Способ разрушения диэлектрических и полупроводниковых материалов

О П И С А Н И Е866186ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтскикСоциалистическиаРеспублик(51) М. л. с присоединением заявки М -Е 21 С 37/18 3 ЬвудвратвенвьЖ квинтет есер ав аамн нзввретеннй н втврмтнй(72). Авторы изобретен Б,В,Семкин и Н.Т,Зиновье Научно-исследовательский инпри Томском ордена ОктябрьскКрасного Знамени политехниче енииТоудовог М.Кирова(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕС И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛО канал ния электриния поля а яв 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.)1В этом способе предлагается установка на поверхности (или закладка внутрь) твердого тела систем электродов с последующим воздействием электрического импульса, вызывающего электрической пробой межэлектродного промежутка вплоть до формирования сквозного канала, После пробоя разрядный ток резко возрастает. В канале выделяется джоулевое тепло, канал пробоя расширяется, действуя на окружающую среду подобно поршню. В твер дом теле формируется переменное во времени и пространстве поле механических напряжений, под действием которого и происходит образование трещин и нарушение сплошности (разр шение) твердого тела (материала),Для любой технологической операции, основанной на иввестном способе, можно выделить две фазы (стадии процесса: стадию формирования пробоя, завершающуюся образованием канала сквозной проводимости в диэлектрическом или полупроводящем материале, и стадию выделеческой энергии, формировамеханических напряжений и разрушени материала.Недостатком указанного способ ляется то, что он не учитывает особенностей каждой стадии процесса, ограничиваясь воздействием одногоэлектрического 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 21.Таким образом, осуществляют раздельное воздействие на материал двух электрических сигналов, один предназначен для пробоя межэлектродного про 15 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 описы 20 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. где3 М 3 На чертеже представлена блок-схемаустройства для осуществления способа.устройство содержит источник 1 сигналов пробоя, рабочий промежуток, образованный двумя электродами 2, расположенных на материале 3, блок 4 умножения (01), блок 5 дифференцирования(адблок 6 сравнения, блок 7 опорного сигнала (:Сопб), генераторЛ 18 сигнала подмагничивания, генератор электрического импульса, включающий обмотку подмагничивания дросселя, 35конденсатор заряда и зарядное устройство 9, коммутаторы 10 и 11, делительнапряжения 12, шунт 13.Источник 1 сигналов пробоя подключен через коммутатор 10 к рабочему 40промежутку, образованному двумя электродами 2 и обеспечивает формированиеканала пробоя в материале З,послечего через коммутатор 1 подключаютгенератор, предварительно заряжен ный от эарядйого устройства 9.Импульс тока создает падение напряжения на сопротивлении каналапробоя и на измерительном шунте 13.Сигналы с шунта 13, пропорциональ ный разрядному току 1, а с выходаделителя 12 пропорциональный падениюнапряжения 0 в канале пробоя, поступают в блок 4 умножения (".01"), гдепроисходит определение электрической 55 мощности, развиваемой в канале пробоя, далее в блоке 5 дифференцировайия йроисходит дифференцированиесигнала 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 нараста 86 4ния мощности которого постоянна инаходится в пределах/р-М У,ЕЕ дев -Оюав -О,76 аиъ 7 ф 70 тЯСлРи ь)ЭЯ Д скорость нарастания мощности электрического импульса;напряжение среза, н/мнапряжение разрушения разрыва. н/мплотность, кг/мскорость распространениязвука, м/с;коэффициент Пуассона;длина межэлектродного промежутка 7,8661 сравнения сравниваются сигнал,поступающий с блока 5, с постояннымсигналом, предварительно заданнымв блоке 7,Сигнал рассогласования поступаетс блока 6 на вход генератора 8 сигнала подмагничивания, с выхода которогозапитывается обмотка подмагничиваниядросселя. Величина инд)ктивности дросселя возрзстает) если 1) )О снижает рся, если - (О ) таким ооразом, поддерживается квазипостоянная величинааБлок 7 можно построить так, что велиарчина отрабатывается при вводе значений й , 6 ,, Р , с , 4 и корректируется при любом дополнительномизменении указанных величин, Интервалдопустимых значений - в достаточЮ 1широк, поэтому необходимость в корректировке величины - - в блоке 7ас 1 Гвозникает лишь при резком изменениисвойств разрушаемого материала илидлины межэлектродного промежутка,От использования предлагаемогоспособа повышается КПД электроимпульс-ных установок по разрушению и дроблению материалов сокращается расходэлектроэнергии за счет более полногопреобразования электрической энергиив работе по разрушению материала.Испытания показали, что выделениеЗэнергии 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 8 более, чем в1,5 раза. Так как КПД- )1, есть отношение энергии вновь образованной поверхности6 Я - удельная энергиявновь образованной поверхности 1 кэнергии потребляемой от источника,и.е. 1,: : - и посколькуи Ю неи бЮн иизменяются при переходе от известного к заявляемому способу, то и) как 45следует из вьппеукаэанного, увеличивается также более, чем в 1,5 раза.1 86 6Кроме того, предлагаемый способ позволяет проектировать электроимпульсные 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 щ и й с я тем, что, с целью повьппения эффективности разрушения, скорость нарастания мощности электрического импульса постоянна и находится в пределах 7 вэ 7-4,4388 Фвв овв -сра аю111/ Ф РСд 1УИ)67 ь,1) фСПРИ ь с Я/Д(э, 1 Ю 6 "Я 588 -0,176 ПР) РД где . -- скорость нарастания мощносЖти электрического импульса,- напряжение среза н/м 1О - напряжение разрушения разрывом, н/м;6) плотность) кг/м ф 1С - скорость распространениязвука м/с;4 - коэффициент Пуассона;0 - длина межэлектродного промежутка, м.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 237073, кл. Е 21 С 21/00, 959,2. Авторское свидетельство СССРУ 162796, кл, Е 21 С 37/18,1958.866186 оставитель В.ВолодинТехред А.Савка Корректор М.Кост Редактор Н.Пушненков 8031/53 Тираж 630 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., дЗака лиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная,