История развития вакуумной техники

ГОУ ВПО

Уфимский  государственный авиационный технический  университет 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по истории  и философии науки на тему: 

История и философия вакуумной ионно-плазменной обработки 
 

      Выполнила: аспирант каф. ТМ

Филатова  Н.С. _____________

          «___» _____________2009 г. 

Согласовано: научный руководитель

д.т.н. профессор кафедры ТМ

Будилов В.В. _______________

                  «___»_____________2009 г. 

Краткая рецензия на реферат 
 
 

Оценка:     

   (по системе «зачтено-незачтено») 

  Кафедра философии: 

_______________________________

                  «___»_____________200__ г.

 

      Содержание 

     1  Введение                                                                                                      3    

     2 История развития вакуумной техники                                                      5 

     3  Применение вакуума в науке и технике                                                    8

     4  Виды ВИПТ технологий применяемые в современной

     промышленности                                                                                             11

         4.1 Общая характеристика методов ВИПТ                                               11

         4.2 Ионная имплантация                                                                            14

         4.3 Нанесение ионно-плазменных покрытий                                           16

        4.4 Ионное азотирование                                                                            17 

          5  Эксперимент как способ отработать новую технологию                          19

           6 Заключение                                                                                                      24

            Список использованных источников                                                              25 

 

 

     1. Введение 

     Техника (от греч. téchne — искусство, мастерство, умение), совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления  процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества [1]. В технике материализованы знания и опыт, накопленные человечеством в ходе развития общественного производства. Основное назначение техники ранее было – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности, в настоящее время – создание и совершенствование технических наук, отражающей материально-техническую культуру жизни и научно-производственного процесса. Техника позволяет на основе познания законов природы существенно повысить эффективность трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целесообразной трудовой деятельности; с её помощью рационально (комплексно) используют природные ресурсы, осваивают новые технологии обработки металлов.

     Развитие  техники и технологий, связано  с повышением сложности конструкций  и более углубленного изучения технологии. Это вызывает все большее удорожание производства новой техники. В связи  с этим возникает необходимость внедрения высокоэффективных технологий в производстве новых, сложных конструкций. В современном машиностроении появилась острая необходимость создания ряда принципиально новых материалов и методов упрочнения и технологических процессов их получения, обеспечивающих работоспособность двигателей при более высоком уровне рабочих температур, и в том числе, разработки целого ряда новых защитных и упрочняющих покрытий, предназначенных для обеспечения работоспособности и ресурса деталей.

     В данной работе мы рассмотрим в авиационном двигателестроении развитие и применение плазменных методов обработки. Машиностроение вступило в новую стадию развития, характеризующуюся системным комплексным подходом к решению технологических и производственных задач.

     Это заставляет по-новому подходить к прогнозированию развития и внедрения, вакуумных ионно-плазменных технологий со значительной степенью формализации критериев подхода и применением новых методов решения технологических задач. [2]

     Под вакуумной ионно-плазменной технологией понимается совокупность методов обработки с использованием трех необходимых условий: наличие вакуума в качестве защитной среды; наличие вещества в плазменном состоянии; ускорение плазменных потоков и пучков заряженных частиц с помощью электрических и магнитных полей.

     Интенсивное развитие принципиально новой технологии обработки конструкционных материалов - вакуумной ионно-плазменной технологии (ВИПТ) - обусловлено целым рядом  объективных факторов.

     Детали  современник энергонагруженных  машин работают в условиях высоких температур, наличия агрессивных сред и при высоких нагрузках. Традиционные методы повышения эксплуатационных свойств путем создания новых материалов, различных видов химико-термической обработки, методов поверхностно-пластического упрочнения не обеспечивает необходимых эксплуатационных характеристик.

     В представленной работе приведена история  исследований в данной области, многообразие методов плазменной обработки и  оценки полученных результатов. а также влияние исследований в данной области на науку. 

     2. История развития  вакуумной техники 

     До  середины XVII в. понятие «вакуум», в  переводе с латинского означающее пустоту, использовалось лишь в философии. Древнегреческий  философ Демокрит одним из «начал мира» выбрал пустоту. Позднее Аристотель вводит понятие эфира — неощутимой среды, способной передавать давление. В этот период знания о свойствах разреженного газа еще отсутствовали, но вакуум уже широко использовался в водоподъемных и пневматических устройствах.

     Научный этап развития вакуумной техники начинается с 1643г., когда в Италии Э. Торричелли, ученик знаменитого Г. Галилея, измерил атмосферное давление. В 1672г. в Германии О. Герике изобрел механический поршневой насос с водяным уплотнением, что дало возможность проведения многочисленных исследований свойств разреженного газа. Изучается влияние вакуума на живые организмы. Опыты с электрическим разрядом в вакууме привели вначале к открытию электрона, а затем и рентгеновского излучения. Теплоизолирующие свойства вакуума помогли создать правильное представление о способах передачи теплоты и послужили толчком для развития криогенной техники. [3]

     Успешное  изучение свойств разреженного газа обеспечило возможность его широкого технологического применения. Оно началось с изобретения в 1873г. первого электровакуумного прибора — лампы накаливания с угольным электродом — русским ученым А. Н. Лодыгиным и открытием американским ученым и изобретателем Т. Эдисоном в 1883г. термоэлектронной эмиссии. С этого момента вакуумная техника становится технологической основой электровакуумной промышленности.

     Расширение  практического применения вакуумной  техники сопровождалось быстрым  развитием методов получения  и измерения вакуума. За небольшой  период времени в начале XX в. были изобретены широко применяемые в настоящее время вакуумные насосы: вращательный (Геде, 1905), криосорбционный (Д. Дьюар, 1906), молекулярный (Геде, 1912), диффузионный (Геде, 1913). Аналогичные успехи были достигнуты и в развитии способов измерения вакуума. К U-образному манометру Торричелли добавились компрессионный (Г. Мак-Леод, 1874), тепловой (М. Пирани, 1909), ионизационный (О. Бакли, 1916).

     Одновременно  совершенствуются научные основы вакуумной  техники. В России П. Н. Лебедев (1901) впервые  использует в своих опытах идею удаления остаточных газов с помощью ртутного пара. В этот же период исследуются фундаментальные свойства газов при низких давлениях, течение газов и явления переноса (М. Кнудсен, М. Смолуховский, И. Ленгмюр, С. Дешман).

     В СССР становление вакуумной техники  связано с именем академика С. А. Векшинского (1896 — 1974), организовавшего в 1928 г. вакуумную лабораторию в Ленинграде, а затем возглавившего научно-исследовательский вакуумный институт в Москве.

     До 50-х годов существовало мнение, что  давления ниже 10-6 Па получить невозможно. Однако работы американских ученых Ноттингема (1948) по измерению фоновых токов ионизационного манометра и Альперта (1952) по созданию ионизационного манометра с осевым коллектором расширили диапазон рабочих давлений вакуумной техники еще на три-четыре порядка в область сверхвысокого вакуума.

     Для получения сверхвысокого вакуума  изобретают новые насосы: турбомолекулярный (Беккер, 1958), магниторазрядный (Джепсен  и Холанд, 1959); совершенствуются паромасляные и криосорбционные насосы.

     При измерении низких давлений применяются анализаторы парциальных давлений, с помощью которых определяют состав и давление каждой компоненты остаточных газов. Сверхвысоковакуумные системы потребовали для обеспечения их надежной сборки и эксплуатации разработки чувствительных методов определения натеканий в вакуумных системах: масс-спектрометрического, галоидного и др. Для снижения газовыделения вакуумных конструкционных материалов начинает применяться высокотемпературный прогрев всей вакуумной установки. Вакуумные системы изготавливают цельнометаллическими, разрабатывают конструкции сверхвысоковакуумных уплотнений, вводов движения и электрических вводов в вакуум. Совершенствуются технологические методы получения неразъемных соединений металла со стеклом, электронно-лучевая и газовая сварка. В 60-х годах успешное развитие вакуумной техники привело к разработке стохастических методов расчета вакуумных систем. [3]

         В 1970-1980 годах начинаются интенсивные  исследования методов ионно-плазменной  технологии: осаждение покрытий из плазменных потоков, генерируемых стационарными эрозионными электродуговыми ускорителями; ионной цементации и ионного азотирования в тлеющих разрядах; имплантации с помощью специальных ионных источников и т.д. Большое количество публикаций связано с изучением физико-химических процессов взаимодействия плазменного потока с подложкой, с изучением процессов, происходящих в объеме плазмы и на поверхности твердого тела.

         1980-1990 годы характеризуются наполнением  производственного и научного  опыта. В статьях отечественных и зарубежных  исследователей публикуются описания свойств покрытий и барьерных слоев, влияние режимов обработки на эксплуатационные свойства деталей, приводятся результаты промышленного внедрения. Издаются обзоры, первые руководящие и нормативные материалы по вакуумной ионно-плазменной технологии. [4]

     Полученные  научные результаты, а также длительные испытания деталей и узлов  в. составе технологических изделий  позволили рекомендовать замену традиционных методов обработки (азотирования, хромирования, никель-кадмирования, алитирования и т.д.) на вакуумные ионно-плазменные покрытия. Вакуумные ионно-плазменные покрытия позволяют увеличить ресурс ответственных деталей в 2-5 раз, устранить трудоемкие ручные доводочные, операции, сократить трудоемкость изготовления деталей. 

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

     В современном производстве все чаще можно встретить использование  вакуумных технологий. Человечеству уже трудно представить некоторые  из сфер промышленности без вакуумных  приборов и аппаратов. Это связано с большим количеством положительных качеств вакуумного оборудования:

     - вакуумные технологии позволяют  использовать дешевые материалы,  при этом качество произведенной  продукции остается на самом  высоком уровне; 
- использование вакуумных технологий позволяет не наносить вреда окружающей среде, производство почти на 100% экологически чистое; 
- вакуумная технология дает возможность полной автоматизации управления, в результате этого работа для обслуживающего персонала становится значительно проще. 
И это далеко не полный список преобладаний над другим оборудованием.

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