Фазовый переход в условиях плазмы

Образование зародышей и формирование дисперсных частиц в многокомпонентной системе начинается с одной компоненты, имеющей при заданных условиях меньшее давление насыщенного пара. Температура испарения графита равна 3780K, железа — 3023K. Fe₂O₃ плавится при 1912K, а при увеличении температуры разлагается. Давление насыщенного пара Fe при температуре 1900K составляет 13,3 Па, углерода при 2030K — 1,33 Па.

Скорость роста углеродных частиц ограничивается их нагревом при фазовом переходе (удельная теплота парообразования графита — 50 кДж/г). Возможна коагуляция дисперсных частиц. Выделение энергии при образовании агломерата способствует формированию частицы с единой кристаллической структурой. В работе [11] приведены константы скоростей коагуляции дисперсного углерода в различных процессах при 470−530С.

Частота флуктуационного образования зародышей устанавливается за 10^-9 с [12]. Скорость образования зародышей новой фазы в единице объема:

.

где N — счетная концентрация частиц; - время, k = 1,38 10^-23 Дж/K; г [01,0] - коэффициент десублимации; m — масса молекулы пара; Т — температура; Р — полное давление смеси, — плотность десублимата [13].

Величина г — доля молекул пара, остающихся в результате соударений на твердой поверхности. Поверхностная энергия у твердых частиц [14]:

.

где ДH — изменение энтальпии при испарении; R = 8,314 Дж/(моль.K) — газовая постоянная; n — координационное число; Дn — число вакансий атомов на поверхности твердого тела; h — толщина монослоя молекул; - мольный объем десублимата, М — молярная масса.

Энергия образования нейтрального кластера из атомов, в котором можно явно выделить поверхность, равна [15]:

где n — количество атомов в кластере, _c, — химические потенциалы атомов пара в конденсированной и газовой фазах соответственно, r(n) — радиус кластера из n атомов, — коэффициент поверхностного натяжения кластера. аргон кислородный дисперсный ковалентный Температура дисперсной частицы определяется соотношением скоростей охлаждения и нагрева при выделении энергии десублимации:

.

где n — поток атомов на частицу КДФ, m_d — масса пылинки, q — теплота испарения 1 атома [Дж/атом], c — удельная теплоемкость дисперсной фазы.

Охлаждение частиц КДФ связано с излучением и теплопроводностью.

Известно, что фазовый переход возможен как на более холодной поверхности, так и в объеме [16]. Образование зародышей твердой фазы в объеме пара при его охлаждении, начинается при превышении в паре некоторого критического пересыщения S_кр. Появление зародышей приводит к уменьшению пересыщения, что приводит к значительному замедлению скорости формирования зародышей. В дальнейшем концентрация вещества в паровой фазе уменьшается за счет роста размеров имеющихся зародышей.

Наличие электрических зарядов на ядрах конденсации (зародышах) облегчает условия формирования и роста новой фазы.

Кинетика плазмы с КДФ рассмотрена в работе [17]. Показано, что на время релаксации электронного газа к равновесию значительное влияние оказывает релаксация заряда дисперсных частиц.