磁驱动旋转电弧运动图像及弧电压脉动的实验研究

磁驱动旋转电弧产生扩散电弧等离子体过程中有许多有趣的物理现象。本文利用高速摄影技术研究了大气压条件下、非均匀磁场中、大尺度磁驱动旋转氩电弧的电弧结构；在一定的弧电流和外磁场条件下，电弧的平面形状表现为不断发展和增长的螺旋结构，电弧螺旋结构的破裂往往产生于阴极附近的等离子体射流。采用图像分析的方法计算了外部磁场作用下阳极斑点沿弧室内壁的移动频率，分析了磁驱动旋转电弧运动过程中的弧电压脉动现象。结合电弧图像分析和电弧电压脉动及其FFT分析得出：电弧电压的大幅波动与多层电弧螺旋结构破裂和重建相关，而电弧电压的小幅波动则是弧根小幅跳动引起电弧拉长和收缩的结果。     

阳极结构对直流非转移型等离子体射流特性的影响

本文介绍了自行研制的直流非转移弧等离子体炬的结构和工作原理,研究了不同阳极结构等离子体射流的特性与气体流量、弧功率的关系,以及侧向垂直送气对射流形貌的影响.结果表明,阳极结构对等离子体射流特性的影响较大,弧压随着阳极压缩角的增大而下降,较小压缩角的射流稳定性更好;通道直径较小的等离子体射流刚性更强;不同阳极结构的等离子体炬可以有不同的应用领域.     

阴极端面旋转弧根的数值分析

辅助电弧的阴极弧根在管状钨阴极端面旋转时，随着阴极弧根旋转频率的增加，在阴极端面形成一圈温度较高的区域；区域中各点的温度（除弧根处温度）趋于均匀，从而为主电弧的阴极弧根在这个区域中分裂成多弧根或形成扩散型弧根模式提供了必要的温度条件；弧根处的阴极端面温度随旋转频率的增加而下降并趋于一个稳定的值。本文利用三维热传导方程对此进行了分析。     

热等离子体

虽然已许多工业应用开发了热等离子体工艺，但是由于经济和竞争的原因，和／或再现性和可靠性方面的原因，它们未能作为一种制造技术得到广泛认可，本文着重评估现在对以下课题的了解：１）等离子体炬和吹弧（直流或交流）传热弧以及射频炬的性能；２）确认的工业应用，其重点是切割，焊接，喷涂，传热弧回收，再加热和纯化，再加热金属熔化，还原熔炼，化学运行以及废物破坏；３）最近对等离子体炬在电源，阴极（热的冷和热）阳极（     

第二阳极作用改善阴极真空弧沉积中弧放电稳定性的研究

研究了阴极弧等离子体沉积中第二阳极现象改善弧放电稳定性的作用。结果表明：由于弧放电规模增大,等离子体电阻降低,第二阳极现象的存在可大幅度提高造成阴极弧放电不稳定的聚焦磁场阈值。     

电弧等离子体煤粉燃烧器的研究

利用电弧等离子体温度高、单位体积热功率密度高、化学活性高等特点,设计出了结构简单、能稳定燃烧的电弧等离子体煤粉燃烧器;这种燃烧器只需提供一定的等离子体功率,对煤粉进行气化和活化后就能和主进风产生猛烈的燃烧。经初步实验研究,这种燃烧器能稳定地燃烧,主燃烧室出口处火焰中心温度约为1150-1260℃,输入的等离子体功率与所进煤粉燃烧的热功率之比约为1:25。     

过滤管道磁场在改进真空弧沉积系统中的作用

在90°磁过滤管道和MEVVA源阴极之间加30～60V的正偏压可使磁过滤管道起到阴极弧放电第二阳极的作用.在此情况下,就磁过滤管道磁场对MEVVA源阳极-阴极和磁过滤管道-阴极两个回路弧放电和磁过滤管道等离子体传输效率的影响进行了实验研究.研究结果表明随磁过滤磁场升高,磁过滤管道和阴极之间的弧放电规模降低,系统的等离子体传输效率升高,但对MEVVA源阳极和阴极之间的弧放电规模影响不大.     

基于磁偏转的真空弧离子源成分诊断

采用磁偏转的方法,对金属氢化物电极真空弧离子源放电产生的等离子体进行了成分诊断。采用了Ti D2电极材料进行放电,测量了在30-80 A弧流情况下的各离子的组分。实验结果表明,弧流越大时等离子体的密度越大,在现有引出结构下,由于等离子体发射面的凹凸变化导致测得的离子信号出现双峰。通过增加栅网可以减少等离子密度,双峰情况会有所减少。另外,随着弧流增大,氘所占比例会有所增加,弧流达到60 A以上氘含量增幅不明显。     

阴极真空弧源磁过滤弯管偏压模式研究

为了改进阴极真空弧等离子体通过磁过滤弯管的传输效率，测定了磁过滤弯管出口离子电流与阴极弧流的关系，结果表明：磁过滤弯管内表面中，靠近大径中心一侧的表面（内侧面）和远离大径中心一侧的表面（外侧面）与等离子体的相互作用是独立的，存在两种向磁过滤弯等内表面运动的离子流：离子碰撞导致的横向扩散离子流和从阴极弧出来的较高能量的惯性离子流。两种离子流通过磁过滤管的传输过程有不同的机制。整个磁过滤弯管偏压较仅仅Bilek板偏压有更高的离子传输效率，Bilek板偏压对磁过滤弯管离子传输起主要作用。     

磁驱动滑移电弧非平衡等离子体的研究

提出了一种磁驱动滑移电弧放电产生大气压非平衡等离子体的方法,给出了这种装置的基本结构,主要性能及基本原理。在弧电流0．6A左右得到了约100m／s的电弧移动速度和约80V／mm的电场强度,产生了非平衡度较高的大气压非平衡等离子体。