脉冲参数对大气压亚微秒脉冲辉光放电的影响

通过大气压氦气亚微秒脉冲辉光放电的一维自洽流体数值模型,研究了亚微秒脉冲电压的脉宽和幅值对放电特性的影响.当放电脉冲电流密度幅值维持在约2 000A/m~2时,随着脉冲电压脉宽从300ns增加到900ns,放电电流密度脉冲的脉宽相应增加,脉冲电压幅值从652.2V降低到557.5V.在电极表面引入介质层以后,每个脉冲电压会产生两个放电电流密度峰,其中,第一个放电电流密度峰不随脉冲电压脉宽变化,第二个放电电流密度峰的强度有一定的增长,而且其发生时刻对应于脉冲电压的下降沿时刻.在介质阻挡脉冲辉光放电中,随着脉冲电压幅值从2 000V增加到3 500V时,两个放电电流密度峰的幅值分别从1 160.6A/m~2增加到2 697.9A/m~2和从963.4A/m~2增加到1 954.5A/m~2,而且放电电流密度峰发生时刻也向脉冲电压上升沿和下降沿开始处移动.该数值模拟研究有助于深入了解大气压脉冲辉光放电的特性和机理.     

氩辉光放电阴极区离子的能量和角分布

由蒙特卡罗方法模拟离子在氩直流辉光放电阴极位降区的运动，包括了 离子现中性原子的电荷交换碰撞和弹性散射，用到了较精确的依赖于离子能 量的电荷交换和动量输运截面，得到了阴极位降区不同位置离子的能量分布 和角分布．发现：离子由负辉光区向阴极运动过程中，离子能量分布的高能部 分逐渐增大，角分布向小角度部分压缩，阴极位降区的强电场加速和聚焦了 离子．     

常压直流脉冲辅助射频放电起辉过程研究

采用组合电极结构产生常压等离子体射流,对直流(DC)脉冲辅助射频放电进行试验研究.在每个射频脉冲产生之前,引入一个微秒级DC脉冲放电,通过采集放电电流和电压曲线以及时间分辨放电图像,研究这种组合放电的电学特性及时空分布.结果表明,在射频放电脉冲中间引入微秒级DC脉冲放电之后,使射频放电脉冲起辉电压从3.86kV降低到1.61kV,提高了常压脉冲射频放电的稳定性,可为常压射频放电在工业上的连续化应用提供技术依据.     

离子氮化装置中的双层辉光放电现象及其放电特性的研究

本文在离子氮化装置及离子氮化工艺试验研究的基础上,根据气体放电理论,提出并讨论了双层辉光放电现象。我们采用两种实验装置对该现象的主要放电参数进行了实验测定,基本上弄清了双层辉光放电现象的放电特性。对双层辉光放电中的某些现象,进行了一些初步探讨。     

脉冲叠加直流激励辉光放电特性

辉光放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景,日益成为研究热点。本文提出了一种采用脉冲叠加直流的方式来激励辉光放电的实验装置。选取氩气作为反应气体,本实验在低气压下进行,利用参数可调的高频脉冲电源和直流电源进行激励。研究了不同激励方式下击穿电压和电流的变化规律。实验发现：直流辉光放电击穿电压最低,约为380 V,但是在放电过程中放电管发热比较严重;脉冲辉光放电所需击穿电压为450～600 V,但其存在反复击穿;而脉冲叠加直流激励辉光放电则降低了脉冲击穿电压,最低约为400 V,且改善了放电管发热严重的问题。     

直流激励针-环等离子体喷枪放电模式的实验研究

利用空气作为工作气体,采用直流电压激励针-环等离子体喷枪,在大气环境下产生了可触摸的低温等离子体羽.利用电学和光学测量,结果表明等离子体羽存在两种放电模式:脉冲模式和连续模式.对于脉冲模式,研究发现放电频率随气体流量或电源输出电压的增加而增加.对于连续模式,伏安特性表明其为反常辉光放电.利用光纤测温仪测量了两种放电模式下等离子体羽的气体温度,发现气体温度随着电源输出电压增加或气体流量减小而升高.相比于连续模式,脉冲模式温度更低,可用手触摸,因此在生物医学领域有更大的应用价值.利用发射光谱,通过拟合的方法计算了两种放电模式的分子振动温度,发现它与气体温度随参数的变化趋势相同.     

N_2/H_2辉光放电等离子体电子碰撞电离的Monte Carlo模拟

采用N2/H2直流辉光放电等离子体综合的Monte Carlo模型,通过计算N2/H2混合气体直流辉光放电等离子体电子碰撞电离及离解电离率,电子密度及电子能量分布函数,研究了H2的浓度对氮辉光放电等离子体电子碰撞电离过程的影响.研究结果表明:随着H2浓度的升高,电子的电离及离解电离碰撞率减少;但在一定的放电条件下,加入少量的H2,可以提高电子碰撞电离及离解电离率,即选取合适的放电参数,加入少量的氢,可以提高放电空间的电子及离子的密度.模型考虑了12种和电子相关的反应,在氮气中加氢的比例为0~30%.这些影响能通过放电中发生的碰撞过程及鞘层厚度的改变得到解释.研究结果为认识N2/H2混合气体辉光放电等离子体过程机理提供参考依据.     

基于双层辉光离子渗金属的离子轰击金属靶材的计算机模拟

轰击离子的产生、输运以及离子对靶材的溅射过程是实现双层辉光等离子渗金属的重要一环。基于辉光放电的理论以及COMSOL Multiphysics软件对典型的双层辉光等离子渗金属装置进行了建模，分析了轰击离子的能量范围，结合经典散射理论和蒙特卡罗方法，使用SRIM软件详细地模拟了Ar⁺对金属靶材的溅射过程。结果表明：溅射原子的位置集中在金属靶材入射位置的附近，形成环状的溅射坑。溅射原子的能量集中在20 eV内，随着入射离子能量的增加，会出现一些高能量、大角度的溅射原子。溅射产额随着靶材原子d壳层电子填满程度的增加而增大，溅射产额主要来自低能反冲原子。溅射产额越大意味着低能反冲原子越多，能量传递越分散，溅射原子能量越低。     

大气压级联辉光放电中射频放电对脉冲放电的影响

针对脉冲放电的起辉过程会影响脉冲介质阻挡放电效率的问题,在脉冲放电前引入脉冲调制射频放电组成级联放电。建立大气压氦气级联辉光放电的二维自洽流体数值模型,研究调制射频放电对脉冲放电特性的影响。深入探讨放电极板间隙中调制射频放电段结束后剩余的等离子体粒子的空间分布及时空演化过程。分析电子密度、离子密度和电场强度随时间与空间的变化情况,探究脉冲上升沿放电对初始条件的依赖性关系。结果表明,调制射频放电与脉冲放电之间的时间间隔越大,放电空间中剩余的等离子体密度越低,空间分布越均匀,从而建立上升沿阶段脉冲放电所需的时间越长,所获得的脉冲放电强度越弱。由此可见,级联放电有助于提高放电空间中的初始粒子密度,从而提高脉冲介质阻挡放电的效率。     

钢的离子渗铬层组织及表面应力研究

本文采用离子氮化炉对Ａ３、４５、Ｔ１０、Ｔ１２钢进行离子渗铬。研究了渗铬层的组织及结构，阐明了渗层组织的形成机理。对Ｔ１０钢渗层组织进行了有无辉光放电作用的对比。测定了离子渗铬及无辉光放电作用的低压气体渗铬后钢件表面应力状态。     

脉冲阴极弧放电制备碳膜及其性能研究

使用自行搭建的高压脉冲大电源,并且利用PLC的控制SCR触发装置产生微秒级单脉冲进行了弧光放电。在一定电压、一定气压、一定距离下,进行了薄膜制备,对薄膜进行了电镜分析和XRD分析。说明在合适的电压、气压和距离下,用该套设备可以制备出比较均匀、结晶性能比较好的薄膜。     

不同时间尺度等离子体气动激励特性的测试诊断

为了揭示ns脉冲等离子体气动激励与流场附面层耦合作用机制,提高等离子体气动激励控制附面层的能力,对不同时间尺度的等离子体气动激励的放电特性和体积力等进行了测试诊断。实验结果表明:ms、μs、ns脉冲放电的放电电压相差不大,但ns脉冲的最大放电电流明显高于ms和μs脉冲,最高可达到4 A;激励电压越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;ms、μs脉冲等离子体气动激励诱导体积力水平方向分量较大,ns脉冲水平方向体积力近似为零;ns脉冲垂直方向体积力不为零,与ms和μs脉冲相差较小。     

常压辉光放电的建立及其特性实验研究

常压辉光放电（APGD）是新近发展起来的一种等离子体源,与低气压辉光放电相比更具有工业应用前景,本文详细介绍我们实验室在大气压条件下建立的均匀稳定、介质垒同辉光放电等离子体发生装置,该放电发生采用频率为10kHz和20kHz高压电源、平板电极,民彬覆盖绝缘层,间隙2－3mm,可在多种气体环境下稳定运行,放电电流波形和电压一电荷李萨如图形的测量充分表明它确实是常压下的均匀辉光放电。     

微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术

为了提高微细电火花加工效率,通过分析微细电火花加工特点,改进了主放电回路,设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的微细电火花加工脉冲电源.该电源集成了放电状态检测功能,能够判断每一个脉冲的放电状态,并及时切断有害脉冲.设计了应用于微细电火花加工的清扫脉冲回路,可在极间加载高能量窄脉宽的清扫脉冲,以清除积聚在极间的加工屑.利用该电源在桌面式微细电火花加工机床上进行了微细深孔加工实验和微细孔极限加工实验,取得了较好的加工效果.     

钢的辉光离子渗铝研究

本文用辉光离子氮化炉进行离子渗铝工艺探讨。研究了工业纯铁、20钢、45钢辉光离子渗铝层生长规律,测定了渗层铝浓度分布和显微硬度分布。结果得出了完全可以利用辉光离子氮化炉进行离子渗铝,实现一炉多作用离子轰击大大加速渗铝过程的重要结论。     

大气压直流辉光放电装置的实验与分析

为了能减小放电装置的体积,以应用于便携式仪器,设计了线-筒型大气压直流辉光放电装置,放电间隙仅1.92 mm.它主要由内线电极、外筒电极组成,线电极直径为0.16 mm,筒电极直径为4 mm.观察并说明了从电晕放电向辉光放电过渡的过程.通过放电波形和图像验证了其处于辉光放电状态.推导了利用氮气第二正带系计算振动温度和转动温度的算法,并利用光谱仪(Acton Spectrapr0 2500i)采集所产生的等离子体的发射光谱,计算得到该等离子体的振动温度在2 360 K左右,转动温度在830 K左右.将该装置作为离子源应用于敞开式质谱中,实验结果表明,该直流大气压辉光放电形成的等离子体可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚等物质.     

镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能

采用直流磁控溅射法在镁合金上沉积铝膜,在高真空下对铝膜进行加热后处理. 用X射线衍射仪(XRD)分析膜层为纯铝多晶态,扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜晶粒细小. 采用纳米压痕/划痕仪对铝膜的厚度、临界附着力、硬度和弹性模量进行了测试,并且用辉光放电光谱仪(GDS)测试了镁合金表面铝膜的成分和性能随薄膜深度的分布. 结果表明,铝膜的厚度随后处理温度的升高而降低,其表面硬度和弹性模量高于镁合金基体并且随深度增加而逐渐降低. 铝膜与镁合金基体间存在一个过渡层,结合良好且表现出一定的弹塑性能,有利于镁合金表面的防护.