等離子體技術

2022-12-30 06:45:06 字數 1440 閱讀 9042

plasma technology

應用等離子體發生器產生的部分電離等離子體完成一定工業生產目標的手段。等離子體的溫度高,能提供高焓值的工作介質,生產常規方法不能得到的材料,加之有氣氛可控、裝置相對簡單、能顯著縮短工藝流程等優點,所以等離子體技術有很大發展。2023年w.

克魯克斯指出放電管中的電離氣體是不同於氣體、液體、固體的物質第四態,2023年i.朗繆爾給它起名為等離子體。最常見的等離子體有電弧、霓虹燈和日光燈的發光氣體以及閃電、極光等。

隨著科學技術的發展,人們已能用多種方法人工產生等離子體,從而形成一種應用廣泛的等離子體技術。一般來說,溫度在108k左右的等離子體稱高溫等離子體,目前只用於受控熱核聚變實驗中;具有工業應用價值的等離子體是溫度在 2×103~5×104k之間、能持續幾分鐘乃至幾十小時的低溫等離子體,主要用氣體放電法和燃燒法獲得。氣體放電又分為電弧放電、高頻感應放電和低氣壓放電。

前兩者產生的等離子體稱熱等離子體,主要用作高溫熱源;後者產生的等離子體稱冷等離子體,具有工業上可利用的特殊的物理性質。它們主要用在以下幾方面:

①等離子體機械加工。利用等離子體噴槍產生的高溫高速射流,可進行焊接、堆焊、噴塗、切割、加熱切削等機械加工。等離子弧焊接比鎢極氬弧焊接快得多。

2023年問世的微等離子弧焊接,火炬尺寸只有2~3公釐,可用於加工十分細小的工件。等離子弧堆焊可在部件上堆焊耐磨、耐腐蝕、耐高溫的合金,用來加工各種特殊閥門、鑽頭、刀具、模具和機軸等。利用電弧等離子體的高溫和強噴射力,還能把金屬或非金屬噴塗在工件表面,以提高工件的耐磨、耐腐蝕 、耐高溫氧化、抗震等效能。

等離子體切割是用電弧等離子體將被切割的金屬迅速區域性加熱到熔化狀態,同時用高速氣流將已熔金屬吹掉而形成狹窄的切口。等離子體加熱切削是在刀具前適當設定一等離子體弧,讓金屬在切削前受熱,改變加工材料的機械效能,使之易於切削。這種方法比常規切削方法提高工效5~20倍。

②等離子體化工。利用等離子體的高溫或其中的活性粒子和輻射來促成某些化學反應,以獲取新的物質。如用電弧等離子體製備氮化硼超細粉,用高頻等離子體製備二氧化鈦(鈦白)粉等。

③等離子體冶金。從20世紀60年代開始,人們利用熱等離子體熔化和精煉金屬,現在等離子體電弧熔煉爐已廣泛用於熔化耐高溫合金和煉製高階合金鋼;還可用來促進化學反應以及從礦物中提取所需產物。

④等離子體表面處理。用冷等離子體處理金屬或非金屬固體表面,效果顯著。如在光學透鏡表面沉積10微公尺的有機矽單體薄膜,可改善透鏡的抗劃痕效能和反射指數;用冷等離子體處理聚酯織物,可改變其表面浸潤性。

這一技術還常用於金屬固體表面的清洗和刻蝕。

⑤氣動熱模擬。用電弧加熱器產生的高溫氣流,能模擬超高速飛行器進入大氣層時所處的嚴重氣動加熱環境,從而可用於研製適於超高速飛行器的熱防護系統和材料。

此外,燃燒產生的等離子體還用於磁流體發電。70年代以來,人們利用電離氣體中電流和磁場的相互作用力使氣體高速噴射而產生的推力,製造出磁等離子體動力推進器和脈衝等離子體推進器。它們的比衝(火箭排氣速度與重力加速度之比)比化學燃料推進器高得多,已成為航天技術中較為理想的推進方法。

等離子體物理

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