Фізико-хімічні механізми росту кристалів оксиду на поверхні вольфрамових провідників, що нагріваються електричним струмом

Автор(и)

  • С.Г. Орловська

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2021.59.227305

Ключові слова:

тепломасообмін, окислення, температура, вольфрам, оксид вольфраму, кристал

Анотація

Проведено фізико-математичне моделювання стаціонарних теплових режимів нагріву і окислення вольфрамових провідників, що нагріваються електричним струмом в повітрі. Отримано залежності стаціонарної температури провідника від сили нагріваючого струму; знайдено критичні значення сили струму, що визначають переходи до нестаціонарному режиму окислення. Результати розрахунку температурних режимів добре описують експериментальні дані, отримані нами з використанням електротермографічного методу.

В результаті експериментальних досліджень вивчено особливості утворення і зростання кристалічних оксидних структур на поверхні окисленого вольфрамового дротика. Визначено температури, при яких на поверхні вольфраму виникають ниткоподібні кристали, досліджено закономірності їх росту. Запропоновано фізико-хімічний механізм утворення і зростання кристалічних оксидних структур на поверхні вольфрамового провідника. Встановлено, що частинки вуглецю, які входять до складу домішки, є причиною утворення на основному оксиді ниткоподібних кристалів триоксида вольфраму. З підвищенням температури зразка нитки ростуть, розгалужуються і перетворюються в дендритні структури складної кущоподібної форми. Доведено, що швидке зростання кристалічних структур відбувається внаслідок осадження кластерів і мікрогранул оксиду WO3 з газової фази на центри кристалізації на поверхні провідника. На початковому етапі - це частинки домішки або механічні неоднорідності основного оксиду, потім - зростаючий кристал. Кластери виникають через великі температурні  градієнти біля поверхні провідника. Встановлено, що атоми вуглецю можуть мігрувати по гілках оксидних кристалічних структур.

Встановлено, що на початковому етапі кристали інтенсивніше ростуть в поздовжньому напрямку. Однак, при досягненні певної висоти починають інтесивно розширюватися в поперечному напрямку. Знайдено швидкості росту кристалічних структур в поздовжньому і поперечному напрямках.

Посилання

Barelko V.V., Abramov V.G., Merzhanov A.G. Thermographic method for studying the kinetics of gas-phase heterogeneous catalytic reactions //Journal of physical chemistry. – 1969. – Т.XLIII, №11. – Р.2828-2829. (in Russian).

Chernenko E.V., Rosenband V.I., Barzykin V.V. Study of the regularities of the ignition of zirconium in oxygen under pressure //Combustion, Explosion and Shock Waves. – 1979. – V.15, №4. – P.66–69. (in Russian).

Kofstad P. High-temperature oxidation of metals. – Moscow: Mir. – 1969.- 392 p. (Russian translation).

Benar J. Oxidation of metals. Vol.2. – Moscow: Publishing house "Metallurgy".- 1969.- 444 p. (in Russian, translation from French).

Zhukauskas A.A. Convective transfer in heat exchangers. – Moscow: Nauka. – 1982. – 472 p. (in Russian).

Orlovskaya S.G., Karimova F.F., Shkoropado M.S. Investigation of high-temperature modes of heat and mass transfer of tungsten conductors heated by electric current// Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2011. – Т.84, №2. – P. 368-373. (in Russian).

Orlovska S.G., Shkoropado M.S., Karimova F.F. Kinetics of the growth of oxide structures on the surface of refractory metals during heating in the ground// Phys. Chem. Solid St. – 2012. V.13, № 3. – P.733-737. (in Ukraine).

Givargizov E. I. Growth of filamentous and lamellar crystals from steam.-Moscow: Nauka. – 1977. – 303 p. (in Russian).

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-03-26

Номер

Розділ

Фізика горіння