低气压下空心阴极辉光放电等离子体的特性

为掌握10-2Pa～10-3Pa的低气压、磁场条件下空心阴极辉光等离子体的特性及其与常规辉光放电伏安特性的区别,我们对其伏安特性和电子密度进行了测量。实验结果表明:低气压、磁场条件下空心阴极辉光放电的整个过程可分为三个不同阶段,即随着电流的增大,依次为起辉阶段、空心阴极放电阶段和反常辉光放电阶段。其中,起辉阶段与空心阴极放电阶段的伏安特性与常规辉光放电的伏安特性曲线不同,而反常辉光放电阶段类似。实验证实了电子密度随电流增大而增大的关系,实验结果表明,在轴线方向上,阳极附近的电子密度大于阴极附近的;在与轴线垂直的平面上,电子密度差别不大。     

空心阴极等离子体放电结构的优化设计

 低温等离子体表面处理可以有效克服液相处理法存在的环境污染、耗能大和成本高的缺点,对材料表面进行清洗、活化和接枝处理,而设计一个合理的低温等离子体放电结构能够较好地改进表面处理的质量．通过建立CRFHCP空心阴极等离子体放电的数学模型,分析影响低温等离子体放电的关键因素,并设计了不同电极配置方式、样品位置和不同远区空心阴极结构的众多方案．通过接触角测定、表面能计算、SEM照片等方式,对不同方案下处理前后的疏水性PP薄膜形态结构进行表征分析．实验结果发现：远区径向喷嘴式空心阴极等离子体放电结构处理的薄膜表面比其他处理方式具有较小的接触角和较大的表面能．这表明采用优化设计的CRFHCP空心阴极等离子体放电结构,可以较其他结构更为有效地改善材料表面的亲水性能．     

空心阴极放电特性的研究

讨论了空心阴极放电的特征以及它的应用。实验研究由平行平板组成的一种空心阴极结构,得出了产生空心阴极效应的条件。最后分析讨论了产生空心阴极效应的机理与实验结果。     

电压对射频空心阴极放电特性的影响

为了提高射频空心阴极放电中的等离子体密度,采用粒子网格(Particle-In-Cell,PIC)法与蒙特卡洛碰撞(MonteCarlo-Collision,MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了空心电极上施加的射频电压变化对射频空心阴极放电特性的影响。研究结果表明,和平板电极容性耦合射频放电相比,射频空心阴极放电能获得更高的电子密度。随着射频电压的增加,孔内的鞘层电场和鞘层电势降均增加,引起鞘层振荡加热和二次电子加热的增强,这将增大电子密度。此外,在本文模拟所设置的电压范围内(150-210 V),随着电压的增加,空心阴极效应(hollow cathode effect,HCE)的强度也增加,这也将增大电子密度。同时,随着射频电压的增加,等离子体在孔内的深度也增加,这将进一步增大电子密度。因此,提高射频电压是在空心电极孔内外获得高密度等离子体的有效方法。     

空心阴极N2+等离子体放电电子温度的研究

利用双层辉光放电空心阴极效应，针对N2发射光谱相对强度的变化，采用SⅡ-Ⅳ型全息凹面光栅单色仪对各种工艺参数条件下的光谱进行测绘，获得一系列谱线及测量数据。通过玻尔兹曼方程式求得不同工艺条件下的N^2＋等离子体的电子温度。并分析了工件电压、源极电压和工作气压对电子温度的影响。结果表明：当工作气压和工件电压一定时，电子温度随源极电压的升高先减小后增大，最后又减小；当源电压一定时，电子温度随工件电压和工作气压的升高而明显减小，并且其减小幅度随源极电压的升高而逐渐降低；当工作气压一定时，工件电压的变化较源极电压的变化对电子温度的影响大。     

偏压对射频空心阴极放电特性影响的PIC/MCC模拟研究

采用粒子网格(PIC)法与Monte Carlo碰撞(MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了在射频空心阴极放电系统中,负直流偏压(-10~-50 V)对放电特性的影响。通过模拟获得了在不同的外加负直流偏压下,空心电极孔内的电子密度、径向电场、轴向电场等参数的变化。计算结果表明,随着偏压从-10增加到-50 V,阴极孔内电子密度和径向、轴向电场逐渐增大;加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。从放电早期到达到稳定放电的过程中,电子逐渐从接地阳极附近移入空心电极孔内,孔内电子密度和径向、轴向电场随时间增长而增大;在同一时刻,放电系统施加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。达到稳定放电后,孔内电子密度和径向、轴向电场等不再发生变化。     

空心阴极自脉冲放电的时空演化特性

本文利用圆筒形空心阴极放电结构,研究了自脉冲放电等离子体参量的时空演化特性。在气压为133 Pa的氩气环境下获得了稳定的自脉冲放电,同时将测量得到的极间电压作为输入电势,利用流体模型进行了空心阴极自脉冲放电的数值模拟研究。模拟得到了放电电流、电势、电子密度、电场和净电荷密度的时空分布特性。结果表明等离子体参量随时间成周期性变化。自脉冲现象为由孔外低电流、低径向电场强度、低电子密度、低净电荷密度放电模式向孔内高电流、高径向电场强度、高电子密度、高净电荷密度放电模式的一个往复转换的过程。自脉冲不同阶段放电模式的转换与平均电流有关。当自脉冲放电处于电流峰值时为具有较强空心阴极效应的正常辉光放电模式。自脉冲处于低电流时的放电模式与平均电流有关。当平均电流较低时,自脉冲放电在阳极和孔内阴极附近往复移动;此状态下瞬时电流最低值时放电处于汤生放电模式。当平均电流较高时,自脉冲放电在阴极孔口和孔内阴极附近往复移动;此状态下瞬时电流最低值时阴极附近的阴极鞘层基本形成。     

微空心阴极放电的初始放电过程研究

运用权重粒子和电荷分配等方法将系综蒙特卡罗模型改进为自洽蒙特卡罗模型,方便地实现粒子系统与电场的自洽作用,既能完整地记录所有带电粒子在某一时刻的具体位置、运动方向和能量,又能获得自洽电场随时间的演变过程。使用该模型对矩形微空心阴极放电进行仿真,仿真结果表明高气压下的初始放电是阴阳极间电场和空间电荷电场共同作用的结果,由于阴阳极间电场的驱动作用,空间电荷构成的虚阳极首先在阳极表面形成,然后向对阴极内部扩展。因此高气压微空心阴极放电的初始放电过程也符合虚阳极移动理论,空心阴极鞘层结构的形成是虚阳极移动和扩展的结果。     

空心阴极结构电子枪的初始放电过程研究

使用OOPIC Pro粒子模拟软件仿真和再现了空心阴极类结构的初始放电过程,得到了初始放电过程不同时刻的电子和离子的相空间分布规律以及电势分布规律。研究结果表明:空心阴极类结构的初始放电过程符合虚阳极移动理论,空心阴极效应的产生是虚阳极在阴极内部移动和扩展的结果。由于空心阴极电子枪结构中微孔的阻挡作用,虚阳极的移动和扩展过程在空心阴极电子枪中非常明显。     

持续放电对空心阴极电性能及腐蚀特性的影响

为验证空心阴极持续工作对阴极关键零件的腐蚀情况, 设计试验, 使得六硼化镧空心阴极进行额定工况点下的持续放电工作并监测其电参数。试验结束后对阴极组件进行破坏性拆解, 测量、拟合阴极关键零件腐蚀后的轮廓并与设计值进行对比, 最终确定持续放电对阴极关键零件磨损情况的影响, 最终为六硼化镧型阴极的设计改进提供依据。     

空心阴极放电稳定性试验研究

为研究空心阴极在起弧、稳态及熄弧等三个关键过程的放电特性从而改善地面测试试验中供电电源与空心阴极的匹配性,搭建了实验平台进行了试验研究,获得了这三个过程中阴极的典型伏安特性曲线。对阴极组件起弧及稳态工作过程进行监测,通过动态回路平衡方程确定了使用稳压稳流电源时系统的稳态工作点,并通过试验验证了空心阴极在不同流率点下放电特性的变化情况。最后对空心阴极熄弧过程的伏安特性进行了研究,通过拉偏测试试验确定了维持阴极自持放电的最小维持功率。结果表明:空心阴极与供电电源构成的系统具有两个工作点,阴极在起弧至稳态工作过程中将跨过首个工作点并最终稳定在在阻抗更小的工作点上。阴极的稳态工作伏安特性呈现为典型的负阻特性,适当增大气体流量和发射电流可以提升发射效率。维持LHC-5L型BLa₆阴极稳态放电所需最低输入功率为14 W,维持功率低于该值时空心阴极将熄弧。     

电池隔膜表面空心阴极等离子体接枝聚合研究

应用自制的空心阴极等离子体装置,引发丙烯酸在丙纶表面的接枝聚合,研究了等离子体接枝聚合作用机理,分析了等离子体接枝聚合各参数(放电功率、气体流量、丙烯酸蒸气流量、样品位置等)对聚合速率的影响。通过红外光谱、扫描电镜等对丙纶接枝聚合膜表面的化学组成和形态结构等进行了表征分析,证明了亲水基团的引入,改善了丙纶隔膜的亲水性能。     

He/Ar混合气体空心阴极放电特性的模拟研究

为了进一步揭示He/Ar混合气体中空心阴极放电机理, 利用流体模型模拟研究了He/Ar混合气体环境下空心阴极放电的放电特性, 模拟得到了电势、电子密度、He⁺和Ar⁺密度、电场强度的分布特性。本文特别对He/Ar混合气体环境下中He和Ar对新电子的产生机理, 即不同类型电离速率以及电压对电离机制的影响进行了研究。结果表明:整个放电区域分为阴极位降区和负辉区。阴极位降区内存在很强的径向电场, 较高的离子和电子密度差, 高电子平均能量。负辉区电场强度和平均电子能量很低, 电子和离子密度峰值位于负辉区。氩气的加入大大促进了放电的进行。虽然Ar原子所占比重只有5%, 但是氩气在放电过程中起着和氦气同等重要的作用。Ar的离子和亚稳态原子密度均高于He的离子和亚稳态原子密度, 同时, Ar⁺对二次电子发射影响要高于He⁺。随着电压的升高, 电子和离子密度升高, 阴极位降区径向电场强度和平均电子能量增加, 负辉区内径向电场和电子平均能量降低, 电离速率增高。氩气所参与的电离速率比重略微增加, 分步电离所占总的电离速率比重出现明显增加。     

内径20mm导向套筒内壁处理(1):空心阴极氩气放电特性研究

针对高端阀门内径20mm导向套内壁处理,采用高频高压脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对导向套空心阴极放电伏安特性的影响,并对工件间距及与阳极距离等放电结构进行了研究。结果表明:管内空心阴极放电需要一个稳定过程,脉冲电流随着时间的增加逐步降低,而后达到稳定放电阶段。提高脉冲电压或工作气压,管内空心阴极脉冲峰值电流增加。脉宽或频率的增加,脉冲峰值电流不变,但平均电流增加,且频率的增加使得激励时间减少。放电结构的分析表明,管间距的减少,放电电流变化不大,而管口与阳极之间距离的减少,使得放电峰值电流略有增加。以上研究结果为高端阀门小直径导向套等内壁薄膜制备提供了有效指导。     

衬底材料对空心阴极沉积氢化微晶硅薄膜的影响

本文中,我们采用空心阴极等离子体增强化学气相沉积(MHC-PECVD)在玻璃、表面溅射氧化铟锡(ITO)的玻璃(玻璃+ITO)以及表面溅射ITO的聚酰亚胺(PI+ITO)柔性衬底上沉积氢化微晶硅(μc-Si:H),研究不同衬底材料对微晶硅薄膜性质的影响。我们发现在PI+ITO衬底上沉积薄膜的结晶率(Xc)最小,且结晶率最大值时的温度依赖沉底材料:对于PI+ITO衬底来说,结晶率最大值时的温度为200℃,而对于玻璃和玻璃+ITO衬底来说,这个温度会在250℃~300℃之间浮动。我们认为PI+ITO衬底上薄膜较低的结晶率与其较高的热膨胀系数(CTE)以及小分子和气体的释放有关。     

HCD－1型空心阴极光源及其应用EI

记述了空心阴极放电光谱分析的基本原理，并且介绍了研制的ＨＣＤ－１型空心阴极组合供电光源的特点及在分析高温合金中微量杂质元素的应用。     

涂渗剂空心阴极放电离子渗硼的研究

本文对涂有相同渗硼膏剂的试样，分别采用空气炉、真空炉及真空空心阴极放电加热这三种不同的方法，进行了渗硼试验研究，初步得出２小时保温时间以下，空心阴极放电加热法渗速明显大于其余两种，并从物理及化学方面探讨了渗速提高的原因。     

热阴极辉光放电对金刚石膜沉积的影响

研究了在热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积金刚石膜过程中，热阴极辉光放电特性与金刚石膜沉积工艺的关系．结果表明，适当的阴极温度是保证大电流、高气压辉光放电的必要条件．阴极的温度影响辉光放电阴极位降区的放电性质．金刚石膜的沉积速率随着气体压力(16～20kPa)的升高而上升，在18.6kPa左右出现最高值，而阳极位降区电场强度的降低使膜品质下降．放电电流(8～12A)对沉积速率的影响与气体压力的影响具有相似的规律．     

电极结构对辉光放电着火电压的影响

用于微波传感的辉光管存在着火电压高的问题.本文研究了针形电极在几种电极结构下的辉光放电着火电压,电极结构分别为2针、3针和4针.在本实验的氩气压0.5～2.5 kPa范围内,几种电极结构下着火电压有明显的不同,在0.5kPa气压下着火电压差值最大(208 V).进行了电场计算,根据计算结果简要分析了着火电压变化行为.本...     

脉冲等离子体推力器放电电流测量

为测量脉冲等离子体推力器（PPT）工作时产生的冲击大电流,设计了一种基于Rogowski线圈的放电电流测量系统,并采用Pearson 5046电流互感器对其进行对比和校正。简要介绍了该测量系统的组成和原理,分析了相关参数的选取,实验表明,该系统方便实用,测量准确,对系统影响较小。