авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН ...»

-- [ Страница 2 ] --

Измерения скорости продольных волн проведены с помощью экспериментальной установки для измерения характеристик акустических импульсов, описанной в работе [6]. При этом хвостовые части образцов были отпилены, а торцы получившихся при этом стержней тщательно отшлифованы для создания условий возбуждения и приема ультразвуковых импульсов контактным способом с использованием приемо-передающих пьезоэлектрических преобразователей с резонансной частотой около 5 МГц. В экспериментах наблюдали возбуждение в стержнях «стержневой» (скорость порядка 5500 м/с) и «поршневой» (скорость около 6000 м/с) мод. Скорость последней соответствует скорости объемных волн, распространяющихся в отпиленных частях образцов, подвергнутых кручению. У нее наблюдались более стабильные характеристики от измерения к измерению, поэтому мы выбрали ее в качестве информативной характеристики для исследования влияния пластической деформации на акустические свойства материала.

Погрешность вычисления скорости связана с погрешностями измерения времени задержки акустического импульса в материале и длины стержня (1,5 10-410-5). Таким образом, относительная погрешность измерения скорости определяется погрешностью измерения времени задержки, а абсолютная погрешность ее вычисления, при значении 6000 м/с, равна 0,9 м/с.

Для учета изменения плотности материала при кручении нами было проведено взвешивание (с погрешностью 0,001 г) исследованных образцов на электронных весах. Масса образцов около 60 г, тогда относительная погрешность взвешивания равна 1,5 10-5. Погрешность измерения длины (10-5) и погрешность взвешивания оказались незначительными величинами по сравнению с погрешностью измерения диаметра стержня (10-3). Таким образом, абсолютная погрешность вычисления плотности материала составила 0,008 г.

Результаты измерений скорости упругих волн и плотности материала отражены на рисунке 2.

а) б) Рис. 2. Зависимость скорости упругих волн (а) и плотности материала (б) от степени закрутки образца XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология Рис.2а показывает, что скорость продольной ультразвуковой волны практически не меняется вплоть до угла закрутки на 3 оборота, далее начинает расти.

Измерения показывают, что поведение плотности материала неоднозначно в пределах исследованного диапазона пластических деформаций кручения. Выявленное экспериментально и описанное в монографии [5] явление уменьшения плотности остается спорным. Однако, в отличие от нашего случая, в указанной работе эксперименты начинались с гораздо больших уровней пластической деформации.

Проведенные нами исследования позволили также оценить влияние степени закрутки стержня на такие величины как волновое сопротивление (характеристический импеданс, динамическая жесткость V) и «прочностную» характеристику V2. Рис. 3а, 3б демонстрируют увеличение указанных величин при увеличении пластической деформации кручения стальных образцов (погрешность измерения V=0,05, а V2=0,3 (в абсолютных единицах)).

а) б) Рис.3. Зависимость величин V и V от количества оборотов Методы упрочнения конструкционных материалов, такие, как наклеп или заневоливание, широко применяются на практике и имеют проверенный прикладной аспект. Мы же попытались посмотреть на напряженно-деформированное состояние стального стержня с другой стороны, «изнутри». Оказалось, что изменение «прочностной» характеристики V2 на 0,2% сигнализирует о близости материала к предельному состоянию (разрушению из-за больших сдвиговых деформаций).

Данную методику можно использовать для предсказания начала разрушения торсионов, которые по своей специфике подвергаются воздействию крутящего момента за пределами области упругости.

Авторы благодарны сотрудникам кафедры металловедения НГТУ им. Р.Е. Алексеева Скуднову В.А. и Бугрову Ю.В. за предоставленную возможность использования оборудования и руководство механическими испытаниями.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Минпромнауки Нижегородской области (код проекта 11-02-97024-р_поволжье_а).

ЛИТЕРАТУРА 1. Детали машин. Расчет и конструирование: Справочник / Под ред. Н.С. Ачеркана. - М.: Машиностроение, 1968. -Кн. 1. -245с:

2. Варавва В.И. Прикладная теория амортизации транспортных машин. - Л.: Изд-во Ленингр. университета, 1986. -186с.

3. Ботаки А.А., Ульянов В.Л., Шарко А.В. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. - М.: Машиностроение. 1983. 80 с.

4. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: «Наука», 1996. 184 с.

5. Скуднов В.А. Предельные пластические деформации металлов. - М.: Металлургия. 1989. 176 с.

6. Моничев С.А., Никитина Н.Е. Ультразвуковой эхо-метод исследования упругих свойств твердых тел.

Препринт № 24-04-03/Нф ИМАШ РАН. Н. Новгород, 2004. 22 с.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК 534. Л.А.Кулакова, Н.С. Аверкиев ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СОСТОЯНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В КВАНТОВОЙ ЯМЕ ЛАЗЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН Россия, 194021 Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. Тел.: (812) 515-9175;

Факс: (812) 515-6747;

E-mail: L.Kulakova@mail.ioffe.ru Проведены исследования изменения поляризационных характеристик излучения InGaAsP/InP лазерных гетероструктур, обусловленные деформацией ультразвуковых волн. Из экспериментального анализа следует, что наблюдаемые аномалии обусловлены поворотом плоскости поляризации излучения в присутствии переменной деформации. Теоретическая обработка данных позволила получить оценку величины расщепления дырочных состояний в квантовой яме исследуемых структур и продемонстрировала уникальную возможность ультразвуковой методики для изучения не только тонкго спектра состояний в квантовой яме лазерных гетероструктур, но и для получения данных о распределении технологических деформаций в гетероструктуре.

1. Введение В настоящее время огромный интерес вызывают явления, обусловленные модуляцией энергии электронных состояний полупроводниковых наноструктур, так как это делает возможным прямое детектирование во времени сопровождающих такую модуляцию спектроскопических эффектов[1 - 7].

В литературе известны результаты изучения динамики эффектов с использованием акустических солитонов при температуре жидкого гелия [1-2]. Очевидно, что эти исследования носят, довольно, эксклюзивный характер в силу большой сложности эксперимента.

Нами впервые были начаты [3-7] и проводятся по настоящее время исследования воздействия ультразвуковой деформации на спектральные характеристики генерируемого излучения гетеролазеров при комнатной температуре. Исследования проводились в InGaAsP/InP – лазерных гетероструктурах, которые являются одним из основных источников излучения в оптоволоконных линиях связи. Главными результатами проведенных исследований являются а) осуществление частотной модуляции лазерного излучения;

б) обнаружение того,что вклады акустоэлектронного и акустооптического взаимодействий близки по величине и работают синфазно;

в) выявление возможностей управления направлением генерируемого излучения. В последнее время наше внимание направлено на новый аспект деформационного воздействия ультразвуковых волн[8,9]: влияние ультразвуковой деформации на тонкий спектр квантовых состояний носителей заряда в активной зоне лазерной гетероструктуры. Известно, что в большинстве кубических полупроводников сильное спин-орбитальное взаимодействие формирует валентную зону и обусловливает наличие уровней в квантовой яме, отличающихся проекцией полного момента дырки на ось квантования [10]. Упругие механические напряжения изменяют величины квантоворазмерных расщеплений, смешивают состояния тяжелых и легких дырок, и в результате изменяются как частотные, так и поляризационные характеристики излучения. Исследования воздействия ультразвука на поляризационные характеристики излучения гетеролазеров при комнатной температуре привлекают как своей относительной простотой, так и возможностью реализации одноосной деформации в квантовой яме активной (лазерной) гетероструктуры. При этом ультразвуковые исследования позволяют наблюдать процессы в реальном масштабе времени.

2. Методика эксперимента В качестве объекта исследований нами использовались InGaAsP/InP структуры, работающие при комнатных температурах в импульсном режиме с длительностью до 3 µs на длине волны излучения 1. mcm. Пороговый ток имел значение ~ 35 mA, рабочие токи изменялись в интервале от порогового до двукратного их значения. Пространственно-энергетическая схема структуры и ее характеристики приведены в [4]. Переменная упругая деформация создавалась методом возбуждения импульсов продольных ультразвуковых волн длительностью до 2mcs, в диапазоне частот F = 5 - 20 MHz, с помощью резонансных пластинок пьезокерамики. Размеры преобразователя 0.7 х 1.2 mm2 максимально приближены к планарному размеру гетероструктуры. Благодаря этому достигались интенсивности до 300 W/cm (деформации до 1.1*10-4). Волна распространяется перпендикулярно активному слою структуры. При этом (как и прежде) все эксперименты проводились в геометрии бесконечно узкого лазерного резонатора по сравнению с длиной S звуковой волны – a S. Это приближение вполне соответствует условиям эксперимента: a 6 µm, S 250 µm. Это значит, что деформационное воздействие (t ) изменяется во времени с периодичностью звуковой волны: S S0sin t, = 2F. Для регистрации генерируемого XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология излучения предварительно коллимированный пучок проходил через поляризационный анализатор (призму Глана), фокусировался и детектировался скоростными фотодиодами с временем нарастания фототока не более 5 ns. Электрический сигнал с фотодиода направлялся на широкополосный усилитель, и визуализировался на осциллографе (полоса 200MHz). Измерения велись в квази-одночастотном режиме генерации [5, 6]. Ширина линии усиления до 0.2 meV.

3. Результаты и их обсуждение.

Форма импульса излучения в равновесном состоянии близка к прямоугольной (Рис.1a,(1)). Зависимость a) b) 1 Рис.1.Осциллограммы, верхний и нижний лучи – импульсы рабочего тока и интенсивности излучения соответственно: (a) (1)равновесное излучение, (2)в присутствии звука;

(b) (1) = 84 град., (2) = интенсивности излучения от угла ( - уголотклонения направления выходной поляризации анализатора от направления поляризации максимальной интенсивности) хорошо описывается зависимостью I = I 0 cos 2 = I 0 (1 + cos 2 ), I 0 = I 0 / 2,(рис.2а). Этот факт свидетельствует в пользу того, что исследуемый нами лазер дает линейную поляризацию в широких пределах изменения рабочих токов (Iop).Введение звука приводит к появлению переменной составляющей, имеющей периодичность звуковой волны (Рис.1a,(2)). При этом наблюдается четкая смена фазы модуляции на противоположную при повороте анализатора на 900 относительно направления максимальной интенсивности (Рис.1b,(1, 2)).

Амплитуда переменного сигнала составляет около 0,5 V. Однако, поскольку частота переменного сигнала a) b) 0, - - -2 0,6 - - 0, - - 30 0, I~, V I=, V 0, -0, -0, -0, 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160, Grad, Grad Рис.2.Угловые зависимости интенсивностей (a) – равновесного I= излучения: точки – эксперимент (1) – (4) Iop/Ith = 1.04, 1.25, 1.6 и 1.9 соответственно, сплошные – аппроксимация - Соs2 и (b) амплитуда переменной компоненты излучения (Iop/Ith = 1.9): точки – эксперимент (1) I~, (2) –расчет, согласно(2) совпадает с частотой звука, можно выделить этот вклад с большой точностью и отдельно анализировать его. Угловые зависимости амплитуды I~ этой составляющей представлены на рис.2b, (1,2). Анализ экспериментальных данных показывает, что эти зависимостихорошо аппроксимируются выражениями:

I= = A=(1 + cos2 ) (1) I~ = A~(1 + cos2 ) + B~sin2 (2) XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология где A=, A~ и B~ зависят от величины тока и при Iop/ Ith = 1,9 равны:A= = 25.75V, A~ = 0.27V, B~= 0,5V.

Суммарная интенсивность может быть представлена следующим выражением:

I = I= + I~ = (A=+ A~)(1 + cos2 + B~ sin2 ) (3) A= + A~ Из (3) можно сделать два основных вывода. 1. В присутствии ультразвуковой деформации наблюдается модуляция интенсивности излучения. 2. Сохраняется линейная поляризация излучения. Дополнительный B~ член sin2, обусловленный наличием переменной деформации, появляется вследствие поворота A= + A~ поляризации излучения на угол ~ : sin 2 ~ = B~ B~ 10 2 = 0.55 град. Это значит,, ~ 2( A= + A~ ) ( A= + A~ ) что угол поворота изменяется в интервале 1.1 град за половину периода звуковой волны.

Оба эффекта имеют периодичность звуковой волны. Следует отметить, что в случае поворота плоскости поляризации коэффициент перед cos 2 должен быть равен cos 2 ~ = 1 2 sin 2 ~. В исследуемом случае малого угла поворота поправка 2 sin 2 ~ имеет второй порядок малости и оказывается на пределе точности измерений, с данной точностью следует считать, что коэффициент перед cos 2 в (3) равен единице.

Нами была рассчитана зависимость сигналов I~и I= от параметров изучаемой структуры.

Излучательные переходы в исследуемой структуре происходят из зоны проводимости на уровни в валентной зоне, соответствующие тяжелым дыркам, что приводит к стопроцентной поляризации выходного излучения вдоль оси Y. В случае возникновения в системе слабых деформаций к состояниям тяжелых дырок подмешиваются состояния легких дырок, изменяются величина расщепления между энергетическими подуровнями и толщина квантовой ямы. Переходы из зоны проводимости в состояния легких дырок характеризуются поляризацией излучения вдоль оси Z. В результате, в случае слабого подмешивания состояний легких дырок вследствие деформации возможен поворот плоскости поляризации с сохранением степени поляризации равной 1. Детальный расчет спектра и волновых функций дырок в квантовой яме с учетом деформаций был выполнен в рамках теории возмущений. В условиях, когда внутренние сдвиговые деформации ij и асимметрия продольных деформаций в плоскости квантовой ямы, а также переменные внешние ij (t ) малы: d ij, br, (t ) E, величину расщепления можно считать равной:

E = 0 + 2 B (4) c [ ] Где 0 = b ( zz xx ) + ( zz yy ), c– ширина квантовой ямы.Волновые функции основного состояния возмущенной системы рассчитывались во втором порядке теории возмущений по малым параметрам.

Исходя из этого, можно рассчитать в относительных единицах интенсивности излучения с поляризациями в направлениях Y и Z и получить следующее выражение для зависимости интенсивности излучения от угла (начало отсчета от оси Y):

I = I 0 (1 + C cos 2 + D sin 2 ) (5) ( ) d ( yz + xy + xz ) + (br ) 2 2br (t ) 2br I 0 = N (1 + + (5.1) ) (E ) 3E 3 3 (E ) (( ) ) = 16 (E ) 2 d 2 xy + xz + (br ) 1 C2 D 2 2 (5.2) 8(d 2 ( yz + xy + xz ) + (br ) 2 ) 2 2 C = 1 (5.3) 3(E ) 4d yz (t ) 4d yz 8d yz br D= + (5.4) 3E 3(E ) 3 (E ) где N- коэффициент, пропорциональный матричному элементу оператора импульса, вычисленного для [ )] ( переходов из зоны проводимости в валентную зону, (t ) = b ( zz (t ) xx (t ) ) + zz (t ) yy (t ), ( ) r = 3 xx yy / 2. Выражение (5.2) означает, что деполяризация излучения возникает только во втором XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология порядке по технологическим деформациям. Поворот поляризации возникает только при наличии сдвиговой деформации yz. В линейном по технологическим деформациям приближении поворот = = 2 d yz /3E. Напомним, что в плоскости поляризации, согласно (5.4), возникает на угол эксперименте - уголотклонения направления выходной поляризации анализатора от направления поляризации максимальной интенсивности, которое совпадало с направлением оси Y с точностью до 10.

Отсюда мы можем сделать вывод, что величина = не превышает погрешности измерения, т.е. = 10-2.

Согласие с экспериментом можно получить, если предположить, что возбуждается не только продольная zz (t ), но и сдвиговая yz (t ) компоненты. Такое предположение естественно, если учесть конфигурацию преобразователя, при которой размер вдоль оси Y не превышал 0.7 mm. Наши расчеты показывают, что вследствие дифракционной расходимости возникает сдвиговаядеформация yz (t ) 3 * 10 5.

Тогда угол поворота плоскости поляризации за счет ультразвука определяется, главным образом, 2d yz (t ) линейным по деформации членом (5.4): ~ =. В этом случае мы можем оценить величину 3E расщепления дырочных уровней в квантовой яме исследуемых структур:

при d = 4 eV E 14 meV (6) Полученный результат свидетельствует о том, что, помимо размерного квантования, на величину расщепления существенно влияют внутренние технологические деформации, причем определяющими являются деформации сжатия zz вдоль оси роста ямы, сопровождающиеся вследствие упругих свойств деформациями растяжения в плоскости ямы. Если принять 100 meV как вклад в E размерного квантования, то используя (4), можно получить значения внутренних деформаций, обуславливающих (6):

при b = 3 eV- (2 zz + xx + yy ) 3 * 10 2 (7) Далее, из (5.1) и (5.4) можно получить соотношение для экспериментальных коэффициентов B~A~, характеризующих поворот плоскости поляризации и модуляцию интенсивности излучения 6d yz (t )E ультразвуковой деформацией: B~ =.Используя экспериментальные данные, получаем br (t ) A~ оценку для асимметрии r в плоскости квантовой ямы: r 8 * 10 3.

Таким образом, в работе показано, что 1. При сохранении линейной поляризации звук поворачивает направление поляризации.

2. Получена величина расщепления дырочных состояний в квантовой яме лазерных гетероструктур.

3. Продемонстрирована уникальная возможность ультразвуковой методики для изучения не только деформационного воздействия на тонкий спектр состояний в квантовой яме лазерных гетероструктур, но и для получения данных о величине и распределении технологических деформаций в гетероструктуре.

Работа поддержана грантами РФФИ (№ 09-02-12413-офи_м и №11-02-00729), Научными программами РАН ЛИТЕРАТУРА 1. A.V. Scherbakov et al.“Ultrafast control of light emission from a quantum well microcavity using picosecond strain pulses” Phys.

Rev. B, 78, 241302(R) (2008).

2. A.V. Akimov et al.. “Optical and photocurrent spectroscopy with picosecond strain pulses”, J. Luminescence 131, 404 (2011).

3. Кулакова Л.А., Тарасов И.С.Перестройка частоты генерации гетеролазера под влиянием ультразвуковых волн //Письма ЖЭТФ. - 2003.- Т. 78. - В. 2. - С. 67-71.

4. Кулакова Л. А., Пихтин Н.А., Слипченко С.И., ТарасовИ.С. Управление спектром излучения квантоворазмерных гетеролазеров ультразвуковой деформацией. //ЖЭТФ. - 2007. - Т. 131. - В.5. С.790–797.

5..Кулакова Л.А.Тонкая спектроскопия динамики излучения гетеролазеров в присутствии ультразвуковой деформации//ФТТ. - 2009. - Т. 51. - В.1- С.73-80.

6. KulakovaLiudmila A. Acousto-optic interaction in nanodimensional laser heterostructures// Appl. Optics.- 2009. - V. 48. - P.1128 1134.

7. Л.А.Кулакова, Лютецкий А.В., Волошинов В.Б. Градиентное управление направлением излучения InGaAsP/InP гетеролазеров// ПЖТФ – 2010. - Т.36.- Вып.12. - С.48-54.

8. LiudmilaKulakova. The Emission Polarization Change in the InGaAsP/InPNanodimensional Laser heterostructures under an Ultrasonic Strain” Proc. Of Int. Congress on Ultrasonics, Gdan’sk, Poland, 5-8 Sept. 2011,впечати.

9. Л.А.Кулакова, А.В.Лютецкий, И.С.Тарасов.Динамика изменения спектра излучения квантово-размерных гетеролазеров в присутствии ультразвуковой деформации. Сборник трудов научной конференции «Сессия научного совета ран по акустике и xxiv сессия российского акустического общества» Саратов, 2011 Т. I, - М.: ГЕОС, 2011, стр.270-274.

10. Г.Л.Бир, Г.Е.Пикус. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. “Наука”, М., 485, (1972).

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК 534. А.И. Аристов, Ю.Н. Калачев, А.Н. Неверов, А.А. Рухман, И.В. Субботин ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИТУМОВ Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Россия, 125164, Москва, Ленинградский пр., Тел.: (495)155-0868;

E-mail: neverov_an@mail.ru Приводятся результаты экспериментальных исследований ультразвуковой кавитации в битуме БНД 60/90.

Изучались зависимости эффективного звукового давления в битуме от амплитуды ультразвуковых колебаний и потребляемой электрической мощности преобразователя. Полученные зависимости показывают, что закономерности развития кавитации в битумах качественно отличаются от соответствующих зависимостей для «классических» жидкостей (вода, глицерин).

Большинство ультразвуковых технологических процессов (очистки, диспергирования и ряд других) проводятся в жидкостях с малой вязкостью, потому основные закономерности кавитации изучались в приложении к таким жидкостям. Ряд технологических жидкостей, однако, обладают довольно высокой вязкостью (вязкость битумов при технологических температурах 0,12 0,25 Пас, вязкость глицерина при 180С равна 1,39 Пас, вязкость воды при 180С составляет всего 1,05·10-3 Пас).

Механический перенос полученных результатов на жидкости с повышенной вязкостью, очевидно, не правомерен. Действительно, если при коэффициенте вязкости жидкости, близком к вязкости воды (динамическая вязкость ~10-3 Пас), влияние вязкости на захлопывание кавитационных пузырьков ничтожно мало, то при коэффициенте вязкости 10-2 - 10-1 Пас действие вязких сил уже начинает сказываться на поведении кавитационных пузырьков. При увеличении вязкости до 1 Пас, что соответствует вязкости глицерина при комнатной температуре и битумов при технологических температурах (150 1800С), пузырьки уже не захлопываются и становятся пульсирующими.

Другой особенностью вязких жидкостей является их высокое газосодержание ( 0,05), которое объясняется малой скоростью всплытия и удаления пузырьков газа из жидкости. Постоянное присутствие относительно больших пузырьков газа в вязких жидкостях (к которым относятся битум и глицерин) сильно понижает ее кавитационную прочность [1].

Как известно, вязкость жидкостей резко уменьшается с повышением температуры ( ) В А exp b T, где А и b – эмпирические константы [2].

Ультразвуковая обработка уменьшает вязкость битума в жидкой фазе на 10-50 %, причем характер изменения вязкости не позволяет считать, что уменьшение вязкости вызывается только тепловым воздействием ультразвука, поскольку наряду с тепловым воздействием наблюдаются и другие эффекты, например, изменение трения между твердыми нерастворимыми примесями.

Рабочая температура битумов составляет 130 – 1500С.

Экспериментальное изучение акустических свойств битумов в этих условиях было целью настоящей работы.

В работе [3] для анализа экспериментальных данных по прочности на растяжение воды и глицерина использовано понятие инкубационного времени. Очевидно, это время для глицерина, как и для битумов, должно 5 быть существенно больше. Можно предположить, что и переходные процессы при возникновении и затухании кавитации в глицерине, как и в битумах, должны быть более длительными, чем в воде.

Акустические свойства битумов экспериментально изучались на установке, блок-схема которой приведена на рис. 1. Возбуждение мощного магнитострикционного преобразователя 1 осуществлялось от ультразвукового генератора с возможностью различных автоподстроек.

Звуковое давление в битуме оценивалось по величине сигнала гидрофона 2. Частота возбуждающего сигнала автоматически подстраивалась на резонанс и составляла во всех экспериментах 17,5 кГц ± 10%. При этом фиксировались потребляемая генератором электрическая мощность, частота колебаний, ток подмагничивания и сигнал обратной связи преобразователя. По сигналу обратной связи оценивалась выходная амплитуда колебаний преобразователя.

Рис. 1. Блок - схема В озвучиваемой емкости с битумом 3 при помощи нагревателя экспериментальной установки поддерживалась постоянная технологическая температура, которая XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология измерялась термопарой 5. Сигнал звукового давления в битуме фиксировался широкополосным гидрофоном, сигнал которого подавался на электронный осциллограф. Гидрофон располагался на оси преобразователя на расстоянии примерно 5 мм от его излучающего торца.

В первой серии экспериментов изучалась зависимость звукового давления в битуме от амплитуды колебаний на выходе преобразователя. Для этого при заданной амплитуде колебаний выходного торца преобразователя в течение 3 минут фиксировался сигнал гидрофона (при большем времени экспозиции не было гарантии постоянства температуры битума). Затем проводилась статистическая обработка полученных результатов: вычислялись средние значения и средние квадратичные отклонения (СКО) звукового давления, его минимальное и максимальное давление за время экспозиции, которые позволяют судить о протекании кавитации в технологической емкости.

Экспериментальные зависимости среднего звукового давления (Uг) и средних квадратичных отклонений (СКО) от амплитуды колебаний приведены на рис. 2.

Uг, мВ СКО Uг, мВ А, мкм 0 2 4 6 8 10 Рис. 2. Экспериментальные зависимости среднего звукового давления (Uг) и средних квадратичных отклонений (СКО) от амплитуды колебаний преобразователя Видно, что с увеличением амплитуды колебаний возрастает величина как звукового давления Uг, так и среднего квадратичного отклонения (СКО). Зависимости в исследованном диапазоне амплитуд колебаний хорошо описываются эмпирическими формулами:

U г 0,27 А 2 0,63 А + 9,20, R2=0,98, СКОU г 0,56 А + 0,89, R2=0,85.

Заметим, что ход этих зависимостей не соответствует ходу зависимостей эффективного звукового давления в жидкости от амплитуды колебаний для обычных жидкостей [1,4,5]. Для воды, например, как и для большинства других исследованных жидкостей, звуковое давление при увеличении амплитуды колебаний сначала растет, затем, в фазе развития кавитации, падает, а в режиме развитой кавитации снова возрастает, хотя и с существенно меньшей скоростью.

Столь необычные Uг max, мВ Uг min, мВ Uг, мВ зависимости эффективного звукового давления в битуме от амплитуды колебаний преобразователя возможно объяснить следующим образом.

Причиной падения эффективного звукового давления, и, следовательно, сопротивления излучения «обычных» жидкостей при развитии кавитации является А, мкм экранирование технологического объема граничной зоной между 0 2 4 6 8 10 излучающей поверхностью и Рис.3. Экспериментальные зависимости максимальных и жидкостью, которая образуется из минимальных значений сигнала гидрофона (т.е. звукового давления) за конечной прочности жидкости и размаха звукового давления при кавитации в битуме.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология на разрыв. Изменение волновых характеристик среды в соответствии с [6] на границах излучающая поверхность преобразователя – граничная зона и граничная зона – капельная жидкость происходит скачкообразно или почти скачкообразно. Поглощение звука этой зоной весьма велико. При увеличении амплитуды колебаний протяженность этой зоны (толщина) увеличивается и зона эта становится для упругих волн более прозрачной, а поглощение уменьшается.

В битумах же из-за особенностей их строения эта граничная зона не образуется. Объяснить это можно, по-видимому, тем, что, несмотря на термостатирование емкости, вблизи излучающей поверхности температура битума локально повышается, вязкость же его, как и поглощение, сильно падает, а падение звукового давления в битуме не происходит.

На рис. 3 приведены экспериментальные зависимости максимальных и минимальных значений сигнала гидрофона (т.е. звукового давления), а также размаха звукового давления (разность максимального и минимального значений звукового давления) при кавитации в битуме от амплитуды колебаний.

Зависимости указанных величин от амплитуды колебаний в исследованном диапазоне хорошо описываются эмпирическими формулами:

U гmax 0,15 А 2 + 2,50 А + 10,9, R =0,89, U гmin 0,15 А2 0,55 А + 5,67, R2=0,94, U г 3,00 А + 2,28, R2=0,80.

Зависимости максимального и минимального значений сигнала гидрофона от амплитуды колебаний преобразователя хорошо описываются квадратичными функциями. Зависимость размаха звукового давления (сигнала гидрофона) от амплитуды колебаний преобразователя хорошо описываются линейной функцией.

Ход этих зависимостей также не соответствует ходу аналогичных зависимостей для «обычных»

жидкостей [7].

На рис. 4 показаны экспериментальные зависимости звукового давления (сигнала гидрофона) и среднего квадратичного отклонения (СКО) этой величины от электрической мощности, потребляемой преобразователем.

Из приведенных зависимостей ясно, что 40 Uг, мВ повышение электрической СКО Uг, мВ мощности преобразователя 30 выше 0,5 кВт способствует 25 не увеличению активности кавитации в битуме, а, наоборот, ее снижению. Об этом свидетельствует ход зависимости как сигнала Р, кВт гидрофона (Uг), так и среднего квадратичного 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 отклонения (СКО Uг), которое не в меньшей, а, Рис. 4. Экспериментальные зависимости звукового давления (сигнала может быть, в большей гидрофона) (Uг) и среднего квадратичного отклонения (СКО Uг) этой степени характеризует величины от электрической мощности, потребляемой преобразователем.

кавитацию.

Приведенные зависимости сигнала гидрофона Uг и его среднего квадратичного отклонения (СКО Uг) от электрической мощности Рвх в исследованном диапазоне хорошо описываются эмпирическими формулами:

U г 7,83Рвх 36,5Рвх + 40,7 Рвх + 23,4, R2=0,87, 3 СКОU г 1,16 Рвх + 5,35, R2=0,72.

Для подтверждения последнего утверждения была проведена следующая серия измерений.

Сигнал гидрофона по одному каналу передавался на фиксирующий прибор в неизменном виде, а по другому – через фильтр высоких частот с частотой среза приблизительно 400 кГц. По литературным данным, именно такой сигнал характеризует кавитационную активность жидкости (см. [8] и литературу, XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология цитированную там). Разность этих двух сигналов представляет собой величину сигнала основного тона и его гармоник, не связанных с кавитацией. Результаты приведены на рис. 5.

Эти результаты свидетельствуют о правильности вывода, сделанного выше: повышение электрической мощности преобразователя выше 0,5 кВт не способствует увеличению активности кавитации в битуме.

Uср1 суммарный сигнал Uср2 высокочастотный сигнал U1-U2 основной тон 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3, Мощность, кВт Рис. 5. Зависимости высокочастотного, низкочастотного и суммарного сигналов гидрофона от потребляемой электрической мощности преобразователя Обратим внимание еще на один факт, отмеченный при исследованиях: при повышении температуры битума выше технологической (примерно 1500С) приводило к существенному снижению активности кавитации – в 1,5 – 2 раза. Это положение было подтверждено экспериментально вплоть до температур 2000С.

Выводы:

1. Показано, что при увеличении амплитуды колебаний излучателя интегральный сигнал звукового давления увеличивается;

разброс сигнала амплитуды колебаний также растет при увеличении амплитуды колебаний 2. Зависимости максимального и минимального значений звукового давления от амплитуды колебаний излучателя также имеют монотонный возрастающий характер, что отличается от соответствующих зависимостей для исследованных «классических» жидкостей – воды и глицерина 3. Экспериментально показано, что кавитационная активность битума максимальна при потребляемой мощности 0,5 – 1 кВт;

дальнейшее увеличение потребляемой мощности не ведет к повышению кавитационной активности битума 4. Повышение температуры битума до 180 – 2000С снижает кавитационную активность битума в 1,5 – раза 5. Закономерности кавитации в битуме не похожи на закономерности кавитации в воде и глицерине и нуждаются в дальнейшем изучении ЛИТЕРАТУРА Сиротюк М.Г. Акустическая кавитация. М.: Наука, 2008. -271 с.

1.

Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1982. – 520 с.

2.

Груздков А.А., Петров Ю.В. Кавитационное разрушение жидкостей с с большой и малой вязкостью. // 3.

Журнал технической физики, 2008, т. 78, вып. 3, с. 6- 4. Kikuchi Y., H. Shimizu. On the variation of acoustic radiation resistance in water under ultrasonic cavitation. JASA, 1959, 31, 10, p. 1385- Розенберг Л.Д., Сиротюк М.Г. Об излучении звука при наличии кавитации. Акустический журнал, 1960, т.

5.

6, № 4, с. 478- Артемьев А.С., Неверов А.Н. О сопротивлении излучения вязких жидкостей. Труды// XXII сессия 6.

Российского акустического общества. М., Геос, 2010, т. 1, с. 287- Артемьев А.С., Неверов А.Н., Рухман А.А. Особенности ультразвуковой кавитации в глицерине. Труды// 7.

XXIV сессия Российского акустического общества. М., Геос, 2011, т. 2, с. 86- Макаров Л.О. Акустические измерения в процессах ультразвуковой технологии. М.: НТО Машпром, 8.

- 56 с.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК 534- Гончаров В.Д., Новик А.А.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ МОЩНОГО УЛЬТРАЗВУКА ПРИ ДИСПЕРГИРОВАНИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет «ЛЭТИ»

Россия, 197376, г. С-Петербург, улица профессора Попова, д. Тел.: +7 (812) 329-4961, факс +7 (812) 329- E-mail: alexsei-newman@yandex.ru Доклад посвящен применению интенсивных ультразвуковых колебаний для получения ультрадисперсных частиц керамики в жидкой среде. Рассматривается проблема агломерации частиц после ультразвуковой обработки. Как возможное решение проблемы рассматриваются керамические и полимерные матрицы, в которые заключаются частицы в процессе ультразвукового диспергирования.

Одним из перспективных направлений совершенствования технологических процессов является применение относительно новых способов диспергирования различных материалов в жидких средах. К таким способам относится диспергирование за счет использования энергии механических колебаний ультразвуковой (УЗ) частоты высокой интенсивности (ультразвуковое диспергирование).

Ультразвуковое диспергирование позволяет получать высокодисперсные (средний размер частиц микроны и доли микрон), однородные и химически чистые смеси (суспензии) твердых частиц в жидкостях. Отличительной особенностью этого метода измельчения является высокая гомогенность полученной взвеси, а также отсутствие в ней паразитных примесей.

На текущий момент особый интерес вызывает применение технологического ультразвука для получения ультрадисперсных частиц (УДЧ) и изделий из материалов, содержащих данные частицы (УДМ). Вследствие размерного эффекта (средний размер частицы 40-200нм) материалам в ультрадисперсном состоянии присущи уникальные сочетания химических, электрических, магнитных, тепловых, механических, сорбционных, радиопоглощающих и других свойств, не встречающихся в массивных телах. Изучение свойств УДЧ и производство УДМ представляют известный научный и практический интерес.

Многие научные и производственные объединения заявляют о возможности применения технологического ультразвука для подобных целей [1, 2, 3]. Однако после выключения ультразвука, а также на стадии испарения жидкости (которая необходима для получения порошковых материалов)[3], наблюдается эффект агломерирования полученных частиц под действием сил Ван-дер-Вальса. Частицы начинают слипаться и их наиболее «интересные» свойства исчезают. Решение именно этой проблемы, не смотря на значительное число работ по УЗ диспергированию, до сих пор не найдено.

Целью наших исследований было применение технологического ультразвука при формировании композитных наноразмерных гетерофазных пленок для увеличения их диэлектрической проницаемости в СВЧ диапазоне. Достижению этой цели возможно путем уменьшения дисперсности составляющих его сегнетоэлектрических частиц. В частности, в рамках проводимых нами исследований была изучена возможность закрепления полученных УДЧ в рентгеноаморфной или полимерной матрице.

Экспериментально исследовался процесс диспергирования сегнетоэлектрических порошков (ЦТСНВ-1) с использованием мощного ультразвукового излучения. Достигнутые значения минимальной дисперсности частиц порошка составили 100-200нм. Для получения плёнок с закреплёнными в рентгеноаморфной матрице УДЧ, использовался тетраэтоксисилан (ТЭОС). Проведение операции диспергирования в ТЭОС практически не сказывается на размерах получаемых частиц, но позволяет существенно снизить их агломерацию (рисунок 1).

В результате ультразвукового воздействия размер частиц уменьшается с 10-50мкм (исходный материал) до 100-200 нм. В большинстве случаев удалось избежать агломерации, однако в образовавшейся суспензии присутствуют частицы разного размера (от 50нм (*) до 200 нм (**) на рис.1).

Изображённая на рис.1 плёнка была получена путём центрифугирования (скорость вращения центрифуги 1950 об/мин). Однако в данном случае не удалось полностью избавиться от проблемы агломерации(о чём свидетельствует наличие в плёнке агломерата *** рис.1).

Поэтому, для уменьшения агломерации, исследования были продолжены в направлении использования полимерных матриц. Структура пленки композита, в который были введены частицы необработанного предварительно в ультразвуке частицы сегнетоэлектрика (рисунок 2, а, б) не позволяет реализовать преимущества использования сегнетоэлектрического материала в качестве наполнителя, так как большая объемная доля полимерной матрицы в композите сводит на нет вклад в электрофизические характеристики сегнетоэлектрической составляющей. СВЧ-керамика, полученная из макро частиц, плохо выполняет свои функции на частотах свыше 1ГГц, ее диэлектрическая проницаемость невелика.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология Рис.1 Данные с АСМ микроскопа, полученные после диспергирования в ТЭОС в течение 30 мин.

Было выполнено комплексное исследование факторов, влияющих на структуру получаемых композитов. Ультразвуковое диспергирование наполнителя ЦТСНВ-1, выбранного в качестве сегнетоэлектрического наполнителя, проводилось непосредственно в растворе полимера поли (о гидроксиамиды) (ПОА) в растворителе - N,N- диметилацетамид (ДМАА).

В ходе исследований варьировались: концентрация полимера в растворителе, степень загрузки наполнителя, введение диспергаторов, время декантации суспензий, время осаждения. На рисунке 2 (в, г) представлены результаты полученных пленок для 6%-ного раствора полимера в зависимости от условий проведения эксперимента. Диэлектрическая проницаемость полученных образцов увеличилась, в среднем, в 10-12 раз.

Рис. 2 Оптические изображения поверхности пленок композитов, полученных осаждением из суспензии наполнителя ЦТСНВ-1 в растворе полимера через 9 суток: а, б) без УЗ обработки, где * - агломераты частиц;

в,г) после УЗ – обработки;

Из полученных данных следует, что найденные параметры концентрации полимера, исходной загрузки наполнителя, уровня диспергирования частиц наполнителя обеспечивают возможность получения пленочных композитов в диапазоне толщин 3…15 мкм с высокой степенью загрузки. Также установлено, что ультразвуковое диспергирование сегнетоэлектрического порошка ЦТСНВ-1 в растворе полимера снижает размеры частиц до нескольких сотен нанометров, при этом разрушения полимера не происходит.

ЛИТЕРАТУРА Алена А. Новик Применение ультразвука при производстве наноматериалов // http://utinlab.ru/articles/ artl5.html 1.

О.Л. Хасанов, Э.С. Двилис, В.В. Полисадова, А.П. Зыкова Эффекты мощного ультразвукового воздействия на 2.

структуру и свойства наноматериалов // Издательство Томского политехнического университета // 2008г, стр. В.Д. Гончаров, А.А. Новик Применение технологического ультразвука при диспергировании керамики // Сборник 3.

трудов Научной конференции "Сессия Научного совета РАН по акустике и XXIV сессия Российского акустического общества". Т. II. - М.: ГЕОС, 2011, стр. XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК 621.9.048. Б.А. Кудряшов, А.Н. Ливанский ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ФРАКЦИЙ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ГОУ ВПО Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет Россия, 117036 Москва, Ленинградский пр-т, д. 64.

Тел.: (499) 155-0868;

E-mail: eruendore@mail.ru Эмульгирование тяжелых нефтепродуктов находит широкое применения в различных отраслях промышленности от нефтепереработки до теплоэнергетики. Анализ существующих методов эмульгирования тяжелых нефтепродуктов, результаты исследований ультразвукового эмульгирования дизельного топлива показали, что в настоящее время нет универсального способа получения эмульсий. Работа, описываемая в этой статье направлена на улучшение технологии получения эмульсий на основе битумов применяемых в дорожном строительстве. Предлагаемый ультразвуковой метод обработки позволит повысить эксплуатационные характеристики дорожного покрытия. Рассматривается возможность использования описанного метода в теплоэнергетике для эмульгирования мазутов. В статье описываются основные механизмы эмульгирования протекающего под воздействием ультразвука.

Эмульгирование имеет очень важное значение в промышленности, и применяется в различных отраслях. Широкое применение получили эмульсии на основе продуктов нефтепереработки, так в теплоэнергетике нефтеводные и мазутоводные эмульсии позволяют снизить расход топлива в котлах и печах до 21%;

производство масел, смазок с повышенными фрикционными, антикоррозийными характеристиками, применяемых в машиностроительной индустрии происходит путем эмульгирования нефтяных масел, в настоящее время активно изучаются перспективы использования топливных эмульсий как альтернативного топлива для автомобилей и т.д. Однако наибольшее распространение получили эмульсии на основе битума, применяемые в дорожном строительстве.

Сегодня при ремонте и строительстве автодорог чаще всего используется битум – продукт нефтепереработки. Для того чтобы его применение было максимально эффективно, необходимо достичь минимальной степени вязкости. Существует три способа перевода битума из твердого состояния в жидкое, характеризующееся низкой вязкостью: нагрев;

применение растворителей;

эмульгирование.

Битумная эмульсия представляет из себя двухфазную систему состоящую из битума, воды и одной или нескольких добавок, которые способствуют образованию, стабилизации и приданию эмульсии заданных свойств. Битум распределяется в воде в форме капель, обычно диаметр капель варьируется в диапазоне 0,1…50х10-6 м. Капли не соединяются между собой вследствие действия электростатических сил, возникающих в системе битум-вода при добавлении в нее эмульгатора. Существует множество методов получения битумных эмульсий: коллоидные мельницы, роторные диспергаторы, химическое и электрическое эмульгирование. Однако данные методы зачастую не позволяют получить эмульсии во всем объеме обрабатываемого битума, либо требуют серьезной модернизации существующих асфальто бетонных заводов (АБЗ).

Ультразвук (УЗ) позволяет получить эмульсии с размерами частиц менее 1…5 мкм. Эмульсии со столь малым размером частиц являются устойчи-выми и не расслаиваются в течение нескольких часов, суток и даже месяцев. Устойчивость эмульсий, полученных с применением ультразвука, много выше, чем полученных обычным способом. Эффекты ультразвукового эмульгирования связанны с первую очередь с тем, что диспергирование фазы в среде при воздействии ультразвука происходит вследствие трех основных причин [1]:

1) под действием колебательной скорости и колебательного ускорения (модель Ржевкина Островского). Данная модель реализуется следующим образом: компоненты эмульсии располагают в емкости для смешивания слоями один над другим, затем возбуждают в них ультразвуковые колебания.

Наибольшая эффективность ультразвукового эмульгирования при данном способе достигается в том случае когда компоненты эмульсии располагают в емкости для смешивания таким образом, чтобы толщина слоя каждого из них составляла половину длины волны звука в нем на частоте ультразвуковых колебаний, которыми осуществляют последующее воздействие при эмульгировании. Таким образом, границу раздела компонентов эмульсии находиться в плоскости пучности колебательного смещения стоячей продольно-упругой акустической волны.

2) под действием ударных волн кавитации (модель Недужего) [2]. Компоненты эмульсии механически смешивают, затем (или одновременно) полученную смесь диспергируют воздействием возбуждаемых в ней ультразвуковых колебаний. Типичным примером реализации второго способа эмульгирования является известный способ изготовления эмульсий, при котором компоненты механически смешивают посредством какого-либо технического средства, например, шестеренчатого XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология насоса. Затем полученную механическую смесь подают на ультразвуковой диспергатор. Диспергирование здесь начинается тогда, когда площадь границы раздела сред уже достаточно велика вследствие механического перемешивания компонентов. При этом требуются меньшие энергозатраты на дальнейшее увеличение площади межфазной границы, то есть, на повышение дисперсности эмульсии. При этом используентся тот факт, что наибольшие значения скорости и ускорения колебательного смещения достигаются на полуволновом расстоянии от излучающей поверхности, а наибольшие деформации жидкость испытывает на четвертьволновом. Поскольку эмульсия подаваемая в УЗ диспергатор распределена равномерно по обрабатываемому объему, то существующие границы фаз подвергаются занчительному воздействию со стороны ударных волн кавитации.

3) в-третьих, путем растягивания капель фазы сверх критической длины (модель Фридмана).

Для обеспечение маскимальной стабильности эмульсии и снижения времени ее образования необходимо использование всех перечисленных выше механизмов УЗ эмульгирования.

В рамках исследования возможностей ультразвукового эмульгирования битумов В Лаборатории электрофизических методов обработки проведен ряд экспериментов по получению как прямой, так и обратной битумо-водных эмульсий, при помощи ультразвуковой экспериментальной установки (рис. 1).

Комплект ультразвукового технологического оборудования для проведения эксперимента состоит из:

-ультразвукового генератора, который является источником питания ультразвуковой колебательной системы, -задающего генератора, обеспечивающего получение заданного технологического эффекта;

-ультразвуковой колебательной системы, преобразующей электрические колебания в механические колебания ультразвуковой частоты;

-собственно технологического устройства, обеспечивающего последовательное выполнение переходов в соответствии с комплексным технологическим процессом.

Рис. 1. Установка для УЗ эмульгирования битумных эмульсий: 1 – генератор УЗ колебаний;

2 – задающий генератор Г3-33;

3 – ваттметр;

4 – частотомер Ч3-33;

вольтметр;

6 – осциллограф;

7 – колебательная система;

– электродинамический датчик.

Состав эмульсий выбирался в соотвествии с принятыми на АБЗ техническими условиями на получения эмульсии, в соответствии с которыми для стабилизации свойств эмульсии в нее дополнительно вводилось 1-2% эмульгатора (мылонафт). После растворения эмульгатора полученный раствор доводится до рабочей температуры (70-80ОС).

Пеутем предварительных исследования УЗ эмульгирования был подобран режим обработки:

амплитуда колебаний 15 мкм;

концентрация эмульгатора (вода+мылонафт) 50% от объема битумной эмульсии, время озвучивания – 1 мин, 5 мин, 10 мин.

Разогретый битум разливается в металлическую емкость. Для получения одного образца битумной эмульсии используется 300 г битума. При этом температура битума поддерживается в заданном диапазоне.После этого в емкость с разогретым битумом вводится ультразвуковой излучатель и начинается процесс озвучивания. В озвучиваемый битум вливается раствор эмульгатора, при этом торец излучателя перемещается таким образом, чтобы излучающая поверхность находилась на незначительном удалении от границы раздела фаз. Время начала УЗ обработки засекалось после окончания заливки эмульгатора В XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология процессе озвучивания по мере изменения величины сопротивления среды происходит корректировка частоты и мощности ультразвука с целью обеспечения требуемой амплитуды ультразвуковых колебаний.


Для контроля качества полученных битумных эмульсий были выбраны следующие показатели:

плотность и вязкость эмульсии, однородность, а также содержание битума с эмульгатором и определение смешиваемости эмульсии с минеральным материалом. Испытания проводились в соответствие с ГОСТ18659-81 с некоторыми дополнениями.

Содержания битума с эмульгатором определялось выпариванием воды из эмульсии с последующим взвешиванием остатка. Удаление воды из эмульсии считают законченным, когда прекратится выделение пузырьков пара и поверхность остатка в чашке станет зеркальной.

Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1. Содержание битума в эмульсиях в зависимости от обработки Тип эмульсии Прямая Обратная Время обработки, мин 1 5 10 1 5 Содержание битума, % 24 32 45 12 20 Определение смешиваемости эмульсии с минеральными материалами проводилось по визуальной оценке ее способности смешиваться с материалами пористого и плотного зерновых составов, то есть образовывать равномерную пленку вяжущего на зернах минерального материала (рис.2).

а) б) Рис. 2. Определение смешиваемости эмульсии с минеральным материалом:

а – эмульсия не смешевается;

б - хорошая смешиваемость Вязкость эмульсии определялась методом ротационной вискозиметрии в соответствии с ГОСТ 33 2000 и ГОСТ 25276-82, плотность погружными ареометрами. При этом осуществлялся контроль изменения вязкости и плотности с течением времени. На основе полученных данных были построины зависимости вязкости эмульсий от времени обработки (рис. 3).

12 1 10 Вязкость, сПз Вязкость, сПз 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 Дни Дни а) б) Рис. 3. Изменение вязкости прямой (а) и обратной (б) битумных эмульсий с течением времени, для различных режимов обработки: 1 – 1 мин обработки;

2 – 5 мин;

3 – 10 мин.

Оценка однородности эмульсии осуществлялась путем погружения в полученную эмульсию образцов алюминиевой фольги, с последующим визуальным определением однородности эмульсии (табл.

2).

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология По результатам экспериментов сделаны следующие заключения:

- при использовании прямой эмульсии целесообразно использовать время обработки 5 и 10 мин, при использовании 1 мин обработки эмульсия не смешивается с минеральным материалом, при использовании обратной эмульсии проходит испытание только образец, полученный при 10 мин обработки;

- для обратной эмульсии после 10 минут обработки в эмульсии находится значительное Таблица 2. Оценка однородности эмульсии 1 мин 5 мин 10 мин Прямая Обратная количество плохо эмульгированного битума, в последствии ускоряющего процесс расслоения эмульсии;

- для всех типов эмульсии характерно, что наиболее интенсивно процесс расслоения происходит в первые двое суток после получения эмульсии;

- обратная эмульсия в независимости от времени озвучивания через 2 суток разрушается практически полностью;

- для прямых эмульсии степень разрушения эмульсии с изменением времени озвучивания с 1 мин до 10 мин уменьшается 90% до 30%, таким образом эффективность ультразвукового обработки битумных эмульсии достигается только бри времени озвучивания более 10 мин;

- как для прямой, так и для обратной эмульсии характерно резкое снижение вязкости по истечении двух суток с момента получения это может объясняться разрушением эмульсии и выделением из не значительного количества битума;

- для всех типов эмульсии плотность эмульсии равна 1, г/см3, и не изменятся с течением времени;

- для прямых эмульсии вязкость изменяется на большую величину, что свидетельствует что количество битума вступившего в реакции для прямых эмульсий больше, чем для обратных;

- наибольшей вязкостью обладает прямая эмульсия после 10 мин ультразвуковой обработки, это вызвано большим количеством битума вступившего в реакцию, что подтверждается другими экспериментами.

На основе результатов экспериментов сформулированы следующие рекомендации:

ультразвуковое эмульгирование позволяет получить эмульсии обладающие достаточной степенью дисперсности и однородности;

стабильность эмульсий полученных данным методом достаточная для их использования в дорожном строительстве.

Работа связанная с ультразвуковым эмульгированием является на данный момент перспективной, так как обладает возможностью придания эмульсиям заданных параметров. Дальнейшие исследования процесса ультразвукового эмульгирования должны быть направленны на создание ультразвукового оборудования и получение эмульсий в условиях массового производства битумов на АБЗ.

ЛИТЕРАТУРА 1. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М: ИИЛ, 1956. - 726 с 2. Недужий С.А. Влияние интенсивности ультразвука на состояние дисперсной фазы в момент ее образования // Акустический журнал. - 1961, N 7 (265) С.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК 621.9.048. Н.В.Бабченко, В.М.Приходько, Е.Г.Юдаков ОСОБЕННОСТЬ КООРДИНАТНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОРПУСНЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Россия, 125319 Москва, Ленинградский пр-т, д. Тел.: (499) 755-0868;

E-mail: student810@gmail.com Рассматривается возможность удаления загрязнений с поверхности крупногабаритных корпусных изделий машиностроения при помощи ультразвуковой очистки перемещающимся по заданной траектории стержневым излучателем. Представлены экспериментальные зависимости влияния скорости перемещения ультразвукового излучателя, амплитуды колебаний, расстояния между излучателем и объектом очистки на величину кавитационной эрозии. Предложена схема координатной очистки крупногабаритных корпусных изделий машиностроения.

Ультразвуковая очистка поверхностей деталей применяется в операциях, где требуется большая производительность и высокое качество очистки. Достижение этих результатов зачастую сопряжено со значительным потреблением энергоресурсов. Анализ современных тенденций мирового рынка электроэнергетики показывает непрерывный рост цен на электроэнергию. Снижение потребления электроэнергии при ультразвуковой обработке без ухудшения эффективности удаления загрязнений является одной из первостепенных задач развития современных ультразвуковых технологий. Уменьшить потребление электроэнергии можно путем координатного перемещения источника ультразвука в технологическом реакторе.

Предлагаемый способ очистки основан на применении одного излучателя, перемещающего по заданной траектории. Схема обработки аналогична схеме, реализованной на современных трех позиционных фрезерных станках с числовым программным управлением. Теоретическими предпосылками разработки предлагаемой технологии явилась серия экспериментов по влиянию скорости перемещения ультразвукового излучателя, амплитуды колебаний, расстояния между излучателем и объектом очистки на величину кавитационной эрозии.

От скорости перемещения излучателя над поверхностью зависит эффективность очистки. Для удаления с поверхности загрязнений до требуемой степени необходимо, озвучивание площади поверхности какое-то определенное время «зависания». При больших скоростях перемещения инструмента не достигается заданная степень очистки. При низких скоростях не удается достичь существенного снижения потребления электроэнергии и времени обработки. Оптимизация скорости перемещения излучателя проводилась при помощи экспериментальных исследований. Методика проведения эксперимента, используемое оборудование и графическая зависимость описываются ниже.

Стержневым излучателем, имеющим цилиндрический рабочий торец, диаметром 40 мм, при амплитуде колебательных смещений торца 30 мкм в жидкости возбуждалось ультразвуковое поле.

Потребляемая мощность ультразвукового генератора со стержневым магнитострикционным преобразователем составляет 1 кВт, а рабочая частота 22 кГц. Интенсивность процесса очистки определялась по продолжительности смыва слоя консистентной смазки толщиной 1 мм (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость относительной эффективности удаления загрязнения от времени Анализируя график, представленный на рис. 1, можно сделать вывод - оптимальным временем «зависании» является 0,8-1 с. За это время происходит активное отслоение слоя консистентной смазки и полное ее удаление. Отслоение загрязнения происходит благодаря наличию мощного гидродинамического потока, формирующегося у излучающей поверхности излучателя и движущегося в направлении от него.

При постоянном перемещении инструмента на границе зоны действия потока вследствие динамического напора, оказываемого пульсирующими пузырьками, возникает фронт разницы давлений, силовое XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология воздействие которого способствует отделению загрязнений. В связи с этим увеличение времени озвучивания единицей площади инструмента не целесообразно.

Удельная акустическая мощность, передаваемая в моющую среду на процесс очистки перемещающимся инструментом. Мощность определяется амплитудой колебания источника звука – излучателем. Проведенные эксперименты позволили определить зависимость эффективности ультразвуковой обработки от скорости перемещения излучателя при различных амплитудах. В качестве тест-объекта использовалась алюминиевая фольга, толщиной 0,08 мм. Исследования проводились на трех режимах: низкоамплитудном, переходном, высокоамплитудном. Низкоамплитудный режим характеризуется амплитудами 15 мкм и сильным эрозионным воздействием на фольгу. Переходный режим ультразвуковой обработки определяется изменением характера звуковой обработки, вследствие зарождения акустических потоков. Высокоамплитудный режим характеризуется амплитудой выше 12 мкм и сильными акустическими течениями. Эксперименты проводились в специально подготовленной водопроводной воде.


Результаты исследования кавитационной эрозии представлены на рис. 2.

Рис.2. Зависимость изменения кавитационной эрозии от скорости перемещения излучателя На графике можно выделить три зоны зависимости площади кавитационной эрозии фольги от скорости движения излучателя. Первая зона (скорость перемещения излучателя не более 50 мм/с) характеризуется масштабными эрозионными повреждениями при озвучивании на низкоамплитудном и переходном режимах. Ультразвуковая обработка на скоростях до 50 мм/с целесообразна на первых двух а) – низкоамплитудный режим б) – переходный режим в) – высокоамплитудный режим Рис. 3. Эрозионное разрушение алюминиевой фольги на различных режимах ультразвуковой обработки режимах. Вторая зона находится в интервале скоростей от 50 до 80 мм/с. Наблюдается незначительное различие процента эрозионных повреждений от выбранного режима обработки. Третья зона выделяется снижением эрозионной активности ультразвукового поля на низкоамплитудном и переходном режимах при скоростях от 80 до 250 мм/с. При скорости 200 мм/с повреждений на фольге не наблюдалось. Перемещение излучателя со скоростью до 200 мм/с на высоких амплитудах снижает эффективность обработки не более чем на 30% по сравнению с неподвижным положением. На рис. XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология представлены изображения развития кавитации на трех режимах исследования при одинаковой скорости движения излучателя 150 мм/с. На первых двух фотографиях виден хаотичный разброс каверн от схлопывающихся кавитационных пузырьков. На третьей фотографии следы повреждения фольги пульсирующими пузырьками имеют четко сконцентрированные области.

Расстояние между излучателем ультразвуковых колебаний и объектом очистки существенно влияет на эрозионную активность кавитационных пузырьков. Проведенные эксперименты выявили зависимость влияния расстояния и амплитуды на убыль массы образцов из сплава Вуда (рис. 4) [1]. На расстоянии до 10 мм между торцем излучателя и объектом наблюдается сильное эрозионное воздействие.

При увеличении расстояния кавитационная эрозия уменьшается.

Рис. 4. Зависимость кавитационной эрозии от амплитуды колебаний и расстояния до излучателя Очистка плоских поверхностей перемещающимся излучателем не представляет никакой сложности с точки зрения поддержания расстояния между излучателем и поверхностью объекта очистки.

Крупногабаритные корпусные детали имеют сложную геометрическую форму поверхности, удаление загрязнений с которой затруднительно без регулирования зазора излучатель – поверхность.

Эффективность процесса очистки движущимся излучателем изделий со сложной поверхностью достигается непрерывной корректировкой заданного расстояния. Предложенная схема координатной ультразвуковой очистки представлена на рис. 5.

Рис. 5. Схема координатной ультразвуковой очистки 1 – технологическая ванна, 2 – деталь, 3 – излучатель и преобразователь, 4 – шарико-винтовая передача, 5 – шаговый двигатель, 6 – блок управления шаговыми двигателями, 7 – датчик положения Излучатель перемещается по шарико-винтовым направляющим. Перемещение вдоль и поперек очищаемой поверхности осуществляется при помощи направляющих, расположенных в горизонтальной плоскости. Для поддержания заданного расстояния между торцем излучателя и поверхностью очистки используется вертикальная направляющая. Приводом движения в трех координатах x, y, z служат шаговые XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология двигатели. Контактный датчик положения выполняет функцию следящего устройства. Находясь в постоянном контакте с поверхностью детали, он копирует неровности профиля и дает соответствующий сигнал блоку управления шаговыми двигателями.

Проведенное исследование позволяет утверждать, что использование координатной ультразвуковой очистки позволяет сократить потребление электроэнергии, времени обработки, дает возможность локализовать зону очистки, а так же автоматизировать технологический процесс.

ЛИТЕРАТУРА Приходько В.М. Ультразвуковые технологии при производстве, эксплуатации и ремонте транспортной техники // М: Техполиграфцентр, 2003. – С.40 – 45.

УДК 621.9.048. Р.И. Нигметзянов, С.К. Сундуков, Д.С. Фатюхин УЛЬТРАЗВУКОВОЕ РАСПЫЛЕНИЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Ленинградский проспект, д.64, почтовый индекс Тел.: (499)-755-0868;

E-mail: sergey-aromat@yandex.ru Операция покраски включает в себя подготовку лакокрасочного материала и окрашиваемой поверхности, нанесение лакокрасочного материала, сушку и полировку. В процессе выполнения каждого из этих этапов формируются свойства получаемого лакокрасочного покрытия. Нанесение лакокрасочного материала на поверхность методом ультразвукового распыления позволяет повысить декоративные и защитные свойства покрытия, а также сократить расход материалов.

В настоящее время самыми распространенными способами нанесения лакокрасочных материалов на поверхность являются методы распыления: пневматическое, безвоздушное, электростатическое, комбинированное. Каждый из этих методов имеет как преимущества, так и недостатки, связанные с конструкцией оборудования и принципом распыления.

Данная работа посвящена проблемам, возникающим при различных способах распыления лакокрасочных материалов и путям совершенствования технологии за счет применения ультразвукового оборудования.

Пневматическое распыление получило широкое распространение практически во всех отраслях промышленности и осуществляется краскораспылителем.

Распыление происходит в результате воздействия потока сжатого воздуха, поступающего из кольцевого зазора воздушной головки, на струю распыляемого материала, вытекающего из отверстия соосно размещенного внутри головки материального сопла. Для воздушного распыления используется давление сжатого воздуха 0,2 – 0,6 МПа (2-6 атм). Дисперсность лакокрасочного аэрозоля зависит от давления сжатого воздуха, отношения расхода воздуха к расходу лакокрасочного материала и физических свойств лакокрасочного материала. Оптимальная дисперсность аэрозоля 30-60 мкм.

Преимуществами метода являются: универсальность, т.е. возможность его применения с разной производительностью практически в любых производственных условиях, как при окраске вручную отдельных изделий и мелких работах, так и при нанесении покрытий на полностью автоматизированных поточных линиях;

простота устройства и обслуживания окрасочного оборудования при высокой степени надежности его работы;

сравнительно низкая стоимость;

возможность окрашивания промышленных изделий различных габаритов и конфигураций любой группы сложности;

получение покрытия любого класса по внешнему виду (ГОСТ 9.032-74), включая покрытие I-го класса [1].

Недостатком метода является: большие потери лакокрасочного материала, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете, трудности при нанесении высоковязких материалов, высокая испаряемость органических растворителей.

Нанесение лакокрасочным материалов методом безвоздушного распыления происходит за счет высокого гидравлического давления (до 24,5 МПа), оказываемого на лакокрасочный материал, и вытеснения последнего с большой скоростью через эллиптическое отверстие специального сопла. Размер капель распыляемого материала зависит от давления, геометрических размеров и формы отверстия сопла, расхода материала и его физических свойств.

По сравнению с пневматическим распылением метод безвоздушного распыления позволяет: резко снизить потери на туманообразование;

уменьшить расход растворителей в связи с возможностью распыления более вязких материалов;

снизить мощность вентиляции, так как необходимо удалять в основном только пары растворителей;

увеличить производительность труда;

уменьшить в ряде случаев XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология трудоемкость окрасочных работ, благодаря возможности нанесения утолщенных покрытий;

значительно снизить загазованность помещений и улучшить санитарно-гигиенические условия работы в цехе. В отличие от факела, образующегося при работе пневматического краскораспылителя, при безвоздушном распылении факел аэрозоля резко очерчен и почти не образует красочного тумана.

К недостаткам метода безвоздушного распыления относятся: усложнение конструкции оборудования в связи с использованием высокого гидравлического давления, большой расход через сопло и, как следствие, неэффективность применения безвоздушного распыления для окраски отдельных мелких изделий;

невозможность изменения расхода лакокрасочного материала и ширины факела в процессе работы, более низкое по сравнению с пневматическим распылением качество получаемого покрытия (в основном III-IV класса по гост 9.032-74);

ограниченное применение метода для нанесения материалов с крупными частицами пигмента и наполнителя, легко выпадающими в осадок.

Главный принцип электростатической окраски заключается в том, что жидкий лакокрасочный материал, соприкасаясь с электродом, которым оборудован электростатический краскораспылитель, получает высоковольтный отрицательный заряд (60—100 кВ), и после распыления его частицы направленно движутся к заземленному окрашиваемому изделию по силовым линиям электростатического поля, возникающим между краскораспылителем и изделием.

Окрасочный факел формируется за счет взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц лакокрасочного материала. Преимуществами метода электростатического напряжения являются:

отсутствие красочного тумана за счет того, что движение частиц лакокрасочных материалов осуществляется силами электростатического поля, высокий коэффициента переноса материала на окрашиваемое изделие до 70—98%, эффективное окрашивание труб.

Недостатками метода являются: резкое снижение эффективности окраски при сопротивлении ЛКМ менее 30 Ом, сложности при окраске не токопроводящих изделий, частицы краски не попадают внутрь карманов или глубоких впадин, поскольку там электрическое поле не существует, и оседают на других частях этого изделия. Для того чтобы окрасить труднодоступные места (именуемые контуром Фарадея), рекомендуется отключить подачу электрического тока, превратив на время электростатический краскораспылитель в традиционный пневматический или безвоздушный. На кромках и выступах напряженность электростатического поля будет максимальной, поэтому в этих местах возможно образование покрытий с толщиной больше средней.

Комбинированные методы распыления лакокрасочных материалов являются комбинацией рассмотренных методов как между собой, так и с механическими методами распыления.

На рис.1. приведена диаграмма эффективности переноса лакокрасочного материала на окрашиваемую поверхность при различных видах распыления.

Рис. 1. Максимальная эффективность переноса ЛКМ 1 — традиционное пневмораспыление;

2— безвоздушное распыление;

3—комбинированное распыление;

4—электростатическое распыление;

5— электростатическое комбинированное распыление;

6—электростатическое распыление дисковыми высокооборотными краскораспылителями;

7— электростатическое распыление чашечными низкооборотными краскораспылителями Анализ существующих методов распыления лакокрасочных материалов показывает необходимость создания метода, который будет сочетать в себе универсальность, иметь низкие потери лакокрасочного материала и не способствовать к повышению требований к санитарно-гигиеническим условиям труда рабочих.

Лабораторией электрофизических методов обработки МАДИ для распыления лакокрасочных материалов предлагается использовать метод ультразвукового распыления (как самостоятельно, так и в комбинации с другими методами).

Ультразвуковое распыление обладает рядом преимуществ [2]: однородность факела распыла, высокая концентрация аэрозоля, возможность распыления жидкостей с высокой вязкостью, не требуется подача жидкости под большим давлением, возможность настройки рабочего инструмента на различные частоты и мощности, что позволяет выбрать оптимальный режим распыления в зависимости от требуемых параметров, относительно низкая энергоемкость.

Механизм распыления жидкости описывается кавитационно-волновой теорией [3]. Согласно этой теории, капли аэрозоля отделяются от гребней капиллярных волн конечной амплитуды, генерируемых на XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология поверхности раздела сред кавитационными пузырьками.

Рис.2. Механизм образования капель аэрозоля Образование кавитации является неотъемлемым фактором и движущей силой ультразвукового распыления вязких жидкостей.

Дисперсность капель аэрозоля при ультразвуковом распылении равна 0,3 от длины капиллярной волны [4]:

где п– коэффициент поверхностного натяжения, - плотность жидкости, f - частота звуковых колебаний.

Из формулы видно, что как и при использовании других методов распыления дисперсность аэрозоля зависит от физических свойств распыляемого материала, а также от частоты ультразвуковых колебаний.

Следовательно, ультразвуковые распылители лакокрасочных материалов должны стабильно работать в кавитационном режиме на частоте, обеспечивающей дисперсность капель аэрозоля 30-60 мкм (при этом размер капель аэрозоля должен быть больше размера пигментов лакокрасочного материала).

Известны конструкции ультразвуковых распылителей РУЗ [2] (рис. 3).

а) б) Рис.3. а) - Схема ультразвукового распыления РУЗ: 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – излучатель, 3 – пленкообразователь;

б) - Факел распыла устройства РУЗ Проводилось исследование получения аэрозоля на распылителях данного типа. В результате выявлены следующие особенности: возможность распыления жидкостей с высокой вязкостью, высокая дисперсность аэрозоля, низкая стабильность формы факела в процессе работы, подача жидкости осуществляется без давления через пленкообразователь.

Также проводились эксперименты по изучению распыления на колебательных системах, использующих в качестве излучателя ступенчатый концентратор, в котором соосно оси был просверлен канал для подачи лакокрасочного материала. Факел распыла представлен на рис. 4.

Рис.4. Факел распыла при подаче жидкости через канал, соосный оси концентратора XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология По сравнению с устройством РУЗ данный распылитель имеет меньшую дисперсность капель аэрозоля при распылении жидкостей одинаковой вязкости, но факел распыла резко очерчен и стабилен по форме в процессе работы;

подача жидкости также осуществлялась без давления.

При подаче жидкости под давлением результаты распыления у 2-х рассмотренных устройств значительно ухудшались, также данные устройства работают только в неподвижном состоянии и вертикальном положении. Поэтому такие распылители имеют ограниченную функциональность и их рекомендуется использовать для получения покрытий с низкими требованиями к качеству или как распыляющие устройства при электростатическом распылении, в обоих случаях необходимо обеспечить горизонтальную подачу окрашиваемой детали.

Очевидно, что для реализации преимуществ и увеличения распространения в основном и ремонтном производстве метода ультразвукового распыления необходимо повысить его функциональность. Предлагается использовать комбинированные распылители, сочетающие в себе ультразвуковой и пневматический метод распыления. Принципиальная конструкция таких распылителей показана на рис. 5.

Рис. 5. Распылитель лакокрасочных материалов: 1 – концентратор, 2 – стакан, 3 – сопло, 4 – штуцер;

5 – канал для подачи воздуха Лакокрасочный материал под небольшим давлением подается через штуцер 4 в стакан 2, закрепленный на ступенчатом концентраторе 1 в зоне наименьшей амплитуды продольных колебаний, что исключает поломку и разгерметизацию соединения. В зоне под торцом излучателя происходит предварительное дробление лакокрасочного материала, далее полученный аэрозоль при помощи воздуха, подаваемого под давлением через канал 5 окончательно дробится и выходит через сопло 3.

При согласовании подач лакокрасочного материала и сжатого воздуха и правильном выборе режима ультразвуковой обработки на выходе из сопла получается мелкодисперсный аэрозоль с четко очерченным факелом распыла. Подача воздуха под давлением позволяет перемещать распылительное устройство относительно вертикального положения, также увеличивает высоту факела распыла. При использовании пьезокерамического преобразователя устройство можно использовать вручную, без специальных стоек, в результате чего не будет требоваться обеспечения подачи окрашиваемой детали.

Предложенное устройство распыления лакокрасочных материалов сочетает в себе преимущества ультразвукового метода распыления и широкую функциональность, благодаря комбинации с пневматическим методом распыления. Так как здесь применяется давление воздуха ниже, чем при обычном пневматическом распылении, а за счет возможностей ультразвука распыляются жидкости любой вязкости, что позволяет снизить количество применяемого растворителя, использование такого распылителя приводит к уменьшению образования лакокрасочного тумана, улучшая тем самым санитарно-гигиенические условия труда, и снижению вероятности появления дефектов покрытий, связанных с применением растворителя, рассмотренных в предыдущих работах [5].

ЛИТЕРАТУРА 1. Сайков Ю.П. Нанесение лакокрасочных покрытий. // М.: Издательство «Машиностроение» - 1982г. – 54 с.

2. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. // М.: Издательство «Энергия» - 1976г. – 318 с.

3. Богуславский Ю.Я., Экнадиосянц О.К. О физическом механизме распыления жидкостей в ультразвуковом фонтане.

//Акустический журнал, 15, вып. 1, - М.: Издательство «Наука» - 1969г. – 17 с 4. Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука, т.3. Физические основы ультразвуковой технологии. // М.:

Издательство «Наука» - 1970г. – 677 с.

5. Аристов А.И., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Технология нанесения лакокрасочных материалов с применением ультразвука // Сборник трудов научной конференции «Сессия научного совета РАН по акустике и XXIV сессия Российского акустического общества», т. 2 – Курган: Изд-во ООО «Курганский дом печати» - 2011г. – 359 с.

XXV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН Содержание Ультразвук и ультразвуковая технология УДК Шершнев О.К.*, Рухман А.А., Рухман Е.П., Васильев Ю.Э.** ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНОБИТУМНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ *ООО «САНТ» Россия, 656049, г. Барнаул, ул. Партизанская, д. 82, кв. **Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Россия, 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, E-mail: oleg_shershnv@mail.ru, aruhman@mail.ru Использование ультразвука в процессе приготовления стойких резинобитумных композиционных вяжущих дорожно-строительных материалов, с целью их использования при формировании верхних слоев дорожного полотна приводит к повышению адгезии гидрофобного вяжущего материала - битума как к гидрофобным частицам резины, так и к достаточно хорошо смачиваемым водой частицам минеральных составляющих.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.