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常压非平衡等离子体渗扩及纳米粉制备的原理和技术

朱新河

  常压气体放电非平衡等离子体技术是等离子体技术的前沿研究问题,本文首先对常压非平衡等离子体的研究现状进行了综述,提出了需要重点研究的问题。然后结合学科的特点,进行了常压非平衡等离子体的应用研究。研究极端工作条件下金属表面的减摩抗磨措施是本学科的任务之一,而对金属表面进行表面渗扩处理和向润滑油中加入添加剂是最常用的减摩抗磨措施。为此,研究了常压非平衡等离子体在金属材料表面渗扩处理中的应用,提出了金属表面常压非平衡等离子体渗扩的原理和技术; 其次,研究了常压非平衡等离子体在纳米粉体材料制备中的应用,为润滑油纳米添加剂的制备提出了新的制备方法。论文的主要成果和结论如下: 1.研制了常压非平衡等离子体实验系统,并对实验系统进行了优化。2.采用常压非平衡等离子体进行了金属表面的渗扩处理和纳米粉体材料的制备研究,提出了相应的技术原理。实验结果表明所提出的技术原理是可行的,这种常压非平衡等离子体技术突破了现行常规非平衡等离子体技术中的真空限制,具有更大的实用价值。3.在常压下采用介质阻挡放电和介质阻挡强放电可产生非平衡等离子体,并可用于渗氮处理和TiO2 纳米粉的制备。渗氮处理后的金属表面具有表面硬度高,耐磨性和抗咬合能力好的特点。由于介质阻挡丝状放电具有更大的电场强度,放电气体等离子体中的离子、活性原子等的浓度高,电子能量大,因此,在纳米粉体材料制备中,制备效率和收集效果更好。4.利用发射光谱诊断方法发现常压非平衡等离子体渗氮的关键是气体(渗扩介质)放电时产生的常压非平衡等离子体中含有高能态的NH 分子、N_2~+分子离子( B~2 ∑_u~+)等活性粒子,这些粒(离)子与金属表面相互作用,不仅增加了表面活性,而且通过与金属表面及与电子的碰撞,生成活性氮原子,活性氮原子被金属表面吸收,在“粒(离)子锤”效应的作用下实现向金属内部渗扩,从而实现常压非平衡等离子体渗氮。5.利用常压气体放电非平衡等离子体实现了纳米粉体材料(TiO_2)的制备。实验结果表明:采用常压非平衡等离子体制备纳米粉体材料可以降低制备温度(如可在80℃进行),加速反应的进行,制备工艺和设备简单,并且可实现连续生产等,为低成本、高效率制备纳米粉体材料提供了新的途径。在现有的实验室条件下,……   
[关键词]:常压非平衡等离子体;等离子体技术;介质阻挡放电;等离子体渗氮;纳米粉制备
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连海事大学2002年