Quá trình hình thành sol khí xảy ra ở đầu phun, dưới tác dụng của một hay nhiều tác nhân nào đó các sol khí được hình thành và được định hướng về phía bề mặt đế với một tốc độ ban đầu xác định. Trong kỹ thuật phun phủ nhiệt phân thông thường sử dụng các tác nhân khí nén, siêu âm hoặc phun tĩnh điện [17]. Việc sử dụng các súng phun khác nhau cho phép hình thành các hạt sol với kích thước, nồng độ và tốc độ ban đầu là khác nhau. Đã có những nghiên cứu chứng minh rằng kích thước của hạt sol không phụ thuộc vào tính chất của dung dịch phun ban đầu mà chỉ phụ thuộc vào mật độ điện tích ρecủa của dung dịch tiền chất [18].
e q r ρ ε β α 0 2 3 ) ' ' (− =
Trong đó hằng số điện môi là điện tích nguyên tố có giá trị không đổi J. Giả thiết mỗi giọt sol có dạng hình cầu, khi đó ta có ε0q(-α’/β’) ~ 10-17 và khối lượng của giọt được tính như sau:
3 3 4 r m = π ρq Với r: bán kính hạt sol ρq: mậtđộ hạt sol
Tốc độ ban đầu của hạt sol ở tại đầu súng phun là một tham số quan trọng vì nó quyết định tốc độ của các hạt sol di chuyển đến bề mật vật liệu cần phun phủ, tốc độ tăng nhiệt của hạt sol và thời gian hạt sol tồn tại trong môi
30
trường phun. Bảng 1 cho thấy các thông số của hạt sol khi sử dụng các loại súng phun thường được sử dụng trong kỹ thuật phun phủ nhiệt phân.
Bảng 1 Các loại súng phun thường được sử dụng
trong kỹ thuật phun phủ nhiệt phân
Loại súng phun Đường kinh hạt sol (μm) Vận tốc hạt sol (m/s) Khí nén 5 – 50 5 – 20 Siêu âm 1 – 100 0.2 – 0.4 Tĩnh điện 5 – 70 1 – 4
Các súng phun siêu âm cho phép tạo các hạt sol có kích thước nhỏ cỡ 2 μm nhưng lưu lượng dòng sol thấp cỡ 2 cm3/phút [19]. Trên thực tế, trong các quy trình công nghiệp sử dụng chủ yếu đầu phun sử dụng khí nén. Dòng khí tốc độ cao được sử dụng để tạo ra các hạt sol từ dung dịch phun phủ, khi tăng áp suất dòng khí nén trực tiếp làm giảm kích thước hạt sol, hay khi tăng áp suất của dung dịch phun cũng sẽ làm tăng kích thước của hạt sol tạo thành [19]. Trong mô hình sử dụng kỹ thuật phun phủ nhiệt (hình 13), việc thay đổi khoảng cách giữa đầu súng phun và bề mặt cần phun phủ sẽ ảnh hưởng đến các hiệu ứng nhiệt của quá trình, đặc biệt khi tăng khoảng cách giữa súng phun và bề mặt đế thì dẫn đến giảm tỷ lệ lắng đọng nhưng tăng diện tích lớp phủ.