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主要特点为:
①等离子体中具有正、负离子,可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子,可促使很多化学反应发生。
②由于任何气态物质均能形成等离子体,所以很容易调整反应系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还原气氛或中性气氛。
③等离子体本身是一种良导体,所以能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动,这有利于化工过程的控制。
④热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反应环境。温度为104~105℃的热等离子体是地球上温度最高的可用热源。它不仅可以用来大幅度地提高反应速率,而且还可借以产生常温条件下不可能发生的化学反应。此外,热等离子体中的高温辐射能引起某些光电反应。
等离子体是指处于电离状态的气态物质,其中带负电荷的粒子(电子、负离子)数等于带正电荷的粒子(正离子)数。通常与物质固态、液态和气态并列,称为物质第四态。通过气体放电或加热的办法,从外界获得足够能量,使气体分子或原子中轨道所束缚的电子变为自由电子,便可形成等离子体。
等离子体在化学工业中的真正应用是在20世纪50年代以后。联邦德国赫斯和赫司特化工厂于50年代成功地从甲烷和其他烃类在氢等离子体中热解制取乙炔。此后,美国、苏联和日本都相应地建造了等离子体制乙炔的实验工厂。此法流程简单,对原料适应性强,但电耗偏高,限制了它的大规模推广。60年代,美国离子弧公司以锆英砂为原料在直流电弧等离子体中一步裂解制备氧化锆。70年代末,中国以硼砂和尿素为原料,在直流电弧等离子体中制备高纯六方氮化硼粉,该法具有产品纯度高、成本低、工艺流程简单等优点。此外,还可利用等离子技术生产二氧化钛。
①以热等离子体制备乙炔、硝酸、联氨和炭黑等产品。
②用热等离子技术合成高温碳化物、氮化物和硼化物,如碳化钨、氮化钛等。
③用热等离子技术制备超细粉末,如0.01~1μm的三氧化二铝、二氧化硅和氮化硅粉末。
④冷等离子体中的聚合薄膜的形成或清洗,如半导体工业中的氧化硅膜。
⑤在冷等离子体中实现材料表面改性,如离子氮化、渗碳等工艺。
⑥等离子体技术应用于油气田生产,可进行深部解堵。
低温等离子体技术应用范围广,气体的流速和浓度对于气态污染物治理技术应用来说是两个非常重要的因素。生物过滤和燃烧技术能应用于较高浓度范围,但却受气体的流速所限。而低温等离子体技术对气体的流速和浓度都有一...
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脉冲电晕等离子技术净化公路施工中的沥青烟
文章研究用脉冲电晕等离子技术治理公路施工中的沥青烟。通过调整有效放电长度和停留时间,选用催化剂G,使沥青烟的净化效率达到92.9%以上。用GC/MS对净化产物分析发现:有机大分子物质消失,小分子量的物质增加,可以断定沥青烟分子参与了等离子化学反应而被氧化成CO和CH4等其它小分子物质。脉冲电晕等离子技术净化沥青烟能量消耗小,效率高,是非常经济实用的。
铸铁等离子束淬火区的特点
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1.corona plasma、glow plasma and arc plasma
按照等离子的产生原理来区分,现在等离子技术可以分为corona(科罗娜)、glow(辉光)、arc (电弧)plasma 三种类型。对于不同的类型,均发展出相关的应用。
为了对上述三种等离子类型有一个更直观的认知,我们通常采用直流电源作为激发能源构建等离子模型。不同的等离子技术专家与科研机构所构建的模型大同小异。在此,我们以美国普林斯顿等离子物理实验室的模型(Structure of a Glow Discharge)作为参考。如右图所示,X坐标轴表示电流值,Y坐标轴表示电压值。等离子是随着电压与电流的增加而产生并变换状态与特性。
图中竖线将plasma曲线主要分为三段,从左至右依次是corona plasma,glow plasma,,arc plasma.
1.1 Corona 等离子,也称电浆。
通常采用空气或者氮气(N2)作为发生气体。特点是气体的需求量非常高,使用氮气时一般需要配备专门的大功率氮气发生器,工业上常用RF射频作为激发能源,频率在40KHZ左右。等离子工作形态以炬式较为常见(产品如右图),条状放电模式使得表面处理后均匀性不高。设备工作过程中会产生超标的臭氧与氮氧化物等对人体有害的气体,必须要配套废气排放系统一同工作。因为上述特性,Corona 等离子主要适用于对处理效果要求不高,并且后续运行成本低的行业(可使用空气),比如纺织业等。
1.2 Glow 等离子。
主要分为两种方式,即腔式与大气压式,此两种等离子技术均为直接式等离子。
腔式Glow等离子的特点是需要一个封闭的腔体,电极内置于真空腔体中,工作时首先用真空泵将腔体内空气吸出形成类真空环境,然后等离子在整个腔体中形成并直接对在内的材料进行表面处理。此种腔式等离子的处理效果要优于corona 等离子。后续运行成本较高,主要原因是其真空泵连续工作的功耗较大。另外设备工作时在真空环节需要的时间较多,对采用自动化生产线及要求处理效率的工业领域来说,局限性较明显。
另一种大气压Glow(辉光)式等离子技术。RF射频作为激发能源,工作频率是13.56MHZ。采用氩气(Ar)作为发生气体,氧气或者氮气作为反应气体。该技术的特点是: 1. 均匀度高。大气压等离子是辉光式的等离子幕,直接作用于材料表面,实验证明,同一材料不同位置的处理均匀性很高,这一特性对于工业领域进行下一环节的贴合、邦定、涂布、印刷等制程十分重要。
2. 效果可控。大气压等离子有三种效果模式可选。一是选用 氩气/氧气 组合,主要面向非金属材料并且要求较高的表面亲水效果时采用,比如玻璃,PET Film等。 二是选用 氩气/氮气 组合,主要面向各种金属材料,如金线、铜线等。因氧气的氧化作用,替换为此方案中的氮气后,该问题可以得到有效控制。三是只采用氩气的情况,只采用氩气也可以实现表面改性,但是效果相对较弱。此为特殊情况,是少数工业客户需要有限而均匀的表面改性时采用的方案。
3. 安全易用。大气压式等离子,也是低温等离子,不会对材料表面造成损伤,例如对方阻值敏感的ITO Film材质亦可处理。无电弧,无需真空腔体,也无需废气排放系统,长时间使用并不会对操作人员造成身体损害。
4. 面积宽大。大气压等离子最大可以处理2m宽的材料,可以满足现有多数工业企业的需求。
5. 成本低廉。大气压等离子设备功耗低,运行成本以气体为主。以主要消耗气体氩气为例,同corona等离子气体消耗量相比不足其1/20.
1.3 Arc等离子
Arc等离子技术通常应用于等离子切割机,主要是金属的切割。可以搭配的工作气体种类较多,如氩、氧、氮、氢、水蒸气、空气、混合气体等。其等离子电弧的温度可以高达15000°~30000°。 等离子弧切割是利用极细、高温、高速的等离子电弧的热量来熔化进而切割金属器件,特点是切割快速,热影响区小,切割面平滑。
我们在工业应用中发现一些橡胶塑料件在进行表面连接的时候会出现粘接困难的问题,这是因为聚丙烯、PTFE等橡胶塑料材料是没有极性的,这些材料在未经过表面处理的状态下进行的印刷、粘合、涂覆等效果非常差,甚至无法进行。那么,今天说说等离子技术在橡塑行业产品上的作用机理。
有些工艺用一些化学药剂对这些橡塑表面进行处理,这样能改变材料的粘接效果,但这种方法不易掌握,化学药剂本身具有毒性,操作非常麻烦,成本也较高,而且化学药剂对橡塑材料原有的优良性能也有影响。
利用等离子技术对这些材料进行表面处理,在高速高能量的等离子体的轰击下,这些材料结构表面得以最大化,同时在材料表面形成一个活性层,这样橡胶、塑料就能够进行印刷、粘合、涂覆等操作。应用等离子技术对橡塑表面处理,其操作简单,处理前后没有有害物质产生,处理效果好,效率高,运行成本低。
等离子技术在橡胶、塑料行业的应用:
等离子表面处理技术的应用领域包括橡胶、复合材料、玻璃、布料、金属等,涉及各行各业,这篇文章中我们主要介绍其在橡胶、塑料领域一些行业的具体应用。
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2.1处理对象
(1)非金属材料,各种PET,PMMA,ITO film,Ceramic,Glass,Polymer等
(2)金属材料,各种金属线缆,PCB,FPCB,Lead frame等。
2.2应用领域
(1)LCD
(2)LED/OLED
(3)Touch Panel
(4)Solar Cell
(5)Semiconductor
(6)Optics
(7)Medical