什么是等离子体处理

等离子体的独特性能使其成为一种功能非常强大的工业制造和加工手段。等离子体的独特作用是基于下列等离子体环境中的各种效应而言的。

(1)等离子体中存在大量从电场获取能量的电子。

(2)等离子体中的电子动能转化为空间电荷的电场和热能。

(3)等离子体边界处存在电场较强的鞘层区域,带电粒子在该区域内将被加速。

(4)等离子体中的中性原子和分子受到高能电子和离子的碰撞,会变成带电的自由基粒子。

(5)等离子体中的高能粒子与材料相互作用,导致材料表面发生溅射和蒸发,而释放出相关组元的粒子。

(6)等离子体产生过程中的高能辐射是由原子跃迁或与电磁场的相互作用产生的。

实验证明,在一个等离子体发生器中,这几种效应往往同时存在,在这些效应的共同作用下,引发了很多现象,因此很难分析出引发这些现象的具体原因,这就是人们认为的繁学。但是目前这种情况正在改变,等离子体技术是一种应用科学,如果想要进一步改进等离子体工艺,就必须认识等离子体工艺的科学原理,因为认识一个过程背后的科学原理才是改进改过程至关重要的依据。

优化和加强等离子体的放电参数后,可使其适用于某种特殊的应用上。例如,对聚变等离子体而言,需要对它的粒子温度升至上亿度,它是一种杂质含量最少的等离子体,产生时要求一种强约束;而对磁流体(MHD)等离子体而言,要求它的流速和电导率都很高。同理,对于用于材料处理和加工手段的等离子体,需要对其放电参数进行控制和优化。

用于材料加工和制造的等离子体的相关物理过程包括:

(1)将电能转化为工作气体加热和电离的能量。

(2)形成产生化学反应所需的基团和活性。

博九平台(3)动能、动量或质量被传输到处理区域或边界区域,包括传输到电极上。

(4)在恰当的时候停止或终止反应,移走产物。

用于材料处理的等离子体,在许多方面不同于其他等离子体。首先,这种等离子体在与材料相互作用时,没有条件限制的要求。对材料的处理效果是由沉积到材料表面的、带有能量的各种粒子的通量决定的。这些粒子的能量分布是不平衡的,这意味着这种等离子体将赋有非平衡等离子体中粒子形成和消失的特点和某些特性。其次,在这种等离子体中存在电离放电的粒子成分,这些粒子会对原子的物理和化学过程产生重要影响。

博九平台等离子体与材料之间的相互作用,以及等离子体参数和气体参数之间的关系相当复杂。反应器的功能主要由等离子体的产生技术、气相化学反应以及材料表面的相互作用决定。这几张技术都需要用到等离子体技术和材料科学。反应器的工作参数由初始条件、边界以及气体成分、压力、速率、功率等输入参数组成,此外还包括不同粒子间以及粒子与边界间相互作用的参数,如横截面、速率和传递系数以及发射、反射和黏性系数等。此外,在处理过程中,由于实际的空间尺寸和时间尺度的差异,等离子体的分布随空间和时间而变通常是不均匀的。

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