直流电弧等离子体制备纳米SiC及其催化特性

利用工业块体硅为硅源, CH₄为碳源, 在含有H₂和Ar混合气氛中, 采用直流电弧等离子体法制备SiC纳米粒子。CH₄含量影响SiC纳米粒子的化学组成和形貌。结果显示: 产物中含有3C-SiC和6H-SiC两种物相, 而在CH₄压力为0.005 MPa条件下制备的SiC纳米粒子还含有Si/SiC核壳结构。利用制备的SiC纳米颗粒作为催化剂, 在恒光强下光电催化还原脱除2,4-二氯酚中的Cl原子。结果显示在-1.02 V偏压下光电催化180 min后, 对2,4-二氯酚的去除效率达92.5%, SiC纳米粒子的吸附效率为19.6%。因此, SiC纳米颗粒可取代贵金属, 作为低成本光电催化候选材料用于污水处理。     

直流电弧等离子体熔化玻璃配合料

为了探究等离子体在玻璃熔制中的应用,我们采用直流电弧等离子体对玻璃配合料进行熔化,研究了不同功率下配合料的熔化情况。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热质联用(TG-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等手段对样品的结构、断面形貌、质量变化、成分进行表征。结果表明:随着等离子体功率的增加,样品的玻璃化程度提高,质量损失增大,熔化后样品的成分变化较小。等离子体的使用可显著提高玻璃熔化过程中的热交换效率,实现了配合料的快速熔化。     

纵向磁场对直流真空电弧等离子体发展进程的影响研究

从微观角度出发,数值模拟直流真空电弧燃弧初期电弧的发展进程,研究纵向磁场对电弧等离子体参数输运特性的影响。建立电弧等离子体流体-化学混合模型,仿真研究纵向磁场作用下的电弧运动特性。数值模拟电弧等离子体中粒子输运特性,以得到电弧等离子体参数随磁场变化规律。仿真结果表明:纵向磁场分布对直流真空电弧放电初期粒子的数密度与温度等参数的作用,直接影响电弧的发生与发展。研究并分析了直流真空电弧燃弧初期的过程。     

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。     

直流电弧等离子体炬的数值模拟研究

本文建立了直流电弧热等离子体炬的三维模型,利用流体动力学软件FLUENT对氮气热等离子体温度及速度的空间分布进行了数值模拟,并在此基础上研究了工作气体流量的变化对炬内热等离子体传热与流动特性的影响效应。研究结果表明:等离子体温度的最高值出现在阴极附近,并随着轴向距离的增加而减小;等离子体速度则随着轴向距离的增加而增加,在炬出口处达到其速度的极大值;工作气流量的增加对炬内的温度分布影响不大,但等离子体温度呈现出随工作气流量的增加而减小的趋势。     

直流电弧等离子体法制备纳米材料的研究进展

纳米材料由于具有特殊的光学、力学、磁学、电学、超导、催化等特性而被广泛应用于电子、机械装置、药物传输、催化剂等众多领域。直流电弧等离子体法是一种制备高纯度纳米材料的有效手段,通过在两电极之间的电弧放电产生高温,使反应室中的气体变为等离子体态,原材料蒸发分解成气态原子,过饱和的蒸汽流动到反应室中温度较低的部位,并重新成核生长成所需的纳米粒子。使用直流电弧等离子体法制备纳米材料具有操作简单、成本低、合成速度快、产物纯度高、环境友好等优点。在电弧法制备纳米材料的过程中,改变相关实验参数,会对产物的粒径、形貌等特性产生影响;特别是在制备碳纳米材料时,改变实验条件还会得到如碳纳米管、石墨烯、碳纳米角等不同形貌的碳纳米材料。因此,需要从纳米颗粒的生长机理入手,找到不同纳米材料的最佳合成条件,实现其可控制备。如今,电弧法制备纳米材料的研究重点已由单纯的制备方法研究发展到深入分析其机理与探究可控合成的工艺条件,从而实现粒径可控、颗粒分布均匀纳米材料的规模化制备。此外,电弧法相比其他方法具有独特的优点,探索用电弧法制备新型纳米材料也是目前研究的焦点。近年来,使用电弧法制备纳米材料取得了众多成果。在碳纳米材料领域,不但实现了富勒烯、碳纳米管的制备,而且实现了高品质单层石墨烯和碳纳米角的制备。在金属纳米材料领域,制备出了高品质的纳米银粉和镍粉等。此外,难熔金属由于熔点高,使用其他方法难以制备出相关种类的纳米材料。而电弧区温度可以达到104K,使用电弧法可制备出Mo、Cr、V、W等多种难熔金属的纳米材料。在陶瓷纳米材料领域,成功制备了SiC、TiC等高性能陶瓷纳米材料。实现电弧法可控制备纳米材料需要对纳米颗粒的形成及生长机理进行深入探究,相关工作也在不断推进。最近,研究者们使用数值模拟等辅助手段来模拟电弧过程,可以得到电弧区的温度、压力、速度分布情况,模拟的实验结果对解释纳米材料的生长机理起到非常重要的作用。本文主要介绍了使用直流电弧等离子体法制备碳纳米材料、金属纳米材料及陶瓷纳米材料的研究进展,并对纳米粒子的形成机理做了深入分析;阐述了电弧等离子法制备纳米材料存在的问题,并提出了相应的解决策略;最后,对电弧法制备纳米材料向着大规模、低成本可控制备的发展进行了展望。     

小开距真空电弧特性实验设计与研究

对小开距真空电弧进行了实验设计以及其特性诊断过程进行了阐述，通过实验，得到了小开距真空电弧伏安特性、相对电子密度和相对光强度分布曲线，为智能相控开关的设计提供了理论依据。     

CCD技术用于诊断真空电弧等离子体电子温度

本文根据等离子体的辐射理论，研制了一台新型的等离子体诊断装置。在这个装置中，使用ＣＣＤ传感器代替一般的光学仪器，使诊断装置的体积大大地缩小：同时，单板机的使用，取代了人工进行数据采集和数据处理的过程，因而操作简便，且加快了诊断的速度。     

直流电弧等离子体法制备TiO2纳米超细粉

采用直流电弧等离子体法直接制备了晶态的TiO2纳米超细粉,粉体中的晶粒既有锐钛矿结构,也有金红石结构;既有单晶结构的TiO2,也有多晶结构的TiO2.当热处理温度低于600℃时,粉体颗粒的长大较为缓慢,粒径在20nm以下;温度高于700℃时,颗粒迅速长大,锐钛矿向金红石结构的转变明显;当温度达到800℃时,样品转变为单晶结构的金红石型TiO2,颗粒大小在40-120nm之间.     

真空开关电弧等离子体特性诊断技术研究进展

阐述了真空电弧等离子体特性诊断的重要意义,列举了常用的诊断方法及其工作原理,综述了近年来国内外关于真空电弧等离子体特性诊断方面的实验研究进展。     

超声交流TIG焊声场及电弧特性分析

目的研究复合焊接过程中,发射端高度、喷嘴高度及保护气流量等工艺参数对空气中声场强度的影响规律及作用机理。方法采用分组实验的方法,分析了各焊接工艺参数对声场强度的影响。结果研究结果表明:发射端高度及喷嘴高度对声场强度影响最大,保护气流量几乎无影响;不同发射端高度下,声场强度峰值所对应的喷嘴高度不同。结论通过对实验结果进行分析,得到了优化的焊接工艺参数:发射端高度为30 mm,喷嘴高度为11 mm,弧长为4 mm,电流为120A,保护气流量为25 mL/min;得出了交流复合超声TIG堆焊中,超声可细化组织并使组织均匀化。     

纳米Ag-Fe合金的真空电弧特性

利用微乳液法制备出纳米复合Ag-Fe合金,在真空条件下,利用高速摄影机观测Ag-Fe系列合金的阴极斑点运动,采用示波仪记录放电电流曲线,并利用扫描电子显微镜观察电极表面烧蚀状况.研究结果表明:Fe纳米粒子的加入使得电弧分散,电孤的寿命增加,截流值降低.     

直流电弧等离子体球化U3Si2粉体

研制了直流电弧等离子体球化U3Si2粉体装置,因Ar He气氛下对粒度为10－150μm范围内不规则形状的U3Si2粉体进行了球化，球化率达90％。     

直流电弧等离子体喷射制备碳纤维及其结构的研究

采用直流电弧等离子体喷射的方法制备碳纤维，用甲烷作为碳源。所制备的碳纤维呈现象牙棒状，顺着等离子体炬的向生长，同时报导了一些新结构。     

直流电弧等离子体球化U_3Si_2粉体

研制了直流电弧等离子体球化U3 Si2 粉体装置。在Ar+He气氛下对粒度为 10～ 15 0 μm范围内不规则形状的U3 Si2 粉体进行了球化 ,球化率达 90 %。     

真空环境下指数脉冲放电等离子体特性分析

真空环境内金属电极放电产生的等离子体不同于气体放电等离子体,具有特殊的性质.本实验采用持续时间为10μs,幅值约600A的指数变化的脉冲电源进行放电;运用朗缪尔探针法对放电生成的等离子体的相关参数进行测量,讨论了放电生成的等离子体的特性,分析了电极间距对放电等离子体密度的影响;同时运用AnsoftMaxwell3D仿真软件对电极间的电场分布情况进行了仿真分析.实验发现采用指数脉冲放电能生成高密度的等离子体,且生成的等离子体密度随电极间距增大而增大.     

真空阴极电弧离子源磁场分析与设计

真空阴极电弧离子源是多弧离子镀膜设备的核心部件,直接影响镀膜系统的整体性能。真空阴极电弧离子源在工作时,大液滴发射是阻碍电弧离子镀技术广泛深入应用的瓶颈问题。合理设计并利用磁场可以很好地控制弧斑运动,大幅度地减少液滴、减小液滴尺寸、提高膜层质量和使用寿命。对真空阴极电弧离子源的附加磁场进行了理论分析和仿真计算,为附加磁场的优化设计提供了重要的指导依据。     

真空等离子体天线的基本特性研究

利用根据单极表面波驱动等离子体天线原理建立的等离子体天线,通过实验和理论方法验证了单极表面波等离子体天线的等离子体长度与所加射频功率的关系,主要研究了不同射频功率相同充气气压和射频功率相同不同充气气压下的等离子体密度及其沿等离子体天线的分布和电子温度沿天线的变化,并将等离子天线和相同尺寸的铜天线接收本地调频波段电磁波的特性进行了对比,证实了等离子体天线作为接收天线是可行的.     

基于FLUENT软件直流电弧等离子体喷射法等离子体放电特征二维数值模拟

直流电弧等离子体喷射法制备金刚石膜的过程中氩气主要起维持电弧放电作用,在一定程度上保证电弧放电的稳定性。本文利用自定义标量和自定义函数技术对FLUENT软件进行二次开发,在动量和能量守恒方程中添加相应电磁源项。对纯氩直流电弧等离子放电特征进行二维数值模拟,并经过实验验证后最终得到等离子体放电区域的温度、焦耳热、电流密度和速度等分布。模拟结果表明气压为1000 Pa工作电流为100 A条件下:氩等离子体最高温度和最大速度达到11000K和340 m/s,且均出现在阴极尖端位置附近;较强的外侧气流使阳极斑点稳定维持在阳极内侧下边缘位置,其附近等离子体温度在9000 K左右;基体表面附近等离子体温度受到焦耳热分布和阴极高温射流共同作用,维持在3000~4000 K。     

电弧等离子体制备纳米ZnO的气敏特性

用Ｈ２＋Ａｒ电弧等离子体法制成纳米ＺｎＯ，ＺｎＯ－Ｆｅ，研究了其气敏特征及机理，结果表明：与其它制备方法相比，该方法制成的纳米ＺｎＯ气敏元件在没有贵金属掺杂的情况具有较高的灵敏度，工作温度为２００℃￣２５０℃，为常规元件的一半，纳米ＺｎＯ－Ｆｅ－Ｐｄ对液化石油气（ＬＰＧ）的选择性比纳米ＺｎＯ好，具有快速响应（〈１５ｓ）的恢复特性，能稳定地连续工作７０ｈ以上，可制作低功耗ＬＰＧ气敏元件。