RU2658776C2 - Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation - Google Patents
Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658776C2 RU2658776C2 RU2016143876A RU2016143876A RU2658776C2 RU 2658776 C2 RU2658776 C2 RU 2658776C2 RU 2016143876 A RU2016143876 A RU 2016143876A RU 2016143876 A RU2016143876 A RU 2016143876A RU 2658776 C2 RU2658776 C2 RU 2658776C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal vapor
- metal
- condenser
- source
- vapor
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 198
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 33
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 24
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006263 metalation reaction Methods 0.000 abstract 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000035900 sweating Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/14—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
- G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point
- G01N25/68—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point by varying the temperature of a condensing surface
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к процессам металлирования паро-жидкофазным методом и предназначено для выбора наиболее оптимальных технологических параметров при разработке новых процессов металлирования и их совершенствовании.The invention relates to metallization processes by the vapor-liquid-phase method and is intended to select the most optimal technological parameters in the development of new metallization processes and their improvement.
Известен способ определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, включающий создание разницы температур между температурой конденсатора и источника паров металла с более высокой температурой у последнего на одной или нескольких стадиях процесса металлирования, включающего нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение, сбор конденсата и вычисление скорости его образования [Б.М. Васютинский, Г.Н. Картмазов. Конденсация хрома на горячей поверхности / Температуроустойчивые защитные покрытия. Л.: Наука, 1968, с. 119-124]. В соответствии с ним определению подлежит скорость образования твердого конденсата паров металла. Само вычисление скорости образования конденсата паров металла производится исходя из толщины конденсата, определяемой металлографически на поперечном шлифе, пересекающем все температурные зоны конденсатора. Указанный способ выбран нами в качестве прототипа.A known method for determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface of a capacitor from a thermally stable material that is not chemically inert to metal and does not have open pores, depending on the technological parameters of the metallization process by the vapor-liquid-phase method, comprising creating a temperature difference between the temperature of the condenser and the source of the metal vapor with a higher temperature the latter at one or more stages of the metallization process, including heating, isothermal exposure and cooling denie, condensate collecting and calculating its rate of formation of [BM Vasyutinsky, G.N. Kartmazov. Hot Surface Chrome Condensation / Heat Resistant Protective Coatings. L .: Nauka, 1968, p. 119-124]. In accordance with it, the rate of formation of solid condensate of metal vapor is subject to determination. The calculation of the rate of condensation of metal vapor is performed on the basis of the thickness of the condensate, which is determined metallographically on a transverse section intersecting all the temperature zones of the condenser. The specified method is selected by us as a prototype.
Недостатком способа является то, что он не предусматривает возможность определения скорости образования жидкого конденсата паров металла.The disadvantage of this method is that it does not provide for the possibility of determining the rate of formation of liquid condensate metal vapor.
Известно устройство для определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, содержащее реактор замкнутого объема, установленный в нагревателе, и источник паров металла, расположенный в нижней части реактора и имеющий более высокую температуру, чем температура упомянутого конденсатора. Устройство усматривается из [Б.М. Васютинский, Г.Н. Картмазов. Конденсация хрома на горячей поверхности / Температуроустойчивые защитные покрытия. Л.: Наука, 1968, с. 119-124]. Указанное устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому. Оно выбрано нами в качестве прототипа.A device is known for determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface of a capacitor from a heat-resistant material that is not chemically inert to metal and does not have open pores, depending on the technological parameters of the metallization process by the vapor-liquid-phase method, containing a closed-volume reactor installed in the heater and a source of metal vapor, located at the bottom of the reactor and having a higher temperature than the temperature of said condenser. The device is seen from [B.M. Vasyutinsky, G.N. Kartmazov. Hot Surface Chrome Condensation / Heat Resistant Protective Coatings. L .: Nauka, 1968, p. 119-124]. The specified device is the closest in technical essence and the achieved effect to the claimed. It is chosen by us as a prototype.
Недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно определить количество образующегося за процесс металлирования твердого и жидкого конденсата паров металла, тем более на отдельных его стадиях, а именно: на стадии нагрева, изотермической выдержки и охлаждения.The disadvantage of this device is that with its help it is impossible to determine the amount of metal vapor generated during the metallization process of solid and liquid condensate, especially at its individual stages, namely, at the stage of heating, isothermal holding and cooling.
Задачей заявляемых изобретений является расширение технологических возможностей способа.The task of the claimed invention is to expand the technological capabilities of the method.
Изобретения настолько взаимосвязаны, что образуют единый изобретательский замысел, а именно: для решения поставленной задачи изобретен новый способ определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности плотного материала и новые устройства для его осуществления.The inventions are so interconnected that they form a single inventive concept, namely: to solve the problem, a new method has been invented for determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface of a dense material and new devices for its implementation.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, включающем создание разницы температур между температурой конденсатора и источника паров металла с более высокой температурой у последнего на одной или нескольких стадиях процесса металлирования, включающего нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение, сбор конденсата и вычисление скорости его образования, в соответствии с заявляемым техническим решением собирают как твердый, так и жидкий конденсат паров металла, при этом под упомянутым конденсатором устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла.The problem is solved due to the fact that in the method for determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface of a capacitor from a thermally stable material that does not have open pores and is chemically inert to metal, depending on the technological parameters of the metallization process using the vapor-liquid-phase method, which includes creating a temperature difference between the temperature of the condenser and a source of metal vapor with a higher temperature in the latter at one or more stages of the metallization process, including heating, isothermal exposure and cooling, condensate collecting and calculating its rate of formation in accordance with the claimed technical solution is collected as a solid and the liquid condensate of the metal vapor, the condenser mounted below said collection of condensate liquid metal vapor.
Осуществление сбора конденсата паров металла, как твердого, так и жидкого (при этом под конденсатором устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла), в совокупности с признаками ограничительной части формулы изобретения, позволяет определить количество конденсата, образующегося как за все время проведения процесса металлирования (то есть суммарное количество, образующееся на стадиях нагрева, изотермической выдержки и охлаждения), так и на одной из стадий указанного процесса, и тем самым обеспечить определение скорости его образования.The collection of condensate of metal vapor, both solid and liquid (in this case, a collector of liquid condensate of metal vapor is installed under the condenser), together with the signs of the restrictive part of the claims, allows you to determine the amount of condensate generated during the whole time of the metallization process (i.e. the total amount formed at the stages of heating, isothermal holding and cooling), and at one of the stages of the specified process, and thereby ensure the determination of its speed Azanias.
Так, исходя из увеличения веса конденсатора и/или сборника жидкого конденсата паров металла, времени процесса (или на одной из стадий процесса) и площади поверхности конденсатора, можно определить истинную скорость образования конденсата паров металла (выраженную в г/(см2×ч)) при проведении всех стадий процесса металлирования (или на одной из стадий процесса).So, based on the increase in the weight of the condenser and / or the liquid condensate collector of the metal vapor, the process time (or at one of the stages of the process) and the surface area of the condenser, it is possible to determine the true rate of formation of the metal vapor condensate (expressed in g / (cm 2 × h) ) during all stages of the metallization process (or at one of the stages of the process).
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность определения скорости образования конденсата паров металла, в частности, кремния, как твердого, так и жидкого на горячей поверхности плотного не имеющего открытых пор материала; причем с возможностью ее определения на любой из стадий процесса металлирования.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to determine the rate of condensation of metal vapor, in particular silicon, both solid and liquid on a hot surface of a dense material with no open pores; and with the possibility of determining it at any stage of the metallization process.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: расширяются технологические возможности способа.Thanks to the new property, the task is solved, namely: the technological capabilities of the method are expanded.
Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, содержащее реактор замкнутого объема, установленный в нагревателе, и источник паров металла, расположенный в нижней части реактора и имеющий более высокую температуру, чем температура упомянутого конденсатора, в соответствии с заявляемым техническим решением содержит сборник жидкого конденсата паров металла, который расположен между указанным конденсатором и источником паров металла в той же температурной зоне, что и источник паров металла, и заполнен ультрадисперсными частицами химически инертного к металлу термостойкого материала; при этом нагреватель выполнен двухсекционным по высоте с отличающимися по температуре зонами, причем упомянутый конденсатор и источник паров металла размещены в реакторе напротив указанных зон.The problem is also solved due to the fact that the device for determining the rate of condensation of metal vapors on the hot surface of the condenser from a thermally stable material that does not have open pores and is chemically inert to metal, depending on the technological parameters of the metallization process using the vapor-liquid-phase method, containing a closed-volume reactor installed in the heater, and a source of metal vapor located at the bottom of the reactor and having a higher temperature than the temperature mentioned to ndensatora, in accordance with the claimed technical solution comprises condensate liquid collection of metal vapor, which is located between said capacitor and a source of metal vapor at the same temperature zone as the source of metal vapor, and is filled with ultrafine particles chemically inert to the metal heat-resistant material; wherein the heater is made two-sectional in height with zones differing in temperature, said condenser and a source of metal vapor being placed in the reactor opposite these zones.
То, что в реакторе дополнительно устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла, размещаемый между конденсатором и источником паров металла, создает предпосылки для его сбора и вычисления количества по изменению веса сборника. Заполнение сборника жидкого конденсата паров металла ультрадисперсными частицами химически инертного к металлу термостойкого материала и расположение его (через проставки) в той же температурной зоне реактора, что и источник паров металла, позволяет реализовать созданные предыдущим признаком предпосылки, а именно: обеспечить сбор жидкого конденсата паров металла и вычисление его количества по изменению веса. Достигается это, во-первых, за счет того, что на самом сборнике не протекает конденсация паров металла, т.к. его температура равна температуре источника паров металла; во-вторых, за счет исключения испарения конденсата паров металла из сборника, что обусловлено тем, что жидкий конденсат паров металла распределяется в ультратонких порах материала-заполнителя сборника, из которых он не может выпотеть. На это также «работает» инертность материала-заполнителя сборника, в результате чего его температура при впитывании им жидкого конденсата паров металла не повышается. Если бы сборник был заполнен химически активным к металлу материалом, то из-за выделения тепла химической реакции произошло бы возрастание температуры на сборнике, что привело бы к искажению получаемых результатов (искажение результатов могло произойти из-за увеличения разницы температур между парами металла и конденсатором, а также из-за возможности выпотевания металла из пор материала-заполнителя сборника жидкого конденсата паров металла).The fact that the reactor additionally installs a collector of liquid condensate of metal vapor, placed between the condenser and the source of metal vapor, creates the prerequisites for its collection and calculation of the amount by changing the weight of the collector. Filling the collector of liquid condensate of metal vapors with ultrafine particles of heat-resistant material chemically inert to the metal and placing it (through spacers) in the same temperature zone of the reactor as the source of metal vapor allows us to realize the premises created by the previous sign, namely: to ensure the collection of liquid condensate of metal vapor and calculating its amount by weight change. This is achieved, firstly, due to the fact that condensation of metal vapor does not occur on the collection itself, because its temperature is equal to the temperature of the source of metal vapor; secondly, due to the elimination of evaporation of the condensate of metal vapor from the collector, which is due to the fact that the liquid condensate of metal vapor is distributed in the ultrathin pores of the aggregate material of the collector, from which it cannot sweat. The inertness of the aggregate material of the collector also “works” on it, as a result of which its temperature does not increase when it absorbs liquid condensate of metal vapor. If the collector were filled with material chemically active to the metal, then due to the heat of the chemical reaction, the temperature on the collector would increase, which would lead to a distortion of the results (distortion of the results could occur due to an increase in the temperature difference between the metal vapor and the capacitor, and also due to the possibility of sweating the metal from the pores of the filler material of the condensate collector of liquid metal vapor).
Вычисление количества конденсирующихся на поверхности конденсатора паров металла по изменению веса сборника конденсата паров металла и/или конденсатора позволяет достаточно точно определить его количество и соответственно зависимость скорости его образования от технологических параметров. Следует отметить, что в том случае, когда конденсат паров металла является твердым, его количество можно определить по изменению веса конденсатора, как и в случае способа и устройства, являющихся прототипами к заявляемым.The calculation of the amount of metal vapor condensing on the surface of the capacitor by changing the weight of the condensate collector of the metal vapor and / or the condenser makes it possible to accurately determine its quantity and, accordingly, the dependence of its formation rate on the technological parameters. It should be noted that in the case when the condensate of the metal vapor is solid, its amount can be determined by the change in the weight of the capacitor, as in the case of the method and device that are the prototypes of the claimed.
Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, содержащее реактор замкнутого объема, установленный в нагревателе, конденсатор и источник паров металла, имеющий более высокую температуру, чем температура упомянутого конденсатора, в соответствии с заявляемым техническим решением содержит сборник жидкого конденсата паров металла, расположенный под упомянутым конденсатором в той же температурной зоне, а источник паров металла размещен в верхней части реактора, при этом нагреватель выполнен двухсекционным по высоте с отличающимися по температуре зонами, а упомянутый конденсатор и источник паров металла размещены в реакторе напротив упомянутых зон.The problem is also solved due to the fact that the device for determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface that does not have open pores of a heat-resistant material chemically inert to metal, depending on the technological parameters of the metallization process by the vapor-liquid-phase method, contains a closed-volume reactor installed in the heater , a condenser and a source of metal vapor having a higher temperature than the temperature of said condenser, in accordance with the claimed This solution contains a collector of liquid condensate of metal vapor located under the said condenser in the same temperature zone, and a source of metal vapor is located in the upper part of the reactor, the heater is made two-sectional in height with different temperature zones, and the said condenser and source of metal vapor are located in the reactor opposite the zones mentioned.
То, что в реакторе дополнительно устанавливают сборник жидкого конденсата паров металла, создает предпосылки для его сбора и вычисления количества по изменению веса сборника, а затем - и скорости образования жидкого конденсата паров металла.The fact that the reactor additionally installs a collector of liquid condensate of metal vapor, creates the prerequisites for its collection and calculation of the amount by changing the weight of the collector, and then the rate of formation of liquid condensate of metal vapor.
Размещение источника паров металла в верхней части реактора с расположением сборника жидкого конденсата паров металла под конденсатором в той же температурной зоне, что и конденсатор, позволяет реализовать созданные предыдущим признаком предпосылки, а именно: обеспечить сбор жидкого конденсата паров металла и вычисление его количества и скорости образования по изменению веса сборника. Достигается это за счет того, что конденсация на поверхности сборника жидкого конденсата паров металла невозможна, т.к. при равенстве температур на сборнике жидкого конденсата паров металла и конденсаторе конденсация протекает на ближе расположенном к источнику паров металла конденсаторе. В результате конденсации паров металла на конденсаторе давление паров металла вблизи сборника жидкого конденсата паров металла периодически становится ниже давления насыщенных паров, и ни о какой конденсации на нем не может быть и речи.Placing a source of metal vapor in the upper part of the reactor with a collection of liquid condensate of metal vapor under the condenser in the same temperature zone as the condenser allows you to realize the prerequisites created by the previous sign, namely: to ensure the collection of liquid condensate of metal vapor and the calculation of its quantity and rate of formation to change the weight of the collection. This is achieved due to the fact that condensation on the surface of the collector of liquid condensate of metal vapor is impossible, because if the temperatures at the liquid vapor condensate collector of the metal vapor and the condenser are equal, the condensation proceeds at the condenser located closer to the source of the metal vapor. As a result of the condensation of metal vapor on the condenser, the vapor pressure of the metal near the liquid vapor condensate collector of the metal periodically becomes lower than the saturated vapor pressure, and there can be no question of any condensation on it.
Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности конденсатора из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала в зависимости от технологических параметров процесса металлирования паро-жидкофазным методом, содержащее реактор замкнутого объема, установленный в нагревателе, упомянутый конденсатор и источник паров металла, размещенный в реакторе, в соответствии с заявляемым техническим решением снабжено сборником жидкого конденсата паров металла, расположенным под конденсатором, который размещен в реакторе, при этом выполнено с возможностью обеспечения отсутствия разницы температур между упомянутыми конденсатором и источником паров металла или с разницей температур на источнике паров металла и конденсаторе посредством нагревателя.The problem is also solved due to the fact that the device for determining the rate of condensation of metal vapors on the hot surface of the condenser from a thermally stable material that does not have open pores and is chemically inert to metal, depending on the technological parameters of the metallization process using the vapor-liquid-phase method, containing a closed-volume reactor installed in the heater, the aforementioned condenser and a source of metal vapor placed in the reactor, in accordance with the claimed technical solution is equipped collection of the liquid metal vapor condensate disposed below the condenser which is placed in the reactor, thus arranged to ensure no temperature difference between said capacitor and a source of metal vapor or with a difference in temperature of the metal vapor source and the capacitor by the heater.
Что дает признак «устройство дополнительно содержит сборник жидкого конденсата паров металла», рассмотрено выше.What gives the sign "the device additionally contains a collection of liquid condensate of metal vapor", discussed above.
Выполнение нагревателя (нагревателей) с возможностью создания на источнике паров металла и конденсаторе разницы температур как с более высокой, так и с более низкой температурой у последнего, или с возможностью отсутствия указанной разницы температур позволяет не только реализовать созданные предыдущим признаком предпосылки, но и обеспечить сбор конденсата паров металла отдельно на каждой из стадий процесса металлирования (на стадии нагрева, изотермической выдержки и охлаждения). Обеспечивается это за счет регулирования мощности, подаваемой на отдельные зоны нагревателя или подаваемой на нагреватели. Исключив разницу между температурой источника паров металла и конденсатора на стадии нагрева или изотермической выдержки, можно исключить конденсацию паров металла, т.к. при равенстве температур на источнике паров металла и конденсаторе она невозможна. В то же время, создав посредством нагревателя на стадии охлаждения разницу температур между источником паров металла и конденсатором с более высокой температурой на первом, можно реализовать конденсацию паров на конденсаторе на указанной стадии. Придав источнику паров металла более низкую температуру, чем температура конденсатора, на стадии охлаждения, можно исключить конденсацию паров металла на конденсаторе на указанной стадии. В то же время, создав посредством нагревателя на стадиях нагрева и изотермической выдержки разницу температур между источником паров металла и конденсатором с более высокой температурой на первом, можно реализовать конденсацию паров металла на конденсаторе на указанных стадиях.The implementation of the heater (s) with the possibility of creating a temperature difference at the source of metal vapor and the condenser with both higher and lower temperatures at the latter, or with the possibility of the absence of the indicated temperature difference allows not only to realize the prerequisites created by the previous sign, but also to ensure collection condensate of metal vapor separately at each stage of the metallization process (at the stage of heating, isothermal holding and cooling). This is achieved by regulating the power supplied to individual zones of the heater or supplied to the heaters. By eliminating the difference between the temperature of the source of metal vapor and the condenser at the stage of heating or isothermal exposure, condensation of the metal vapor can be excluded, since if the temperatures at the source of the vapor of the metal and the condenser are equal, it is impossible. At the same time, by creating a temperature difference between a source of metal vapor and a condenser with a higher temperature at the first stage by means of a heater in the cooling stage, it is possible to realize vapor condensation on the condenser in this stage. By giving the source of metal vapor a lower temperature than the temperature of the condenser in the cooling step, condensation of the metal vapor in the condenser in this step can be eliminated. At the same time, by creating a temperature difference between a source of metal vapor and a condenser with a higher temperature at the first stage by means of a heater at the stages of heating and isothermal exposure, it is possible to realize the condensation of metal vapor on the condenser at the indicated stages.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретений появляется новое свойство: способность определить количество конденсата паров металла, в частности кремния, будь он хоть в твердом, хоть в жидком состоянии (причем при необходимости на любой из стадий процесса металлирования, а именно: на стадии нагрева, изотермической выдержки или охлаждения), а зная его количество, время образования и площадь поверхности конденсатора, рассчитать скорость его образования.In the new set of essential features, the object of the inventions has a new property: the ability to determine the amount of condensate of metal vapor, in particular silicon, whether it is in a solid, even in a liquid state (and, if necessary, at any stage of the metallization process, namely, at the heating stage , isothermal holding or cooling), and knowing its amount, formation time and surface area of the condenser, calculate the rate of its formation.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: расширяются технологические возможности способа.Thanks to the new property, the task is solved, namely: the technological capabilities of the method are expanded.
Определение заявляемым способом скорости конденсации паров металла на горячей поверхности не содержащего открытых пор материала в зависимости от технологических параметров осуществляют следующим образом. Создают разницу температур между температурой конденсатора и источника паров металла с более высокой температурой у последнего на одной или нескольких стадиях процесса металлирования (нагрева, изотермической выдержки или охлаждения). Образующийся благодаря указанной разнице конденсат паров металла собирают. Причем собирают как твердый, так и жидкий конденсат паров металла. Для сбора жидкого конденсата под конденсатором устанавливают сборник. Скорость образования конденсата паров металла, в частности, кремния, вычисляют исходя из увеличения веса конденсатора и/или сборника жидкого конденсата паров металла, времени его образования и площади поверхности конденсатора.The determination by the claimed method of the rate of condensation of metal vapor on a hot surface not containing open pores of the material depending on the process parameters is as follows. Create a temperature difference between the temperature of the condenser and the source of the vapor of the metal with a higher temperature in the latter at one or more stages of the metallization process (heating, isothermal holding or cooling). Condensate of metal vapor formed due to this difference is collected. Moreover, both solid and liquid condensate of metal vapor is collected. To collect liquid condensate, a collector is installed under the condenser. The rate of condensation of metal vapor, in particular silicon, is calculated based on the increase in the weight of the condenser and / or the liquid condensate collector of the metal vapor, its formation time and the surface area of the capacitor.
Способ поясняется примером определения скорости конденсации паров металла на горячей поверхности не содержащего открытых пор материала при проведении процесса металлирования в зависимости от технологических параметров. При металлировании производят нагрев и выдержку источника паров металла и конденсатора при заданных технологических параметрах (температуре конденсатора, разнице температур между температурами источника паров металла и конденсатора, давлении в реакторе, расстоянии между источником паров металла и их конденсатором, времени выдержки). В зависимости от технологических параметров реализуется или не реализуется процесс конденсации паров металла, а при его реализации образуется жидкий и/или твердый конденсат паров металла. Твердый конденсат остается на поверхности конденсатора, а жидкий - стекает в сборник жидкого конденсата паров металла. Затем производят охлаждение сборки (садки).The method is illustrated by an example of determining the rate of condensation of metal vapor on a hot surface not containing open pores of the material during the metallization process, depending on the technological parameters. When metallizing, the source of the vapor of the metal and the condenser is heated and held at the specified technological parameters (the temperature of the condenser, the temperature difference between the temperatures of the source of the vapor of the metal and the capacitor, the pressure in the reactor, the distance between the source of the vapor of the metal and their capacitor, the exposure time). Depending on the technological parameters, the process of condensation of metal vapor is realized or not realized, and when it is realized, liquid and / or solid condensate of metal vapor is formed. Solid condensate remains on the surface of the condenser, while liquid condensate drains into the collector of liquid condensate of metal vapor. Then produce cooling assembly (cages).
Исходя из изменения веса конденсатора и/или сборника жидкого конденсата паров металла и площади поверхности конденсатора, вычисляют скорость образования конденсата. При определении скорости образования конденсата паров металла только на стадии изотермической выдержки необходимо исключить вклад в приращение количества конденсата паров металла, образующегося на стадиях нагрева и охлаждения.Based on the change in the weight of the condenser and / or the liquid condensate collector of the metal vapor and the surface area of the condenser, the rate of formation of the condensate is calculated. When determining the rate of condensation of metal vapor only at the stage of isothermal exposure, it is necessary to exclude the contribution to the increment in the amount of condensate of metal vapor formed at the stages of heating and cooling.
Для исключения вклада стадий нагрева и охлаждения в приращение количества образующегося конденсата паров металла нагрев и охлаждение садки производятся при равной температуре источника паров металла и конденсатора (или немного меньшей у источника паров металла), следствием чего является исключение конденсации паров металла.To exclude the contribution of the heating and cooling stages to the increment in the amount of metal vapor condensate generated, the heating and cooling of the cages are carried out at the same temperature as the metal vapor source and the condenser (or slightly lower at the metal vapor source), which results in the exclusion of metal vapor condensation.
После завершения охлаждения устройства производят взвешивание сборника конденсата паров металла и конденсатора. На основе полученных результатов изменения их веса вычисляют количество конденсирующихся на поверхности конденсатора паров металла.After cooling, the device weighs the condensate collector of metal vapor and the condenser. Based on the results of changes in their weight, the amount of metal vapor condensing on the surface of the capacitor is calculated.
Конструктивное исполнение устройства поясняется чертежами.The design of the device is illustrated by drawings.
На фиг. 1, 2, 3 приведен общий вид устройства соответственно согласно пунктам 3, 5, 7 формулы изобретения.In FIG. 1, 2, 3 shows a General view of the device, respectively, according to
Устройство для определения количества конденсирующихся на горячей поверхности плотного материала паров металла, в частности кремния, в соответствии с п. 3 формулы изобретения (см. фиг. 1) содержит реактор (реторту) 1 замкнутого объема, двухсекционный по высоте нагреватель 2 с отличающимися по температуре зонами 2а и 2б, источник паров металла 3, конденсатор 4 и сборник 5 жидкого конденсата паров металла. Реактор (реторта) установлен в нагревателе 2. Сборник 5 жидкого конденсата паров металла расположен между источником паров металла 3 и конденсатором 4 в той же температурной зоне 2а, что и источник 3 паров металла с температурой в период изотермической выдержки, превышающей температуру конденсатора 4. Конденсатор 4 расположен напротив зоны 2б нагревателя 2. Источник паров металла 3, конденсатор 4 и сборник 5 жидкого конденсата паров металла размещены в реакторе (реторте) 1. Сборник 5 жидкого конденсата паров металла заполнен ультрадисперсными частицами 6 химически инертного к металлу термостойкого материала.A device for determining the amount of metal vapor, in particular silicon, condensing on a hot surface of a dense material, in accordance with
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Включают нагреватель 2. В результате нагрева образуются 2 зоны нагрева 2а и 2б с разными температурами, а именно: с более высокой температурой в нижней зоне 2а нагревателя 2, напротив которой расположены источник 3 паров металла и сборник 5 жидкого конденсата паров металла.Turn on
В зависимости от величины разницы температур между температурой конденсатора 4 и источника 3 паров металла на конденсаторе 4 образуется или не образуется конденсат паров металла. В зависимости от температуры конденсатора 4 образующийся на нем конденсат паров металла находится в твердом или жидком состоянии. Если образуется твердый конденсат паров металла, то он остается на конденсаторе 4. Если же образуется жидкий конденсат паров металла, то по мере его образования на конденсаторе 4 он стекает в сборник 5. В силу капиллярного эффекта жидкий конденсат паров металла заполняет поры между ультрадисперсными частицами 6 химически инертного к металлу термостойкого материала. Химическая инертность соединения к металлу, с одной стороны, обеспечивает хорошую пропитываемость его жидким металлом, с другой стороны, позволяет исключить разогрев сборника 5 жидкого конденсата паров металла и тем самым предотвратить подогрев паров металла, диффундирующих от источника 2 паров металла к конденсатору 4 мимо сборника 5 жидкого конденсата паров металла. В противном случае произошло бы искажение получаемых результатов определения количества конденсирующихся паров металла.Depending on the magnitude of the temperature difference between the temperature of the
Благодаря малому размеру пор, образованных ультрадисперсными частицами материала, металл удерживается в них капиллярными силами и поэтому не выпотевает из них. Количество образующегося за период проведения процесса металлирования твердого конденсата паров металла определяют по изменению веса конденсатора 4, а жидкого конденсата - по изменению веса сборника 5.Due to the small size of the pores formed by the ultrafine particles of the material, the metal is held in them by capillary forces and therefore does not sweat from them. The amount of solid metal vapor condensate formed during the metallization process is determined by the change in the weight of the
Устройство для определения количества конденсирующихся на горячей поверхности плотного материала паров металла, в частности кремния, в соответствии с п. 5 формулы изобретения (см. фиг. 2) содержит реактор (реторту) 1 замкнутого объема, нагреватель 2, источник 3 паров металла, конденсатор 4 и сборник 5 жидкого конденсата паров металла. Реактор 1 установлен в нагреватель 2, выполненный по высоте двухсекционным с отличающимися по температуре зонами 2а и 2б. Источник 3 паров металла, конденсатор 4 и сборник 5 жидкого конденсата паров металла размещены в реакторе (реторте) 1 напротив зон 2а и 2б нагревателя 2 с более высокой температурой источника 3 паров металла. Причем источник 3 паров металла расположен в верхней части реактора 1, а сборник 5 жидкого конденсата паров металла - под конденсатором 4 в той же температурной зоне, что и конденсатор. При этом конденсатор 4 выполнен из плотного химически инертного к металлу термостойкого материала.A device for determining the amount of metal vapor, in particular silicon, condensing on a hot surface of a dense material, in accordance with
Устройство работает следующим образом. Включают нагреватель 2. В результате нагрева образуются две зоны нагрева 2а и 2б с разными температурами, а именно: с более высокой температурой в верхней зоне 2б нагревателя 2, напротив которой расположен источник 3 паров металла.The device operates as follows. Turn on the
В зависимости от величины разницы температур между температурой конденсатора 4 и источника 3 паров металла на конденсаторе 4 образуется или не образуется конденсат паров металла. В зависимости от температуры конденсатора 4 образующийся на нем конденсат паров металла находится в твердом или жидком состоянии. Если образуется твердый конденсат паров металла, то он остается на конденсаторе 4. Если же образуется жидкий конденсат паров металла, то по мере его образования на конденсаторе 4 он стекает в сборник 5.Depending on the magnitude of the temperature difference between the temperature of the
Конденсация паров металла на конденсаторе 4 приводит к тому, что состояние паров вблизи него периодически становится ненасыщенным и диффузия их к более удаленному от источника 3 паров металла сборнику 5 жидкого конденсата паров металла, имеющего такую же температуру, как у конденсатора, не может привести к конденсации на нем (на сборнике 5) паров металла из-за их ненасыщенного состояния.The condensation of metal vapors on the
Устройство для определения количества конденсирующихся на горячей поверхности паров металла, в частности, кремния в соответствии с п. 7 формулы изобретения (см. фиг. 3, 4) содержит реактор (реторту) / замкнутого объема, нагреватель 2 (или нагреватели 2а и 2б), источник 3 паров металла, конденсатор 4, сборник 5 жидкого конденсата паров металла. Источник 3 паров металла и конденсатор 4 размещены в реакторе 1. Конденсатор 4 выполнен из не имеющего открытых пор химически инертного к металлу термостойкого материала. Под конденсатором 4 расположен сборник 5 жидкого конденсата паров металла. Нагреватель 2 (или нагреватели 2а и 2б) выполнены с возможностью создания на источнике 3 паров металла и конденсаторе 4 разницы температур как с более высокой, так и с более низкой температурой у последнего и/или с возможностью отсутствия необходимости в создании указанной разницы. Для реализации указанной выше возможности нагреватель 2 может быть выполнен двухсекционным по высоте и снабжен автономными источниками питания. Или устройство может содержать два расположенных по высоте реактора 1 нагревателя 2а и 2б, снабженных автономными источниками питания. Или устройство может содержать один основной нагреватель 2а, охватывающий реактор по всей его высоте и имеющий напротив места расположения источника 3 паров металла немного меньшую температуру, чем температура конденсатора 4, и еще один нагреватель 2б для подогрева места расположения источника 3 паров металла вместе со сборником 5 конденсата паров металла или без него. В первом случае нагреватель 2б устанавливается коаксиально основному нагревателю 2а (фиг. 3), а во втором случае он устанавливается над источником 1 паров металла (фиг. 4). При этом нагреватели 2а и 2б снабжены автономными источниками питания.A device for determining the amount of metal vapor condensing on a hot surface, in particular silicon, in accordance with paragraph 7 of the claims (see Figs. 3, 4) comprises a reactor (retort) / closed volume, heater 2 (or heaters 2a and 2b) , source of 3 metal vapors,
Количество вариантов конструктивного исполнения нагревателей и расположения их не ограничивается вышеприведенными.The number of options for the design of heaters and their location is not limited to the above.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При создании разницы температур между источником 3 паров металла и конденсатором 4 с более высокой температурой у первого только на стадии изотермической выдержки, на стадии же нагрева - при отсутствии указанной разницы, а на стадии охлаждения - с более высокой температурой на конденсаторе 4, конденсация паров металла протекает только на стадии изотермической выдержки и определяемое количество жидкого и/или твердого конденсата паров металла относится только к указанной стадии.When creating a temperature difference between a source of 3 metal vapor and a
При создании разницы температур между источником 3 паров металла и конденсатором 4 с более высокой температурой у первого только на стадии нагрева, на стадии же изотермической выдержки - при отсутствии указанной разницы, а на стадии охлаждения - с более высокой температурой на конденсаторе 4, конденсация паров металла протекает только на стадии нагрева и определяемое количество жидкого и/или твердого конденсата паров металла относится только к указанной стадии.When creating a temperature difference between a source of 3 metal vapors and a
Аналогичные условия можно создать и для протекания конденсации паров металла только на стадии охлаждения.Similar conditions can be created for the condensation of metal vapors only at the stage of cooling.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143876A RU2658776C2 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143876A RU2658776C2 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018102395A Division RU2709387C2 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Method of determining rate of porous material pores filling with metal vapour condensate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016143876A RU2016143876A (en) | 2018-05-08 |
| RU2658776C2 true RU2658776C2 (en) | 2018-06-22 |
Family
ID=62106092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016143876A RU2658776C2 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658776C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1304185B1 (en) * | 2001-06-11 | 2005-11-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal article, metal composite material using the article and method for production thereof |
| RU2427667C2 (en) * | 2009-06-26 | 2011-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева" | Procedure for determination of rate of thermal vacuum sedimentation of alloys by method of emission spectroscopy |
| RU2542047C2 (en) * | 2012-10-22 | 2015-02-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method and device for article metalising by liquid-vapour process and control over permeability of butts between retort parts in said device |
| RU2543243C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of manufacturing products from composite materials based on matrix from metal carbides, obtained with application of method of regulated introduction of metal into pores of carbon-containing material of workpiece |
-
2016
- 2016-11-08 RU RU2016143876A patent/RU2658776C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1304185B1 (en) * | 2001-06-11 | 2005-11-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal article, metal composite material using the article and method for production thereof |
| RU2427667C2 (en) * | 2009-06-26 | 2011-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева" | Procedure for determination of rate of thermal vacuum sedimentation of alloys by method of emission spectroscopy |
| RU2542047C2 (en) * | 2012-10-22 | 2015-02-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method and device for article metalising by liquid-vapour process and control over permeability of butts between retort parts in said device |
| RU2543243C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of manufacturing products from composite materials based on matrix from metal carbides, obtained with application of method of regulated introduction of metal into pores of carbon-containing material of workpiece |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Васютинский Б.М. и др. Конденсация хрома на горячей поверхности, Температуроустойчивые защитные покрытия, Ленинград, Наука, 1968, с.119-124. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016143876A (en) | 2018-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shah | Methods for calculation of evaporation from swimming pools and other water surfaces | |
| Alaian et al. | Experimental investigation on the performance of solar still augmented with pin-finned wick | |
| Omara et al. | A new hybrid desalination system using wicks/solar still and evacuated solar water heater | |
| Rajaseenivasan et al. | Glass basin solar still with integrated preheated water supply–theoretical and experimental investigation | |
| Hansen et al. | Performance analysis on inclined solar still with different new wick materials and wire mesh | |
| Kabeel et al. | Experimental study on conventional solar still integrated with inclined solar still under different water depth | |
| Caruso et al. | Film condensation in inclined tubes with noncondensable gases: an experimental study on the local heat transfer coefficient | |
| Jung et al. | Effects of surface orientation on nucleate boiling heat transfer in a pool of water under atmospheric pressure | |
| Tang et al. | Study on the heat and mass transfer performance of a tubular still enhanced by hydrophilic surface modification | |
| RU2658776C2 (en) | Method for determining speed of condensate formation from metal vapors on hot surface of dense material and device for its implementation | |
| Fathi et al. | Evaporative cooling heat transfer of water from hierarchically porous aluminum coating | |
| Yahia Mahammed et al. | Improving the water production of a solar still by adding an internal condensation chamber: A theoretical study | |
| Ghadamgahi et al. | Experimental investigation of multi‐stage solar still using phase‐change material | |
| Wong | The evaporation mechanism in the wick of copper heat pipes | |
| Lara et al. | Experimental investigation of dropwise condensation on hydrophobic heat exchangers part I: Dimpled-sheets | |
| Riahi et al. | Potable water production using two solar stills having different cover materials and fabrication costs | |
| Singh et al. | Experimental performance of modified multi-wick basin-type inverted absorber solar still | |
| Brewster | Water evaporation and condensation in air with radiation: the self-similar Spalding model | |
| Rai et al. | Effect of water depth and still orientation on productivity of passive solar still | |
| Jouybari et al. | A comparative study of different heat transfer enhancement mechanisms in a partially porous pipe | |
| Abobakirovich et al. | Calculation of the thermal performance of a flat solar air heater | |
| Özdemir et al. | Prediction of the boiling temperature and heat flux in sugar–water solutions under pool-boiling conditions | |
| Tigrine et al. | Experimental investigations on a multi-stage water desalination prototype | |
| Dixon et al. | Measurement of the heat transfer coefficient | |
| Song et al. | Heat, mass and momentum transfer of a water film flowing down a tilted plate exposed to solar irradiation |