等离子体及其技术的应用

等离子体及其技术的应用

摘要:

随着等离子体技术的迅速发展，逐渐形成了一个新兴的等离子体化工体系。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。这势必会造就很多性能优良的新物质，其也将会有广泛的应用前景。

关键词：等离子体；喷涂；焊接；尾气处理；隐身技术

Plasma and its technical application

ABSTRACT

With the rapid development of plasma technology, and gradually formed a new plasma chemical system.We know, the common chemical reaction and chemical engineering equipments only produce two thousand degrees temperature.The temperatures that in low temperature plasma electronic produced by all forms of gas discharge up to ten thousand degrees or above,more enough to fracture all sorts of the chemical bonds, or make the gas molecule ionization, produce many chemical reactions that can't happened in usual conditions , get compound or chemical products that can't achieved in usual conditions , and the products won't occur thermal decomposition.It will produce a lot of new substances that performance excellent ,and have a broad application prospect.

keywords:plasma；flame plating；soldering；tail gas treatment；invisible technology

目录

1等离子体…………………………………………

2等离子体技术的应用…………………………………………

2.1等离子体冶炼…………………………………………

2.2等离子体喷涂…………………………………………

2.3等离子体焊接…………………………………………

3前景…………………………………………

3.1环境…………………………………………

3.2军事…………………………………………

４参考文献…………………………………………

1等离子体

等离子体的概念是1928年郎谬尔早采用的，更早可追溯到1879年不列颠协会的威廉.克鲁克斯。他在做气体导电试验时确认放电管中存在物质第四态（等离子体）。

所谓等离子体：是包含有自由电子、离子和中性粒子整体呈现准电中性的物质的体系。在自然界中，任何物质都会由温度的不同而呈现出固、液、气三态的转化，当气体物质继续升温，如果温度升到几万度甚至几十万度，物质就处在一个全新的状态之下。处于如此高温之下的物质，不仅分子之间和原子之间的运动非常剧烈，而且他们彼此之间已经难以束缚。原子中的电子具有相当大的动能，它摆脱了原子核对它的束缚，成为自由电子。同时原子失去电子成为带正电的离子。这样，物质就变成了一团有自由电子、离子和中性粒子组成的体系。它既不同于固体和液体，又跟普通气体的性质有本质上的区别。故它是物质的另一种全新的聚集态，即物质的第四态（等离子体）。

一般情况下，把等离子体分为低温等离子体和高温等离子体。通常把电离度小于0.1%的气体称为弱电离气体，把此气体电离后的物质也叫低温等离子体。把电离度大于0.1%的气体称为完全电离气体，把此气体电离后的物质物质叫高温等离子体。

低温等离子体中电子和分子或原子类粒子具有不同的温度，其中电子温度可达10000K以上，而其分子和中性类粒子的温度可低至300K-----500K，从而使得整体温度较低，故称为低温等离子体。

2等离子体技术的应用

2.1 等离子体冶炼

冶炼普通方法难于冶炼的材料,例如高熔点的锆（Zr）、钛（Ti）、铌（Nb）、钒（V）、钨（W）等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，例如碳化钨-钴、Mo-Co等粉末等离子体冶炼其产品成分及微结构的一致性好。

2.2 等离子体喷涂

为了使许多设备的部件能耐磨耐腐蚀、抗高温，需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到部件上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，大大提高喷涂质量。近期深圳市研创精密设备有限公司推出了等离子体表面处理机，它由等离子发生器，气体输送管路及等离子喷头等部分组成，等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特，大于聚合物材料的结合键能，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室温，这些优点为热敏性高分子聚合物表面改性提供了适宜的条件。通过低温等离子体表面处理，材料面发生多种的物理、化学变化。表面得到了清洁，去除了碳化氢类污物，如油脂，辅助添加剂等，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团（羟基、羧基），这些基因对各类涂敷材料具有促进其粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。在同样效果下，应用等离子体处理表面可以得到非常薄的高张力涂层表面，有利于粘结、涂覆和印刷。不需其他机器、化学处理等强烈作用成份来增加粘合性。

2.3 等离子体焊接

可用以焊接钢、铝、铜、钛等及其合金，其特点是焊缝平整，可以再加工没有氧化物杂质,使焊接速度加快。也用于切割钢、铝及其合金。等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层组织致密，耐蚀及耐磨性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性变化小；利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是