Меню

  • На главную

Поиск

  • Разрушение под действием высокочастотных электрического и магнитного полей

    Posted 8/2/2009 в 9:05:17 ПП

    В последнее время как в Советском Союзе, так и за рубежом ведутся интенсивные исследования электрофизических методов разрушения различных материалов, что потребовало детального изучения электрофизических и других свойств материалов, подвергающихся воздействию электромагнитных полей и электрических разрядов. Первые исследования в этом направлении относятся к электротермическому разрушению диэлектрических материалов при диэлектрическом нагреве. В сороковых годах Г. И. Бабат, А. В. Варзин и др. на примере горных пород изучили поведение диэлектрических материалов в электрических полях высокой частоты между плоскими электродами. Было показано, что создающиеся под электродами электрические поля высокой напряженности приводят к диэлектрическому нагреву областей, примыкающих к электродам, и образованию температурных напряжений (для горных пород это приводит к расколу крупных кусков и отколу породы от массива). Эффективность разрушения существенно зависит от правильности согласования параметров колебательного контура генератора со свойствами материла (с нагрузкой). Более того, определенным образом сформированное электрическое поле может обеспечивать раскол материала вдоль заданной линии раскола («направленное высокочастотное разрушение»). Многочисленные эксперименты в этой области проведены на горных породах В. С. Кравченко, А. П. Образцовым, В. М. Семеновым и др. (1961—-1963). Направленное высокочастотное разрушение может иметь особое значение, например, в таких вопросах, как диэлектрический нагрев горных пород, содержащих ценные включения, что требует избирательного разрушения пустых пород и сохранения ценных.
    Попытки интенсифицировать процесс разрушения по отношению к простому диэлектрическому нагреву привели к открытию явления высокочастотного теплового пробоя и электрического разрушения.
    Теория высокочастотного теплового пробоя и электротермического разрушения должна связать физические свойства материалов, подвергающихся дроблению, с параметрами поля, определяющими условия теплового пробоя и разрушения. Попытки построения такой теории для горных пород (железистые кварциты и подобные им породы) были предприняты В. Д. Иц-хакиным, А. П. Образцовым и В. В. Устиновым (1962—1964), но сложность строения и анизотропия горных пород, изменчивость их свойств и сложная зависимость последних от температуры, напряженности поля и частоты для разных образцов обусловили получение только некоторых качественных результатов.
    За последнее время в связи с успехами в области электроники больших мощностей, позволившими создать мощные генераторы сверхвысокой частоты, волноводы и излучатели, начались некоторые исследования разрушения материалов радиоволнами сверхвысоких частот (СВЧ). В пятидесятых годах Г. И. Бабат, А. В. Варзин и др. показали, что радиоволна СВЧ (порядка 3000 Мгц), падающая на песчаник, вызывает откол тонких пластинок с его поверхности. При мощности магнетрона 5 кет имеет место импульсивный откол с перерывами в несколько десятков секунд, причем увеличение мощности магнетрона в 3 раза увеличивает производительность разрушения в 6 раз. Глубина и распределение потока электромагнитной энергии в материале зависят от длины электромагнитных волн, способа их подведения и электрофизических свойств материала. При действии электромагнитных волн на расстоянии возможна их фокусировка на некоторой глубине, что может привести к явлению откола материала («радиоволновое взламывание»). Экспериментальное подтверждение этого явления на образце гранита получено В. С. Кравченко, А. П. Образцовым и др. (1965).
    Тепловой фактор является причиной разрушения не только в случае воздействия потоком тепла (реактивная горелка или плазматрон), но и в случае разрушения радиоволнами. Однако радиоволновый нагрев происходит во всем объеме, пронизываемом электромагнитным потоком, в то время как при тепловом нагреве тепло распространяется вглубь в основном за счет теплопроводности. Особое значение для горной науки имеют исследования интергрануляционного превращения, приводящего к ослаблению прочности вплоть до полного разрушения зерон материала или к ослаблению межкристаллических связей, под действием высокочастотных электромагнитных полей, а также эффекта расщепления слюды в высокочастотных электрических полях. Поиски наиболее эффективных методов выдвинули проблемы разрушения горных пород токами промышленной частоты (тепловой пробой, способ электрической дуги и расплавления породы) и импульсными электрическими разрядами, отличающимися динамическим, взрывным характером.

    Тэги: ,