等离子体射流控制机翼气动力矩的实验研究

为考察火花放电等离子体射流控制机翼气动力矩的效果,在NACA0021平直机翼模型上安装火花放电等离子体射流发生器,通过改变射流发生器安装位置、射流角度及加载电参数,研究其控制机翼模型气动力矩的性能及机理。在NACA0021机翼模型近前缘处,布置2个火花放电等离子体射流发生器,采用气动力测量技术,在来流风速为20 m/s时测得,攻角-4°~10°时,滚转力矩系数最大减小了0.0024,攻角为12°~16°时,滚转力矩系数最大增加了0.0021;偏航力矩系数最大减小了0.00097。实验研究结果表明:等离子体射流可改变机翼模型横航向气动力矩,并可通过改变射流角度和加载电压频率调节等离子体射流控制横向气动力矩的效果。     

脉冲爆轰发动机中等离子体点火的数值计算

该文采用CE/SE方法对脉冲爆轰发动机(简称PDE)中等离子体射流点火和带化学反应的汽油/空气两相爆轰过程进行数值模拟。研究了不同的等离子体射流能量和射流时间对爆轰过程的影响。结果表明增加等离子体射流能量可以缩短燃烧转爆轰的时间和距离;在已经充分点燃射流处汽油/空气混合物的条件下继续增加射流时间对燃烧转爆轰过程几乎没有影响。计算结果与试验结果符合良好。研究工作可为PDE 点火结构的优化设计提供理论指导。     

减压直流非转移电弧及等离子体射流波动特性研究

实时测量了减压直流纯氩等离子体的弧电压和射流高温区的瞬时离子饱和电流。结合射流高温区的瞬时形貌,探讨了在真空室压力500～10000Pa条件下电弧及等离子体射流的波动特性。结果表明:当气流量较小和真空室压力较低时,射流流场呈现较好的稳定性。随着气流量和真空室压力增加,弧电压出现高频脉动,射流能量分布的空间和时间稳定性逐渐变差,离子饱和电流信号变得紊乱;即使由于电源特性引起电弧功率300Hz的波动幅度高达35%,依然能够产生流场较稳定的等离子体射流;静电探针检测等离子体射流的瞬时离子饱和电流可作为了解射流波动特性的一种快速响应方法。     

等离子体雾化用等离子体发生器动静态特性研究

等离子体雾化法是当前球形金属粉末制备最具前景的方法之一,但由于其使用的关键等离子体发生器产生的射流不稳的问题,制约着金属粉末制备批次的稳定性。等离子体射流的不稳定性主要来源于电弧的大尺度分流,本文采用实验与信号分析的方法对电压信号进行时域、频域和时频分析来判断弧根的运动,揭示其动静态特性,以实现对等离子体发生器工作状态的实时监测。研究结果表明:反转电极等离子体发生器呈现上升型伏安特性,电压随电流的增大而增大,随着气流量的增大而升高;等离子体发生器在大电流情况下因产生了大尺度分流导致电压波动剧烈,大尺度分流造成的锯齿波状的信号为低频信号,频率在0.2到3Hz之间;采用短时傅里叶变换对电弧电压信号进行实时分析,可以准确地监测大尺度分流的产生,从而指导等离子体发生器工作参数的调整。     

水蒸气等离子体发生器工作特性实验研究

水蒸气等离子体射流具有较高的安全性、富含羟基组分、良好的环保特性、工作介质廉价等优点,在危废处理和化学合成等领域具有显著应用前景。但由于水蒸气在输运过程中易冷凝,严重影响水蒸气等离子体发生器的稳定性及电极使用寿命,制约着水蒸气等离子体发生器的工业化应用。本文针对水蒸气易冷凝的特点,提出了一系列防止水蒸气冷凝的措施,并设计了专用的水蒸气等离子体发生器,采用数据采集卡与光谱分析仪等对水蒸气等离子体发生器的工作特性进行了实验研究。实验结果表明:与常规的水蒸气等离子体发生器相比,经本文防冷凝优化后的水蒸气等离子体发生器电弧电压稳定性明显较好,同时等离子体发生器的电弧电压随电弧电流或水蒸气流量的增大而增大。羟基作为水蒸气等离子体射流中特有的还原性物质,其相对含量随电弧电流的增大而增大,但增大水蒸气流量,羟基自由基相对含量反而减少。     

大气层不同高度气压对等离子体射流激励器性能影响的研究北大核心CSCD

为将等离子体射流应用于大气层中的飞行器进行流动控制,对火花放电等离子体合成射流激励器,搭建了一套模拟不同大气层高度气压的真空实验系统,通过改变实验容器内的气压来模拟不同的大气层高度,利用动态压力传感器测量激励器射流出口的压力变化,得到激励器出口射流速度。分别对两个不同结构参数的两电极火花放电等离子体射流激励器进行了实验研究。实验结果表明,随着大气层高度的增加,火花放电等离子体合成射流的峰值速度不减反增;在0~10000m高度之间,射流峰值速度随高度大致成线性关系变化;大气层高度每增加1000 m,射流峰值速度增大15%~25%;在10000 m高度左右,高空射流峰值速度大约是地面的两倍。研究表明,在不同的大气层高度下,加载电压幅值、频率、占空比对激励器性能的作用规律与在地面常压下的作用规律相似。     

NC体系发射药烤燃点火的响应特性

选用制式的硝化棉(NC)体系发射药进行了烤燃试验,研究了NC体系发射药的配方组成对烤燃作用下的自点火温度和燃烧性能的影响。结果表明,NC体系发射药的配方组分对烤燃响应的自点火温度和燃烧性能影响明显,随着烤燃温度上升,NC体系发射药烤燃响应时经历了热分解—点火燃烧—冲破约束强度造成剧烈响应的过程。单基药中NC的自热反应和硝胺发射药中RDX的气相燃爆反应使得发射药迅速完成热分解到燃烧反应的转变,压力增长速度较快;单基药的自点火温度约为157.5 ℃,增加较低温度开始分解的NG和增塑剂TEGDN提前了发射药的自点火温度;发射药烤燃点火后,压力增长速率与发射药配方组成和弧厚有明显关系,与烤燃响应类型和冲击压力规律相符;增加弧厚对发射药烤燃作用下的热分解无影响,降低了点火后压力的上升速率,有利于降低发射药烤燃响应剧烈程度。     

PECVD法沉积氢化非晶硅薄膜内应力的研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术在硅基底上沉积了氢化非晶硅(α-Si:H)薄膜,通过纳米压入仪、电子薄膜应力分布仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征技术,研究了沉积时的工艺参数(射频功率、沉积温度、工作压强)对薄膜内应力的影响,对薄膜的本征应力、热应力进行分析,并探讨了射频功率对薄膜红外吸收光谱的影响。研究结果表明,提高射频功率能够使薄膜从张应力转变为压应力,且压应力随射频功率的增大而增大;提高工作压强能够使薄膜从压应力转变为张应力;应力随沉积温度的升高而增大;薄膜中氢含量、SiH组态、SiH2组态含量随射频功率的增大而增大。通过优化工艺,得到了沉积具有较小张应力薄膜的工艺参数(射频功率30W,沉积温度250℃,气体流量80cm3/min(标准状态),工作压强67Pa),并将其成功应用于非晶硅薄膜自支撑悬空结构。     

Ne-Xe混合气体对荫罩式等离子体显示器放电影响的研究

本文使用7英寸荫罩式等离子体显示器(SM-PDP)的实验小屏,在真空系统上动态地改变混合气体中Xe浓度和气体压强,测量了着火电压、发射光光强、电子温度、电流、亮度和效率等参数,并分析了混合气体对(SM-PDP)放电的影响。结果表明,提高Xe浓度和气体压强虽然带来了着火电压的升高,但是同时也使得电流下降,亮度和效率大幅提高。通过提高Xe浓度和气体压强,导致电子和中性粒子的碰撞截面变大:一方面电子的碰撞几率增加,使得放电中电子温度降低,增加了基态Xe原子到低能级的直接激发;另一方面中性粒子的碰撞几率增加,使得173 nm的真空紫外线辐射增强,从而改善总的气体放电效率。     

容性耦合等离子体腔室放电特性仿真研究

容性耦合等离子体射频放电广泛应用于IC制造中的薄膜沉积、刻蚀工艺中,等离子体中的电子密度和平均电子温度直接影响离化及激发反应速率,其在放电腔室中径向分布的均匀性严重影响刻蚀和薄膜沉积的均匀性。以某12寸腔体为研究对象,采用Comsol软件仿真研究了功率电极电压、腔室气压和极板间距对等离子体的电子密度和平均电子温度的影响规律。仿真研究发现:在研究的气压、电压、极板间距范围内,电子密度和平均电子温度随电压的增加而增加,其均匀性随电压的增加而变差;电子密度随气压的增加而增加,平均电子温度随气压的增加而降低,电子密度的均匀性随气压的增加而改善,电子温度的均匀性随气压的增加先变差再变好;电子密度随极板间距的增加而增加,平均电子温度随极板的增加而降低,电子密度和平均电子温度的均匀性随极板间距的增加而变好。研究结果对指导等离子体参与的IC工艺腔室结构设计及工艺控制具有重要意义。     

Thermal plasmas in material processing

Thermal plasmas are partially ionized gases at atmospheric pressures, characterized by temperatures in the range of 2000–20,000 K and charged particle number densities in the range of 10¹⁹–10²¹ per m³. Thermal plasmas are produced by plasma torches as a highly constricted jet. The high temperatures, enthalpies and heat fluxes in the plasma jet make it amenable to many chemical and metallurgical processes of industrial importance. The processing environment can be inert as in the case of argon or nitrogen plasmas or can be made reactive by introducing suitable gases. Reactive thermal plasma processing is a novel technique, wherein the plasma enters the reaction scheme, with ions and excited species opening up new channels. This technique is versatile in producing a wide variety of materials like oxides, carbides, borides, aluminides and coatings of diamond, superconductors and bioceramics. In this paper, the basic design of the plasma devices and some of the significant materials-related activities carried out recently at BARC are reported.     

Time evolution of electronegativity in a pulsed inductively coupled oxygen plasma

The electronegativity in a continuous wave (CW) and pulsed mode plasmas was calculated using the measured results of both the single Langmuir probe and the retarding field analyzer. For the pulsed mode measurement, both of the measurements were performed in a time-resolved method using a boxcar sampling technique. For the conversion of the retarding field analyzer measurement results into absolute positive ion densities, argon plasma was used as a reference. The pulsed oxygen plasma was generated using the inductively coupled antenna and modulated at a repetition rate of 5 kHz and the duty ratio of 50%. The gas pressure was changed from 5 to 30 mTorr. The time evolution of the electronegativity shows that there is a pressure regime where the electron attachment reaction during the RF on-time is very active, indicating that the negative ion density reaches its maximum value during the RF on-time. Compared to the CW oxygen plasma, the electronegativity of the pulsed oxygen plasma varies within a wider range of values.     

Study on formation process of surface plasma

A suitable equation group used to describe the establishment process and characteristics of induced dielectric barrier discharge (IDBD) plasma have been determined. Some experiments have been done which are used to examine whether the equation group is right or not. The examination results show that the equation groups are correct and can be used to design an IDBD device.     

电池隔膜表面空心阴极等离子体接枝聚合研究

应用自制的空心阴极等离子体装置,引发丙烯酸在丙纶表面的接枝聚合,研究了等离子体接枝聚合作用机理,分析了等离子体接枝聚合各参数(放电功率、气体流量、丙烯酸蒸气流量、样品位置等)对聚合速率的影响。通过红外光谱、扫描电镜等对丙纶接枝聚合膜表面的化学组成和形态结构等进行了表征分析,证明了亲水基团的引入,改善了丙纶隔膜的亲水性能。     

直流非转移弧等离子喷枪中电弧的工作特性研究

利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备，对喷枪内部电弧长度及其对流体特性的影响进行了分析研究。结果表明，通过增加进气流量和减少电流的大小，均使得等离子电弧长度增加，阳极弧根位置逐渐向下游移动，但是产生这两种现象的机理以及对气流温度和速度的影响是不同的。     

Cold atmospheric plasma: Sources, processes, and applications

Atmospheric pressure gas discharge plasmas, especially those operated at energy non-equilibrium and low gas temperatures, have recently become a subject of great interest for a wide variety of technologies including surface treatment and thin-film deposition. A driving force for these developments is the avoidance of expensive equipment required for competing vacuum-based plasma technologies. Although there are many applications where non-equilibrium (cold) plasma at atmospheric and higher pressures represents a substantial advantage, there are also a number of applications where low-pressure plasmas simply cannot be replaced due to specific properties and limitations of the atmospheric plasma and related equipment. In this critical review, the primary principles and characteristics of the cold atmospheric plasma and differences from vacuum-based plasma processes are described and discussed to provide a better understanding of the capabilities and limits of emerging atmospheric plasma technologies.     

潘宁气体真空等离子体天线的基本特性研究

根据潘宁气体放电的物理特性,定性分析了等离子体天线中氦氩潘宁气体放电的特性,实验测量了充满氦氩潘宁气体的等离子体天线与充满纯氦或纯氩等离子体天线的等离子体长度、等离子体密度,得出等离子体天线中充入氦氩潘宁气体时,在同等条件下能使等离子体天线的有效长度更长,等离子体密度更高。等离子体密度对天线的辐射效率和隐身性能影响很大,因此研究氦氩潘宁效应存在时表面波等离子体柱的等离子体长度与所加射频功率的关系和等离子体密度沿天线的分布对于提高天线的辐射效率和隐身性能至关重要。     

Change of the argon-based atmospheric pressure large area plasma characteristics by the helium and oxygen gas mixing

Oxygen and helium gases, often used in many plasma processes, were added to argon-based glow plasmas, produced at the atmospheric pressure, in order to study the controllability of the plasma characteristics by the supply gas mixing. Based on the electrical and optical diagnostics, the plasma parameters, such as the breakdown voltage, the rotational temperature, and the plasma uniformity, and their changes due to the gas mixing were investigated. The experimental results showed that the helium gas addition reduced the breakdown voltage (from 430 V to 300 V), the rotational temperature (from 465 K to 360 K), and the plasma uniformity. On the other hand, a small amount of oxygen gas increased the breakdown voltage (from 435 V to 463 V) and the rotational temperature (from 520 K to 600 K) due to various energy loss channels of the oxygen gas. The experimental results showed that it was possible to control the plasma characteristics by the gas mixing.     

反应等离子喷涂TiN/Ti3O复相陶瓷涂层

采用等离子反应合成技术,制备出了TiN/Ti3O复相陶瓷涂层,并分析了复相涂层的组织及其性能.研究结果表明:复相涂层主要由TiN相组成,并含有少量的钛的氧化物;复相涂层具有典型的层状组织结构,且层与层之间结合较好;制备的复相涂层的韧性得到明显提高,其韧性优于等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层;特别是复相涂层具有优于M2钢的耐磨性.     

乙炔等离子体聚合及其聚合物的结构与性能

应用外部耦合式等离子体聚合装置，研究了乙炔等离子体聚合规律，找到了最佳的聚合条件。通过元素分析，红外光谱，电子衍射和接触角测定等研究了聚合物结构与性能。电导率测定表明等离子体聚乙炔具有半导体性质。