Способ разрушения диэлектрических и полупроводниковых материалов

 

О П И С А Н И Е „„366)35

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социалистическии

Респубики (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 01. 78 (2! ) 2572974/22-03 (51)М. Кл. с присоединением заявки %в

Е 21 С 37/18

3ЪвудвратввнвьЖ квинтет

ЕСЕР ве двввн нзевретеннй н етврь{тнй (23) Приоритет

Опубликовано 23,09,81 Бюллетень Ф 35

Дата опубликования описания 23.09,81, (53) Уд К 622 ° 33 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б. В,Семкин v Н.Т.Зиновье

Научно-исследовательский ин при Томском ордена Октябрьск

Красного Знамени политехниче ений

Трудового

М.Кирова (7!) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области горнорудной промышленности, к промышленности строительных материалов, буровой технике, а более конкретно к электроимпульсным установкам, предназначенных для разрушения, дробления и измельчения материалов.

Известен способ разрушения,основанный на воздействии импульсных электрических разрядов, сформированных в толще разрушаемого тела (горной породе, полезных ископаемых и т.д ) ГЛ.

В этом способе предлагается установка на поверхности {или закладка

15 внутрь) твердого тела систем электродов с последующим воздействием электрического импульса, вызывающего электрической пробой межэлектродного промежутка вплоть до формирования

20 сквозного канала, После пробоя разрядный ток резко возрастает. В канале выделяется джоулевое тепло, канал пробоя расширяется, действуя на окружающую среду подобно поршню. В твердом теле формируется переменное во времени и пространстве поле механических напряжений, под действием которого и происходит образование трещин и нарушение сплошности (разрушение) твердого тела (материала) .

Для любой технологической операции, основанной на иввестном способе, можно выделить две фазы (стадии) процесса: стадию формирования канала пробоя, завершающуюся образованием канала сквозной проводимости в диэлектрическом или полупроводящем материале, и стадию выделения электрической энергии, формирования поля механических напряжений и разрушения материала.

Недостатком указанного способа является то, что он не учитывает особенностей каждой стадии процесса, ограничиваясь воздействием одного электрического сигнала,что снижает эффективность разрушения.

8661

Известен другой способ разрушения диэлектрических и полупроводящих материалов, в том числе горных пород, электрическим током, в котором с целью повышения экономичности сначала до пробоя воздействуют на разрушаемый материал током высокой частоты, а затем через сформированный канал воздействуют током в один или более порядков больше, чем в предпробойной стадии (2J.

Таким образом, осуществляют раздельное воздействие на материал двух электрических сигналов, один предназначен для пробоя межэлектродного про15 межутка, другой для расширения канала пробоя, обеспечивающего формирование поля механических напряжений в разрушаемом материале и его разрушение.

Последний из указанных выше спосо бов является более близким к описы20 ваемому изобретению.

В качестве критерия, обеспечивающего высокую эффективность процесса, в известном способе выдвигается— превышение разрядного тока в завершающей стадии над предпробойным током в один и более порядков. где

/hi

Зt

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления способа. устройство содержит источник 1 сигналов пробоя, рабочий промежуток, образованный двумя электродами 2, расположенных на материале 3, блок 4 умно30 K9HHH U

Зо блок 6 сравнения, блок 7 опорного сигнала (=Соп,И), генератор

Л1

8 сигнала подмагничивания, генератор электрического импульса, включающий обмотку подмагничивания дросселя, 35 конденсатор заряда и зарядное устройство 9, коммутаторы 10 и 11, делитель напряжения 12, шунт 13.

Источник 1 сигналов пробоя подключен через коммутатор 10 к рабочему

40 промежутку, образованному двумя электродами 2 и обеспечивает формирование канала пробоя в материале З,после чего через коммутатор ll подключают генератор, предварительно заряжен45 ный от эарядиого устройства 9.

Импульс тока создает падение напряжения на сопротивлении канала пробоя и на измерительном шунте 13.

Сигналы с шунта 13, пропорциональ50 ный разрядному току i а с выхода делителя 12 пропорциональный падению напряжения U в канале пробоя, поступают в блок 4 умножения (".0 y i""), где происходит определение электрической

55 мощности, развиваемой в канале пробоя, далее в блоке 5 дифференцирования происходит дифференцирование сигнала мощности, затем в блоке 6

Такой критерий содержит требования к амплитуде, но не содержит требований к временным параметрам электрического сигнала, а стало быть к форме разрядного тока, и к форме возбуждаемого разрядным током поля механических напряжений. Это не позвОляет достичь эффективного использования введенной энергии, иметь высо кий КПД по превращению электрической энергии, введенной в канал пробоя„ в механическую работу, совершаемую расширяющимся каналом пробоя над окружающим материалом, и далее в энергию вновь образованной поверхности при нарушении сплошности разрушаемого объекта. Кроме того, параметры воздействующего импульса соотнесены с величиной предпробивного тока и не учитывают механических свойств разрушаемого материала, что гакже не позволяет обеспечить эффективность процесса разрушения твердого тела электрическим током.

Цель изобретения — повьппение эффективности разрушения.

Для этого материал пробивают электрическим током и на образовавшийся канал пробоя воздействуют электрическим импульсом, скорость нараста86 4 ния мощности которого постоянна и находится в пределах

УВВ -О,ЬВЯ -О,i768N, 378 4,1670 688 р-О, В8 Cñ 6приь с $/L ; (q-g ф%8 (88 -0588 О 176 3N

> 79070 7 y С лРиt) 8П6, скорость нарастания мощнос ти электрического импульса; напряжение среза, н/м напряжение разрушения разрыва. н/м плотность. кг/м скорость распространения звука, м/с; коэффициент Пуассона; длина межэлектродного промежутка 7, 8661 сравнения сравниваются сигнал,поступающий с блока 5, с постоянным сигналом, предварительно з аданным в блоке 7.

Сигнал рассогласования поступает с блока 6 на вход генератора 8 сигнала подмагничивания, с выхода которого запитывается обмотка подмагничивания дросселя. Величина индуктивности дросселя возрастает, если " >O HH e - lp ся,если — (О, таким ооразом, поддерживается квазипостоянная величина а

Блок 7 можно построить так, что велиар чина отрабатывается при вводе значений и, 6,, Р, c, 4 и коррек- lg тируется при любом дополнительном изменении указанных величин. Интервал допустимых значений - †достаточ

Bt широк, поэтому необходимость в корректировке величины -Г- в блоке 7

И возникает лишь при резком изменении свойств разрушаемого материала или длины межэлектродного промежутка.

От использования предлагаемого способа повышается КПД электроимпульс- ных установок по разрушению и дроблению материалов сокращается расход электроэнергии за счет более полного преобразования электрической энергии в работе по разрушению материала.

Испытания показали, что выделение

3 энергии с постоянной скоростью нарастания мощности по сравнению с выделением энергии емкостным накопителем в разрядном контуре с нерегулируемыми параметрами, при прочих равных условиях, увеличивает вновь образованную поверхность 6 более, чем в

1,5 раза. Так как КПД- 1. есть отношение энергии вновь образованной поверхности . 8 (f — удельная энергия вновь образованной поверхности к энергии потребляемой от источника, и.е. 1,: : — и поскольку (и Ф не ,6 Фн и изменяются при переходе от известного к заявляемому способу, то и„ как следует из вьппеукаэанного, увеличивается также более, чем в 1,5 раза.

86 6

Кроме того, предлагаемый способ позволяет проектировать эг ектроимпульсные установки, -в отличие от известного, с учетом механических свойств материалов, обеспечивая достижение оптимальных условий для разрушения с увеличением КПД.

Формула изобретения

Способ разрушения диэлектрических и полупроводниковых мапериалов,заключающийся в том, что материал пробивают электрическим током и на образовавшийся канал пробоя воздействуют электрическим импульсом, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения эффективности разрушения, скорость нарастания мощности электрического импульса постоянна и находится в пределах тэта(- 4 1 вв <ввв -охвв - ра ан

Ф .P C д1

)>4 Py1I ь Я С 11РИ Ь С 3/Д Д ,, 7д/< М Я88. @вам -058Ьб-Ц 17ь Щ " «-И! "а

1 1686 "9588 - 0 ГЪ р t„) ryg$ где - — — скорость нарастания мощносД1 ти электрического импульса:, — напряжение среза, н/м

Π— напряжение разрушения разрывом, н/м ;

Я IIJIOTHOCTb КГ/М скорость распространения звука м/с;

4 — коэффициент Пуассона;

0 — длина межэлектродного промежутка, м.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 237073, кл. Е 21 С 21/00, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

У 162796, кл, Е 21 С 37/18,1958 °

866186

Составитель В.Володин

Редактор Н.Пушненкова Техред А.Савка Корректор М.Коста

Заказ 8031/53 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4