材料學科發(fā)展概況與制備材料新技術(參考版)
2025-01-10 05:24本頁面
【正文】 因而從技術的角度可通過熱電離、放電電離和輻射電離等使氣體變?yōu)榈入x子體l 材料領域廣泛應用的是氣體在電場中的放電電離，用于電離的電場可以是直流的，亦可為交變電場，故有直流放電和高頻（交流）放電兩種不同放電電離方式(1) 直流放電 在 AB段 (無光放電 ),隨著電源功率增加 ,電壓升高 ,荷電粒子能量增大 ,與氣體分子碰撞電離的幾率增加； B點以后 ,進入高效電離區(qū) ,電源功率的增加使電流密度迅速增大 ,介質電阻持續(xù)降低 ,從而保持電壓恒穩(wěn) ,體系微弱發(fā)光 ；至 C點 ,離子的能量已達從陰極轟出電子的水平 ,大量的二次電子不但使 CD段電壓陡降 ,也大大促進了氣體的電離； 至 D點 ,擊出電子的數(shù)量與其碰撞電離的消耗達到平衡 ,放電達到自持 ,體系發(fā)出明亮的輝光 ；此后,高密度電離區(qū)逐漸向陽極推進 ,并最終翻越陽極排斥勢壘(EF),造成 F點介質擊穿 :極間電壓消失 ,電流密度激增 ,產生弧光放電直流輝光放電 陰極輝光區(qū) 二次電子的初始能量較低 ,與氣體分子的碰撞只使其激發(fā)發(fā)光 ,而不至電離；陰極暗區(qū) 電子使氣體分子電離 ,產生大量離子和低速電子 ,相對于電子 ,正離子質量大，移動速度慢的多 ,故這一區(qū)域堆積著大量正電荷 ,電壓差近乎全部外加電壓 ,是能量高度集中的、制備反應的核心區(qū)域負輝區(qū) 暗區(qū)產生的低速電子被加速 ,又獲得激發(fā)分子的能量法拉第暗區(qū)、正輝區(qū) 性質同前 ,只是電子和離子數(shù)的大幅減少 ,致使這一較大空間內二者的密度幾乎相等 ,電壓降極小弧光放電l 通常條件下，弧光放電等離子體的溫度為 5000～ 6000Kl 若采用右圖所示的裝置 ,將等離子體限制在狹小空間內 ,并外置冷流體冷卻弧柱 ,則由此產生的熱壓縮效應、磁壓縮效應和機械壓縮效應會使弧柱變細 ,溫度急劇升高 ,形成溫度高達 20230K以上、以近似音速的速度從電極噴嘴噴出的等離子體射流 — 等離子弧l 等離子弧已廣泛用于機械加工中的切割、焊接、噴涂、超微粉體合成和薄膜的沉積（ 2）高頻放電l 若將直流放電中的電場變?yōu)榻涣麟?，頻率低時，相當于正負電極交替的直流電場，使氣體隨之發(fā)生電離和消電離，不能形成穩(wěn)定的等離子體l 若交變電場的頻率足夠高（＞ 1MHz），以致交變周期小于電離和消電離所需時間（ 106s），使離子濃度來不及變化，而電子則在放電空間做往復運動，大大增加了與氣體分子碰撞幾率，因而高頻放電的自持要比直流放電容易得多，放電電壓明顯降低l 與直流放電集中在極板附近不同，高頻放電不會發(fā)生電極燒損及由此引起的等離子體和產品污染，有利于制備高純材料l 高頻放電按頻率可分為射頻（＜ 105 MHz）放電和微波放電，前者又有感應耦合和電容耦合兩種不同方式微波發(fā)生器環(huán)形器定向耦合器矩形波導三螺針調配器發(fā)射天線等離子體球基板石英鐘罩均流罩模式轉換器樣品臺電容耦合 電感耦合反應氣體真空泵真空計 等離子體的特性(1) 等離子體的溫度 ε= mv 2 = kT 低溫等離子體：部分電離的等離子體 平衡等離子體＝高壓等離子體＝熱等離子體 非平衡等離子體＝低壓等離子體＝冷等離子體 高溫等離子體：完全電離的等離子體（ 2）等離子體的濃度（密度） 需用正離子濃度和電子濃度表征，當?shù)入x子體中 只有一價正離子時，可用等離子體濃度等效描述 （ 3）等離子體的電離度 A＝ A+＋ e α ＝ （ 4）電中性和德拜長度 λ D＝（ 5）導電性和磁控性 等離子體具有很強的導電性，并可用磁場控 制它的行為，如電弧的旋轉、穩(wěn)定和熄滅等 等離子體化學 等離子體中含有大量電子、離子
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