Estimation of plasma parameters in the process of micro-scale powder plastic and characteristics of its products

The temperature and density of plasma jets were estimated with a Boltzmann plot and Stark broadening of Ar I (696.54 nm) lines by optical emission spectroscopy (OES) in the process of plasma plastic, and the morphology and microstructure of tungsten (W) powders were investigated by scanning electron microscope (SEM) and x-ray Diffraction (XRD), respectively. The results show that the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) was invalid at the end of the plasma jets, and earlier than this after the injection of tungsten powder. The temperature and electron density of the plasma jets were up to about T=6797 K with Q_c=50 slpm and n_e=1.05×10¹⁶ cm⁻³ with Q_s=115 slpm at Z=60 mm, respectively, and both dropped rapidly with the injected tungsten powders of 20 μm. After the plasma plastic process, the spherical tungsten powders were prepared and there were some satellite particles on the surface of the spherical products. The tungsten powders were both composed of a single equilibrium α-W phase with a body centered cubic (bbc) crystal structure before and after plasma treatment.     

射频热等离子体制备球形氧化铝粉末的数值模拟及实验研究

研究粉末颗粒在热等离子体(ICTP)中的行为可以为射频等离子体制备球形粉末工艺过程的优化提供参考。首先, 利用FLUENT软件对具有不同粒径分布的氧化铝粉末颗粒在射频热等离子体中的运动轨迹及加热历程进行了数值模拟; 然后, 根据模拟结果所确定的实验参数范围进行了射频热等离子体粉末球化实验, 并将实验测量与数值模拟的结果相结合, 研究了输入功率、送粉速率等参数的改变对具有不同粒径分布的氧化铝粉末球化效果的影响。研究结果表明: 粒径较小的氧化铝粉末颗粒在飞行过程中可以从等离子体内吸收更多的热量, 因此能够被充分加热至完全熔化; 增加系统输入功率、降低送粉速率均能提高单位质量的颗粒从等离子体中获得的能量, 从而在一定程度上提升氧化铝粉末的球化率。     

高频电感耦合等离子体炬内速度及温度空间分布的数值计算

研究高频电感耦合等离子体炬内部空间的速度和温度分布对等离子体炬的稳定运行有着十分重要的指导意义。为此首先建立了100 kW高频电感耦合热等离子体炬的二维轴对称模型,然后利用商业软件ANSYS FLUENT对纯氩热等离子体电磁场、速度及温度的空间分布进行了计算,并在此基础上分别研究了粉末携带气、反应气及冷却气体积流量的变化对等离子体炬内速度和温度空间分布产生的影响,研究结果表明:等离子体炬内速度和温度空间分布受粉末携带气体积流量变化的影响较大,而反应气体积流量的变化仅对等离子体温度有一定的影响,过高的反应气体积流量可能导致灭弧现象的产生;等离子体炬外管附近区域的温度会随冷却气体积流量的增加而快速下降,因此在实际工作过程中可通过加大冷却气的流量来达到保护炬外管的目的。     

射频等离子体球化中钼粉颗粒加热过程的数值模拟

对射频等离子体球化中钼粉颗粒的加热过程进行研究可以为优化等离子体制备球形钼粉的工艺过程提供参考。采用了数值模拟的方法研究了线圈电流频率、粉枪位置及送粉速率等参数对钼粉颗粒在射频等离子体中的运动轨迹及加热过程的影响效应。结果表明:线圈电流频率较低时,等离子体炬轴线附近的温度更高,钼粉颗粒在等离子体中运动时能够达到的温度也更高;改变粉枪位置仅对粒径较小颗粒的运动和加热有较大的影响;降低送粉速率可以提高颗粒从等离子体中获得的能量,从而在一定程度上提升钼粉的球化率。     

感应耦合热等离子体制备球形WC金属陶瓷粉末

为了提高粉末的流动性,探索球形粉末的制备工艺,以感应耦合热等离子体作为高温热源,对不规则形状的微米级碳化钨(WC)粉体进行了球化处理实验,并研究了送粉量对粉末流动性、振实密度及粒径分布的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、霍尔流速计、能谱分析仪(EDS)和激光粒度分析仪分别对球化前后粉末的微观形貌、流动性、元素质量分数及粒度分布进行了表征和分析。研究结果表明:WC粉末经过感应耦合热等离子体球化处理后,可以得到表面光滑、分散性较好、流动性能佳和振实密度高的球形粉末;球化后粉末的氧和钨元素质量分数增加,而碳元素质量分数降低;经球化处理后,球形WC粉末粒径稍微变大;随着球化率的降低,球形粉末的流动性和振实密度均呈现减弱的趋势,而粉末的粒径分布范围变宽。     

射频等离子体球化钛粉的工艺研究

采用射频(RF)等离子体球化颗粒形状不规则的钛粉。研究了加料速度和携带气量对球化率的影响。通过电子扫描显微镜对制备出的钛粉进行表征,发现其表面光滑、球形度高。当加料速度大于130 g/min时,钛粉的球化率随着加料速度的增大急剧减小;加料速度增至185.75g/m in时,球化率仅为40%。当携带气量为0.20m3/h时,分散效果较佳,其球形度相应也较好,球化率几乎达到100%。随着钛粉球化率提高,其松装密度、振实密度有所增大。     

混合气体射频热等离子体温度及流场分布的数值模拟

研究混合气体射频热等离子体的温度及流场分布可以为等离子体炬在特定场合下的应用提供参考。本文建立了射频热等离子体炬的物理模型,利用FLUENT软件分别对线圈电流不同时,纯氩气、氩-氧气、氩-氮气、氩-空气及氩-氢气等离子体的温度及流场空间分布进行了研究。研究结果表明:与纯氩等离子体相比,混合气体等离子体的体积减小,核心温度降低,但等离子体速度则会有所提升;提高线圈电流能够使混合气体等离子体的体积增大,且速度和温度均有一定程度的提高。     

DC-RF混合等离子体温度及流场的数值计算

直流-射频(DC-RF)混合等离子体在材料合成领域有着较大的优势.为了对这种混合等离子体的特性进行分析,本文采用基于磁流体力学方程的DC-RF等离子体模型,数值分析了操作参数的改变对混合等离子体流场的影响效应.计算结果表明,直流电弧电流及工作气体流量的增加,主要使反应室中心区域处的混合等离子体轴向速度增加,并改变该区域...     

射频等离子体球化Ti粉体的研究

本文采用射频（RF）等离子法对颗粒形状不规则的Ti粉进行球化处理。研究了加料速率、物料分散方式、Ti粉颗粒大小等因素对球化率的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）观察相应试样的形貌。结果显示,射频等离子体法是制备具有良好流动性的球形钛粉的有效技术。