                                                      3    
     2 История развития вакуумной техники                                                      5 
     3  Применение вакуума в науке и технике                                                    8
     4  Виды ВИПТ технологий применяемые в современной
     промышленности                                                                                             11
         4.1 Общая характеристика методов ВИПТ                                               11
         4.2 Ионная имплантация                                                                            14
         4.3 Нанесение ионно-плазменных покрытий                                           16
        4.4 Ионное азотирование                                                                            17 

          5  Эксперимент как способ отработать новую технологию                          19
           6 Заключение                                                                                                      24
            Список использованных источников                                                              25 

 

 

     1. Введение 

     Техника (от греч. techne — искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления  процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества [1]. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе развития общественного производства. Основное назначение техники ранее было – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности, в настоящее время – создание и совершенствование технических наук, отражающей материально-техническую культуру жизни и научно-производственного процесса. Техника позволяет на основе познания законов природы существенно повысить эффективность трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целесообразной трудовой деятельности; с её помощью рационально (комплексно) используют природные ресурсы, осваивают новые технологии обработки металлов.
     Развитие  техники и технологий, связано  с повышением сложности конструкций  и более углубленного изучения технологии. Это вызывает все большее удорожание производства новой техники. В связи  с этим возникает необходимость внедрения высокоэффективных технологий в производстве новых, сложных конструкций. В современном машиностроении появилась острая необходимость создания ряда принципиально новых материалов и методов упрочнения и технологических процессов их получения, обеспечивающих работоспособность двигателей при более высоком уровне рабочих температур, и в том числе, разработки целого ряда новых защитных и упрочняющих покрытий, предназначенных для обеспечения работоспособности и ресурса деталей.
     В данной работе мы рассмотрим в авиационном двигателестроении развитие и применение плазменных методов обработки. Машиностроение вступило в новую стадию развития, характеризующуюся системным комплексным подходом к решению технологических и производственных задач.
     Это заставляет по-новому подходить к прогнозированию развития и внедрения, вакуумных ионно-плазменных технологий со значительной степенью формализации критериев подхода и применением новых методов решения технологических задач. [2]
     Под вакуумной ионно-плазменной технологией понимается совокупность методов обработки с использованием трех необходимых условий: наличие вакуума в качестве защитной среды; наличие вещества в плазменном состоянии; ускорение плазменных потоков и пучков заряженных частиц с помощью электрических и магнитных полей.
     Интенсивное развитие принципиально новой технологии обработки конструкционных материалов - вакуумной ионно-плазменной технологии (ВИПТ) - обусловлено целым рядом  объективных факторов.
     Детали  современник энергонагруженных  машин работают в условиях высоких температур, наличия агрессивных сред и при высоких нагрузках. Традиционные методы повышения эксплуатационных свойств путем создания новых материалов, различных видов химико-термической обработки, методов поверхностно-пластического упрочнения не обеспечивает необходимых эксплуатационных характеристик.
     В представленной работе приведена история  исследований в данной области, многообразие методов плазменной обработки и  оценки полученных результатов. а также влияние исследований в данной области на науку. 

     2. История развития  вакуумной техники 

     До  середины XVII в. понятие «вакуум», в  переводе с латинского означающее пустоту, использовалось лишь в философии. Древнегреческий  философ Демокрит одним из «начал мира» выбрал пустоту. Позднее Аристотель вводит понятие эфира — неощутимой среды, способной передавать давление. В этот период знания о свойствах разреженного газа еще отсутствовали, но вакуум уже широко использовался в водоподъемных и пневматических устройствах.
     Научный этап развития вакуумной техники начинается с 1643г., когда в Италии Э. Торричелли, ученик знаменитого Г. Галилея, измерил атмосферное давление. В 1672г. в Германии О. Герике изобрел механический поршневой насос с водяным уплотнением, что дало возможность проведения многочисленных исследований свойств разреженного газа. Изучается влияние вакуума на живые организмы. Опыты с электрическим разрядом в вакууме привели вначале к открытию электрона, а затем и рентгеновского излучения. Теплоизолирующие свойства вакуума помогли создать правильное представление о способах передачи теплоты и послужили толчком для развития криогенной техники. [3]
     Успешное  изучение свойств разреженного газа обеспечило возможность его широкого технологического применения. Оно началось с изобретения в 1873г. первого электровакуумного прибора — лампы накаливания с угольным электродом — русским ученым А. Н. Лодыгиным и открытием американским ученым и изобретателем Т. Эдисоном в 1883г. термоэлектронной эмиссии. С этого момента вакуумная техника становится технологической основой электровакуумной промышленности.
     Расширение  практического применения вакуумной  техники сопровождалось быстрым  развитием методов получения  и измерения вакуума. За небольшой  период времени в начале XX в. были изобретены широко применяемые в настоящее время вакуумные насосы: вращательный (Геде, 1905), криосорбционный (Д. Дьюар, 1906), молекулярный (Геде, 1912), диффузионный (Геде, 1913). Аналогичные успехи были достигнуты и в развитии способов измерения вакуума. К U-образному манометру Торричелли добавились компрессионный (Г. Мак-Леод, 1874), тепловой (М. Пирани, 1909), ионизационный (О. Бакли, 1916).
     Одновременно  совершенствуются научные основы вакуумной  техники. В России П. Н. Лебедев (1901) впервые  использует в своих опытах идею удаления остаточных газов с помощью ртутного пара. В этот же период исследуются фундаментальные свойства газов при низких давлениях, течение газов и явления переноса (М. Кнудсен, М. Смолуховский, И. Ленгмюр, С. Дешман).
     В СССР становление вакуумной техники  связано с именем академика С. А. Векшинского (1896 — 1974), организовавшего в 1928 г. вакуумную лабораторию в Ленинграде, а затем возглавившего научно-исследовательский вакуумный институт в Москве.
     До 50-х годов существовало мнение, что  давления ниже 10-6 Па получить невозможно. Однако работы американских ученых Ноттингема (1948) по измерению фоновых токов ионизационного манометра и Альперта (1952) по созданию ионизационного манометра с осевым коллектором расширили диапазон рабочих давлений вакуумной техники еще на три-четыре порядка в область сверхвысокого вакуума.
     Для получения сверхвысокого вакуума  изобретают новые насосы: турбомолекулярный (Беккер, 1958), магниторазрядный (Джепсен  и Холанд, 1959); совершенствуются паромасляные и криосорбционные насосы.
     При измерении низких давлений применяются анализаторы парциальных давлений, с помощью которых определяют состав и давление каждой компоненты остаточных газов. Сверхвысоковакуумные системы потребовали для обеспечения их надежной сборки и эксплуатации разработки чувствительных методов определения натеканий в вакуумных системах: масс-спектрометрического, галоидного и др. Для снижения газовыделения вакуумных конструкционных материалов начинает применяться высокотемпературный прогрев всей вакуумной установки. Вакуумные системы изготавливают цельнометаллическими, разрабатывают конструкции сверхвысоковакуумных уплотнений, вводов движения и электрических вводов в вакуум. Совершенствуются технологические методы получения неразъемных соединений металла со стеклом, электронно-лучевая и газовая сварка. В 60-х годах успешное развитие вакуумной техники привело к разработке стохастических методов расчета вакуумных систем. [3]
         В 1970-1980 годах начинаются интенсивные  исследования методов ионно-плазменной  технологии: осаждение покрытий из плазменных потоков, генерируемых стационарными эрозионными электродуговыми ускорителями; ионной цементации и ионного азотирования в тлеющих разрядах; имплантации с помощью специальных ионных источников и т.д. Большое количество публикаций связано с изучением физико-химических процессов взаимодействия плазменного потока с подложкой, с изучением процессов, происходящих в объеме плазмы и на поверхности твердого тела.
         1980-1990 годы характеризуются наполнением  производственного и научного  опыта. В статьях отечественных и зарубежных  исследователей публикуются описания свойств покрытий и барьерных слоев, влияние режимов обработки на эксплуатационные свойства деталей, приводятся результаты промышленного внедрения. Издаются обзоры, первые руководящие и нормативные материалы по вакуумной ионно-плазменной технологии. [4]
     Полученные  научные результаты, а также длительные испытания деталей и узлов  в. составе технологических изделий  позволили рекомендовать замену традиционных методов обработки (азотирования, хромирования, никель-кадмирования, алитирования и т.д.) на вакуумные ионно-плазменные покрытия. Вакуумные ионно-плазменные покрытия позволяют увеличить ресурс ответственных деталей в 2-5 раз, устранить трудоемкие ручные доводочные, операции, сократить трудоемкость изготовления деталей. 

     3. Применение вакуума в науке и технике[3]. 

     В современном производстве все чаще можно встретить использование  вакуумных технологий. Человечеству уже трудно представить некоторые  из сфер промышленности без вакуумных  приборов и аппаратов. Это связано с большим количеством положительных качеств вакуумного оборудования:
     - вакуумные технологии позволяют  использовать дешевые материалы,  при этом качество произведенной  продукции остается на самом  высоком уровне; 
- использование вакуумных технологий позволяет не наносить вреда окружающей среде, производство почти на 100% экологически чистое; 
- вакуумная технология дает возможность полной автоматизации управления, в результате этого работа для обслуживающего персонала становится значительно проще. 
И это далеко не полный список преобладаний над другим оборудованием.

     Таким образом, можно с твердой уверенностью сказать, что вакуумная технология является одной из самых перспективных, как для использования её в  различных отраслях, так и для дальнейшего её исследования. 

     Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых  тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций  осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядерной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без вакуума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонентов смесей, скоростей химических реакций.
     Техническое применение вакуума непрерывно расширяется:
     1. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум — в приемно-усилительных и генераторных лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов. Для работы полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в процессе его изготовления широко используется вакуумная технология. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.
     2. В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме освобождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, кальций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллий, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование. Спекание в вакууме порошков тугоплавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является одним из основных технологических процессов порошковой металлургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики изготавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получены методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных установках. Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать неразъемные герметичные соединения материалов с сильно различающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачественное соединение материалов с однородными свойствами обеспечивает электронно-лучевая сварка в вакууме. В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износостойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирования деталей в автоматах и автоматических линиях.
     3. Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, аминопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, смазочных масел. В производстве красителей и удобрений применяются кристаллизационные вакуумные аппараты.
     4. В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и кабелей. Повышаются срок службы и надежность при работе в вакууме переключающих электрических аппаратов.
     5. Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интерференционные фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.
     6. В пищевой промышленности для длительного хранения и консервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осуществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и овощей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве сахара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяйстве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.
     7. На транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.
     8. В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, лечебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, анатомических и бактериологических препаратов.
 

     
         4. Виды ВИПТ технологий  применяемые в современной промышленности.
     Современное машиностроение вступило в новую  стадию развития, характеризующуюся  системным комплексным подходом к решению технологических и производственных задач. Это заставляет по-новому подходить к прогнозированию развития и внедрения, вакуумных ионно-плазменных технологий со значительной степенью формализации критериев подхода и применением новых методов решения технологических задач.
     Анализируя  опыт промышленного применения вакуумной  ионно-плазменной (ВИП) технологии в производстве ГТД, можно отметить существенное отставание технологии вакуумной ионно-плазменной обработки от потребностей практики. Это находит свое проявление в невысоком качестве проектирования технологических процессов с применением ВИП - обработки, в отсутствии инженерных методик расчетов ее режимов, загрузки деталей, ожидаемой точности и т.д. [2] 

     4.1 Общая характеристика методов  ВИПТ[5].
     Под вакуумной ионно-плазменной технологией (ВИПТ) понижается совокупность методов  обработки с использованием трех необходимых условий:
     - наличие вакуума в качестве  защитной среды,
     - наличие вещества в плазменном  состоянии,
     - ускорение плазменных потоков  и пучков заряженных частиц  с помощью электрических и  магнитных полей.
     Указанные необходимые условия обеспечивают следующие принципиальные преимущества методов ВИНТ по сравнению с другими методами защиты поверхностей, конструкционных материалов:
     - чистота процессов (при?10-2 ПА  содержание кислорода в вакуумной  камере на два порядка меньше, чем в аргоне),
     - протекание химических реакций прямого синтеза при смешивании плазменных потоков с газами (получение карбидов, нитридов, карбонитридов металлов),
     - получение веществ, которые не  могут бить получены другими  методами,
     - получение потоков частиц с  практически любой энергией от 102 до 105 эВ.
     ВИПТ  удовлетворяет практически всем критериям прогрессивности технологического процесса:
     - универсальность, т. е. возможность  создания (или замены) защитных покрытий  любого назначения (коррозионно-стойкие,  эрозионно-стойкие, жаростойкие, износостойкие) для большинства деталей ГТД с помощью идентичных технологических приёмов;
     - высокая скорость нанесения покрытий, возможность интенсификации процесса;
     - высокая воспроизводимость  параметров  на каждой операции и практически  100%  выход  годных изделий,
     - возможность составления алгоритма  каждого технологического перехода  и управления всем технологическим  процессом с помощью ЭВМ;
     - возможность быстро перенастраивать  оборудование для изготовления  изделий без существенных затрат;
     - обеспечивает повышение производительности труда;
     - обеспечивает сокращение трудовых  и материальных затрат при  заданном качестве деталей;
     - практически полное отсутствие  экологических проблем, гигиеничность  и комфорт производства.
     В настоящее время ВИПТ позволяет  решать следующие актуальные задачи технологии производства ГТД :
     - изменение химического состава  поверхностного слоя детали (ионное  легирование, изменение стехиометрии  поверхности сложного состава  и т.д.);
     - удаление поверхностных слоев  с деталей практически любой конфигурации (очистка поверхности тлеющим разрядом,  ионным пучком) перед нанесением покрытия;
     - нанесение защитных покрытий  любого заданного состава и  толщины (нанесение многокомпонентных  сплавов, карбидов и нитридов  металлов, химических соединений);
     - полировка поверхности с помощью  ионов низкой энергий;
     - нанесение декоративных покрытий  с высокими потребительскими  свойствами (внешний вид, высокая  коррозионная стойкость,  долговечность);
     - защита материалов барьерными  слоями и многофункциональными  многослойными покрытиями с регулярной структурой;
      -создание новых методов - прецизионной  обработки труднообрабатываемых  материалов (ионное полирование,  ионное травление);
         Отметим ряд приоритетных направлений, которые позволили бы реализовать преимущества ВИПТ.  Совершенствование защитных покрытий в первую очередь неразрывно связано с необходимостью разработки мало операционных технологий. Совмещение нескольких операций в едином объеме вакуумной камеры (очистка, активация, модификация поверхности, нанесение покрытий, последующая термообработка) позволяет разрешить практически все задачи по обеспечению заданных эксплуатационных свойств покрытий. При проектировании технологических процессов целесообразно объединить родственные по физическим принципам режимы операций в ряд групп, которые должны выполняться в одном технологическом модуле.
     Наиболее  перспективна в этом отношении вакуумная  ионно-плазменная обработка, которая  позволяет в одном объеме изменять энергию частиц, род частицы, состав среды и использует в качестве технологического инструмента плазму газового разряда, ионные пучки, плазму в парах металла, тлеющий разряд, электронные лучи, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, лазерный луч и их комбинации. Необходимо создание принципиально нового оборудования, в котором реализуется, принципы интеграции технологических операций в одном пространстве и времени, в результате, протекания нескольких физико-химических процессов (например, одновременно с ионной имплантацией или напылением проводится диффузионный отжиг).
     Рассмотрим  наиболее часто применяемые виды ВИПТ обработки: 

     4.2 Ионная имплантация [6].
     Ионной  имплантацией называется процесс внедрения  в мишень ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные области. Успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования.
     Налажено  серийное производство в виде финишной обработки лопаток компрессора  методом усовершенствованной методом  усовершенствованной ионной имплантации  на Уфимском моторостроительном производственном объединении.
     Сущность  ионной имплантации (ионного легирования или ионно-имплантационной металлургии) заключается в бомбардировке имплантируемым веществом подложки (поверхности детали);  при этом ионизированные атомы или молекулы легирующего вещества, внедряясь в приповерхностный слой, застревают в кристаллической решетке мишени, образуют твердые растворы или новые химические соединения. Таким образом, оказалось возможным создавать композиционные системы с уникальными структурами и свойствами, существенно отличными от свойств основной массы детали. Технология имплантационного модифицирования позволяет внедрить в поверхность определенное (заданное) количество практически любого химического элемента на заданную глубину; таким образом можно сплавлять металлы, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим в пропорциях, которых невозможно достичь даже при использовании высоких температур.
     По  сущности протекающих процессов  метод ионного легирования не зависит от пределов химической растворимости, от температуры в процессе имплантации и от концентрации химических элементов (в том числе имплантируемого вещества) на поверхности мишени. Распределение концентрации внедренных атомов по глубине поверхностного слоя в общем случае подчиняется закону Гаусса, характеризуемому средним пробегом и стандартным  отклонением.
     С технологической точки зрения метод  ионного легирования (имплантации) обладает рядом преимуществ:
     - менее длителен процесс легирования  при однородности распределения  имплантированного вещества по поверхности;
     - возможна точная дозировка легирующего  (имплантируемого) элемента;
     - введение вещества возможно с  практически неограниченной «растворимостью»  в твердом состоянии;
     - константы диффузии при ионной  имплантации практически не влияют  на образование сплава отсутствует проблема адгезии, так как нет поверхности раздела;
     - реализуется высокая контролируемость  и воспроизводимость;
     - размеры детали практически не  изменяются;
     - вводится очень малое количество  вещества, поэтому при необходимости  можно применять достаточно дорогое вещество, без существенного удорожания технологии;
     - менее жесткие требования к  чистоте легирующих материалов, поскольку они разделяются по  массам в сепараторе перед  ускорителем;
     -  процесс реализуется при низких  температурах;
     - имеют место простые методы защиты поверхностей, не требующих обработки ионной бомбардировкой;
     - многократная имплантация с изменяющимся  ускоряющим напряжением позволяет  осуществлять нужное распределение  имплантированного элемента по  глубине поверхностного слоя. 

     4.3 Нанесение ионно-плазменных покрытий.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.