Электрический взрыв (ЭВ). Описание процесса

При электричес­ком взрыве конден­сатор разряжается на проводник в виде тонкой проволоки (рис. 6.10), нескольких проволок, фольги или сет­ки. Проводник распола­гают в диэлектрической жидкости. Начальное на­пряжение разряда в дан­ном случае несколько ки­ловольт. При протекании тока большой силы проводник нагревается и про­исходит его взрывное испарение. Возникает газопаровой пузырь, давление в котором достигает 10¹⁰ Па. В качестве материала про­водников применяют медь, константан, нихром и др. Длина прямой проволоки – до нескольких десятков сантиметров, диаметр 0,1...0,3 мм.

		Рис. 6.10. Схема электрического взрыва

6.2.2. Моделирование процесса ЭВ

Электрический взрыв развивается через несколько этапов (рис. 6.11). На первом этапе происходит разряд конденсаторов, нарастание силы тока. Образуется возрастающее по времени электрическое поле, поэтому ток протекает по наружному слою проволоки (рис. 6.10). При этом плотность тока резко возрастает, происходит разогрев проволоки. Часть тепла поступает в жидкую среду. На втором этапе (рис. 6.11) проволока плавится, окружающая ее жидкость испаряется, возникает газовый пузырь и ударная волна. К центру проволоки идет волна сжимающих напряжений. Возникает тепловой взрыв проволоки, при этом ток резко падает. После того как внешние слои проволоки испаряются, тепло идет внутрь проволоки. Здесь образуется насыщенный пар ( ) или плазма ( ). Возможен также канал разряда через пар (этап III на рис. 6.11).

		Рис. 6.11. Основные этапы процесса электрического взрыва

Время разряда при ЭВ больше, чем при разряде в жидкости, что усиливает эффект формообразования. При ЭВ возможно применение спиральной проволоки, что ускоряет взрыв. Далее процесс протекает аналогично разряду в жидкости.

КПД процесса зависит от диаметра и длины проволоки. Он выше, чем при разряде в жидкости. Объем материала проволоки выбирают пропорционально энергии конденсаторов.

6.3. Нанесение покрытий

6.3.1. Особенности процесса

Применяют еще одну разновидность электровзрывной обработ­ки электрический взрыв в вакууме электропроводного материала (обычно металлической проволоки) с целью нанесения покрытия. Покрытия наносят на различные материалы (в том чис­ле керамику и стекло) без предварительного нагрева изделия. Этим способом изготовляют детали рентгеновской аппаратуры и электронных приборов, цилиндров автомобильных двигателей и др.

6.3.2. Физическая модель процесса НП

1. Переход материала проволоки в расплавленное состояние (соответствует этапу II при ЭВ, рис. 6.11).

2. Жидкая перемычка сохраняется за счет поверхностного натяжения, магнитного поля. Идет нагрев жидкой перемычки.

3. Возможен электрический разряд вдоль испарившейся проволоки. Такой вариант нежелателен, т.к. ток резко снижается и взрыва проводника, а значит и нанесения покрытия не происходит.

4. Требуется обеспечить взрывное испарение и разлет частиц проволоки, при котором происходит образование покрытия.

Для получения качественного покрытия следует учесть требования к установкам и материалам для покрытия, для чего необходимы:

1. Высокая плотность разрядного тока (выше ), иначе частицы будут крупными и качество покрытия низким;

2. Диаметр частиц должен быть 10^-6…10^{-2 мм (0,001…10 мкм);}

3. Необходимо обеспечить высокую скорость подвода энергии в проволоку;

4. Расстояние от проволоки до изделия следует рассчитывать из условия получения равномерного покрытия всего участка поверхности заготовки. Следует учитывать, что при завышенном расстоянии частицы покрытия могут остыть и будет утеряна адгезия, т.е. слой окажется несвязанным с основой.

6.3.3. Расчет толщины покрытия

Средняя толщина покрытия рассчитывается по зависимости [ 2 ]

, (6.21)

где – диаметр проволоки; – длина проволоки; – площадь поверхности под покрытие.

6.3.4. Расчет параметров процесса ЭВ

Для электрогидравлического формообразования с взрывающим­ся проводником оптимальные длину и диаметр проволоки также определяют по эмпирическим формулам [ 2 ] в зависимости от по­казателей установки:

;

,

где – удельная проводимость материала проволоки, См; – плотность проволоки, кг/м³; – теплота, необходимая для нагре­ва и испарения единицы массы проводникового материала, Дж.