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      講解等離子體發生器的種類

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      講解等離子體發生器的種類

      發布日期:2018-07-21 作者:admin 點擊:

      在科學技術和工業領域應用較多的發生器有電弧等離子體發生器(又稱等離子體噴槍、電弧加熱器)、工頻電弧等離子體發生器、高頻感應等離子體發生器、低氣壓等離子體發生器、燃燒等離子體發生器五類。最典型的為電弧等離子體發生器、高頻感應等離子體發生器、低氣壓等離子體發生器三類。它們幾類等離子體發生器的放電特性分別屬于弧光放電等離子體發生器、高頻感應弧光放電等離子體發生器和輝光放電等離子體發生器等類型。

      電弧等離子體發生器又稱電弧等離子體炬,或稱等離子體噴槍,有時也稱電弧加熱器。它是一種能夠產生定向"低溫"(約2000~20000開)等離子體射流的放電裝置,已在等離子體化工、冶金、噴涂、噴焊、機械加工和氣動熱模擬實驗等領域中得到廣泛應用。這類等離子體發生器通過陰、陽極之間的弧光放電,可產生自由燃燒、不受約束的電弧,稱為自由電弧,它的溫度較低(約5000~6000開),弧柱較粗。當電極間的電弧受到外界氣流、發生器器壁、外磁場或水流的壓縮,分別造成氣穩定弧、壁穩定弧、磁穩定弧或水穩定弧,這時弧柱變細,溫度增高(約10000開),這類電弧稱為壓縮電弧。無論哪種壓縮方式,等離子體發生器物理本質都是設法冷卻弧柱邊界,使被冷卻部分導電性降低,迫使電弧只能通過中心狹窄通道,形成壓縮弧。


      電弧等離子體發生器的等離子體炬主要由一個陰極(陽極用工件代替)或陰、陽兩極,一個放電室以及等離子體工作氣供給系統三部分組成。等離子體炬按電弧等離子體的形式可分成非轉移弧炬和轉移弧炬。非轉移弧炬中,陽極兼作炬的噴嘴;而在轉移弧炬中,陽極是指電弧離開炬轉移到的被加工工件。當然也有兼備轉移弧和非轉移弧的聯合式等離子體炬。

      電弧等離子體炬由于陰極損耗,必然使等離子體中混入陰極材料。根據不同的工程需要,可選用損耗程度不同的材料作陰極。如要陰極損耗盡可能小,一般采用難熔材料,但具體選擇材料時應考慮到所使用的工作氣種類。如工作氣為氬、 氮、氫-氮、氫-氬時,常用鈰-鎢或釷-鎢作陰極;工作氣為空氣或純氧時,可用鋯或水冷銅作陰極。


      工業上應用的電弧等等離子體發生器的主要技術指標是功率、效率和連續使用壽命。一般其輸出功率范圍為10~10瓦,效率較高(約為50%~90%),使用壽命受電極壽命限制。由于電極受活性工作氣(氧、氯、空氣)的侵蝕,炬的連續壽命一般不超過200小時;備有補充電極的電弧等離子體發生器,壽命可達數百小時。目前制造新型的、可在高壓強(≤1.01×10帕)和低壓強 (≤1.33帕)下工作的電弧等離子體發生器以及三相大功率電弧等離子體發生器的條件已基本成熟。等離子體射流溫度范圍約在3700~25000開(取決于工作氣種類和功率等因素),射流速度范圍為1~10米/秒。

      高頻感應等離子體發生器又稱高頻等離子體炬,或稱射頻等離子體炬。它利用無電極的感應耦合,把高頻電源的能量輸入到連續的氣流中進行高頻放電。高頻等離子體發生器及其應用工藝有以下新特點:

      ①只有線圈,沒有電極,故無電極損耗問題。發生器能產生極純凈的等離子體,連續使用壽命取決于高頻電源的電真空器件壽命,一般較長,約為2000~3000小時。在等離子體高溫下,由于參加反應的物質不存在被電極材料污染的問題,故等離子體發生器可用來煉制高純度難熔材料,如熔制藍寶石、無水石英,拉制單晶、光導纖維、煉制鈮、鉭、海綿鈦等。

      ②高頻等離子體流速較低(約0~10米/秒),弧柱直徑較大。近年來,等離子體發生器已廣泛應用于實驗室,便于作大量等離子體過程試驗。工業上制備金屬氧化物、氮化物、碳化物或冶煉金屬時,反應物在高溫區停留時間長,使氣相反應很充分。

      根據電源與等離子體耦合的方式不同,高頻等離子體炬可分為:電感耦合型、電容耦合型、微波耦合型和火焰型。高頻等離子體炬由三部分組成:高頻電源、放電室、等離子體工作氣供給系統。后者除了供軸向工作氣外,還像電弧等離子體炬氣穩弧一樣,切向供入旋轉氣流以冷卻并保護放電室壁(通常用石英或耐熱性較差的材料)。


      相關標簽:離子發生器

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