等離子體發生器

等離子體發生器是通過外部電場或高頻感應電場使得氣體放電的，被外部電場加速的部分電子通過與中性分子碰撞將能量傳遞給氣體，它們之間的非彈性碰撞會產生激發（分子或原子中的電子從低能級轉變為高能級）、離解（分子分解成原子）或電離（分子或原子的外電子從結合態變為自由電子）。

自然界產生的等離子體稱為自然等離子體（例如閃電、極光和火焰），而通過多種方法使物質從氣體狀態轉變為等離子體狀態，可以在實驗室制得的等離子體稱為人工等離子體，等離子體發生器（plasmagenerator）即是使用人工方法來獲得等離子體的設備，是在有限體積的氣體反應器中產生的，最常用的發生器有以下三類：電弧等離子體發生器、射頻感應等離子體發生器和低氣壓等離子體發生器。

電弧等離子體發生器是電弧式氣體放電的一種形式，是可以產生2000-20000K等離子體射流的電弧加熱器，其特點為放電通道溫度高達6000K以上，弧柱中心溫度高于其表面溫度，弧柱溫度滯后于電流的變化。等離子體流產生在弧柱截面縮小的地方，電流密度可達幾千安每平方厘米，陰極壓降為幾十伏，弧柱中的電離方式主要是熱電離，電弧能夠迅速的把電能轉換為熱能，并且高溫等離子體可以被氣流吹動以實現指定部位的加熱。電弧爐、等離子弧焊槍、割炬就是用了這個原理，廣泛應用于等離子體化學工業、冶金、噴焊和機械加工等領域。

射頻感應等離子體發生器是通過將高頻電源的能量傳輸到工作氣體使其放電，具有以下優點而被廣泛應用：

1. 無電極損耗。高頻感應等離子體發生器的使用壽命主要由電源的真空器件壽命而決定。發生器結構是線圈感應放電，不需電極作用即產生純凈等離子體，反應物質沒有被電極材料污染，因此可用于精煉熔融藍寶石、無水石英與光導纖維等高純度耐火材料。
2. 流速低，反應充分。由于射頻感應等離子體發生器具有較低的流速和較大的直徑，已廣泛應用于實驗室，例如工藝生產熔融金屬氧化物等物質時，反應物可長時間存在于高溫區域，氣相反應充分。

射頻感應等離子體發生器由高頻電源、放電室和等離子體工作氣體供應系統構成，根據電源和等離子體耦合方式可分為感應耦合型（圖1.3a）、電容耦合型（圖1.3b）、微波耦合型（圖1.3c）和火焰型（圖1.3d）

圖1.3 射頻感應等離子體發生器類型

低氣壓等離子體發生器通常由高頻電源、放電室、真空系統和氣體供應系統四部分組成的一種低氣壓氣體放電裝置一般有以下四種類型：靜態放電設備（圖1.4a）、高壓電暈放電設備（圖1.4b）、高頻（射頻）放電設備（圖1.4c有3種類型）和微波放電設備（圖1.4d）。低壓等離子體發生器已越來越廣泛地用于諸如等離子體聚合、膜制備、蝕刻和清潔之類的表面處理工藝中，把被處理的固體表面或需要聚合膜層的基體表面置于放電環境中，由等離子體處理。諸如刻蝕過程，是由于低氣壓等離子體為冷等離子體，當氣壓為133-13.3Pa左右時，電子溫度高達10000K，而氣體溫度只有300K，這樣的溫度分布有兩點優勢：一不會燒壞基體，二可以有足夠的能量進行表面處理。近些年以來，低氣壓等離子體對非金屬固體（如玻璃、紡織品、塑料等）的表面處理技術進行了改良。

圖1.4 低氣壓等離子體發生器類型

通過研制不同類型的等離子體發生器，能夠滿足不同的工業需要，等離子體技術從實驗室中誕生并走向各行各業，成為一種新興的表面處理技術，廣泛應用于制造、金屬、汽車、醫療、塑料、消費、航天航空等領域。

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等離子體發生器

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