高频感应热等离子体中粉末颗粒的运动行为研究

建立了高频电感耦合等离子体炬的二维轴对称模型,利用商用软件FLUENT对钛粉颗粒在纯氩热等离子体内的运动轨迹进行了模拟,研究了前驱体粒径及载气流量的变化对粉末颗粒受力过程的影响。研究结果表明,粒径小的颗粒受炬内回流作用的影响较大,颗粒运动轨迹杂乱,而粒径大的颗粒受回流的影响则很小;降低载气流量可以使钛粉的受热更加充分,使得更多的颗粒被加热至熔化,可提高粉末的球化率。     

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对感应耦合氩气热等离子体的速度分布特性以及各操作参数对等离子体速度分布的影响进行了细致的研究。研究结果表明,与直流电弧热等离子体相比,感应耦合热等离子体速度小,弧流集中,速度峰值出现在等离子体炬下游,在线圈段上游出现明显的回流现象。此外,送气流量、感应电流等操作参数对等离子体速度分布有明显影响。研究结果可为等离子体球化粉末颗粒及其他应用提供理论指导。     

射频感应等离子体制备球形钛粉的成分分析

射频等离子体制备球形钛粉技术是利用等离子体炬产生的高温热将形状不规则的钛粉快速熔融成液滴,随后急冷,冻结成球形钛粉。通过射频等离子体球化处理前后的钛粉的粒度与粒径分布的测试表明,钛粉经过球化处理后,平均粒度基本上没有改变,而粒径分布相对变窄。实验通过随机对球化处理的钛粉进行X射线衍射谱检测,发现最终获得的球形钛粉没有物质结构和相的变化。C,O,H和N的含量有所降低,而Ti的含量略有所增加,可见射频等离子体的球化处理有一定的纯化作用。

     

射频感应等离子体制备球形钛粉的成分分析

射频等离子体制备球形钛粉技术是利用等离子体炬产生的高温热将形状不规则的钛粉快速熔融成液滴,随后急冷,冻结成球形钛粉。通过射频等离子体球化处理前后的钛粉的粒度与粒径分布的测试表明,钛粉经过球化处理后,平均粒度基本上没有改变,而粒径分布相对变窄。实验通过随机对球化处理的钛粉进行X射线衍射谱检测,发现最终获得的球形钛粉没有物质结构和相的变化。C,O,H和N的含量有所降低,而Ti的含量略有所增加,可见射频等离子体的球化处理有一定的纯化作用。     

射频感应等离子体制备球形氧化铝的工艺研究

采用射频(RF)感应等离子体对颗粒形状不规则的氧化铝粉作球化处理,当氧化铝以极短暂时间快速穿越射频等离子体炬时,颗粒因受热而熔化成液滴,快速冷却,形成球形固态颗粒。应用单因素法讨论射频等离子体制备球形氧化铝的工艺参数,研究了制备过程中相关的中气流量、抽风负压、送粉速度和分散方式等主要工艺参数对球形氧化铝粉的影响。用电子扫描显微镜(SEM)观测评估球化效果,测定松装密度和振实密度。     

射频感应等离子体制备球形氧化铝的工艺研究

采用射频（RF）感应等离子体对颗粒形状不规则的氧化铝粉作球化处理,当氧化铝以极短暂时间快速穿越射频等离子体炬时,颗粒因受热而熔化成液滴,快速冷却,形成球形固态颗粒。应用单因素法讨论射频等离子体制备球形氧化铝的工艺参数,研究了制备过程中相关的中气流量、抽风负压、送粉速度和分散方式等主要工艺参数对球形氧化铝粉的影响。用电子扫描显微镜（SEM）观测评估球化效果,测定松装密度和振实密度。     

小型矩管ICP-AES研究(Ⅲ)——易电离元素Na对Ca的干扰

本文研究了自制小型炬管[1]中,易电离元素Na对钙原子线Ca422.67nm及钙离子线Ca396.85nm的干扰。试验了在不同观察高度处,钠的浓度、等离子体功率及载气流量对干扰作用的影响。其电离干扰特性与常规炬管相似。     

等离子体反应器中传热与流动的三维数值模拟

本文采用我们新发展的三维计算机程序,对有载气和颗粒从单个喷孔侧向喷射的等离子体反应器中的传热与流动以及颗粒的运动轨迹与加热历程进行了三维数值模拟,并与相应的二维数值模拟结果进行了比较。模拟结果表明侧向喷入的载气所引起的三维流动效应相当明显,不同的颗粒在反应器内的运动轨迹与加热历程也有明显差别。     

层流等离子体制备球形氧化铝粉末的实验研究

为研究非转移弧层流等离子体制备面向新材料领域的μm级球形氧化铝粉末的能力,使用自制的非转移弧分段式阳极层流等离子体球化设备,以载气送粉的方式,对η相的不规则μm级三氧化二铝粉末进行等离子体球化处理,并采用均匀设计法,研究等离子体发生器和送粉器不同的工作参数对氧化铝粉末球化率的影响规律。结果表明,实验所采用的直流非转移弧层流等离子体发生器能有效制备球化率接近100%的高球化率球形氧化铝粉末。实验发现,高球化率、高分散性和粒径大小均匀的球形氧化铝粉末可在不同工艺参数组合下制备,并证明了采用非转移弧分段式阳极层流等离子体发生器可实现较低功率下制备较高球化率球形氧化铝的可行性。实验还通过XRD与PDF卡片索引技术对球化前后的氧化铝粉末进行了物相定性分析,发现η相的氧化铝粉末经射流作用转化成了Corundum型的氧化铝粉末。     

射频感应等离子体制备球形钛粉的工艺研究

采用单因素法对制备球形钛粉的工艺进行研究,通过控制和调节射频等离子体工作的阳极电流与电压、中气流量、边气流量、粉体携带气流量、抽风负压和钛粉送粉速率等参数,以获得制备球形度较佳的钛粉工艺参数。通过射频感应等离子体对粒度为(17.02.0) m的钛粉球化处理研究,制备出球形度好、球化率高、表面粗糙度低的钛粉,钛粉球化率随着抽风负压增加而增加,当抽风负压大于1 800 Pa时,钛粉的球化率随着抽风负压的增大迅速降低;同样钛粉球化率也随着钛粉送粉速率增加而增加,当钛粉送粉速率大于90.0 g/min时,钛粉的球化率随着钛粉送粉速率的增大而迅速降低。     

反向载气注入下等离子体反应器二维数值模拟

本文对有反向载气注入条件下等离子体反应器内的传热与流动特性进行了二维数值模拟.数值计算结果表明,由于反向载气的注入,在等离子体发生器喷嘴出口与载气喷口之间的空间区域会形成一个滞止层,而且该滞止层的位置随着反向注入的载气速度(流量)的增加向等离子体发生器出口移动,数值模拟结果与实验观察结果定性一致.     

Influence of carrier gas H_2 flow rate on quality of p-type GaN epilayer grown and annealed at lower temperatures

In this work, we study the influence of carrier gas H_2 flow rate on the quality of p-type GaN grown and annealed at lower temperatures. It is found that the concentration of H atoms in Mg-doped GaN epilayer can effectively decrease with appropriately reducing the carrier gas H_2 flow rate, and a high-quality p-type GaN layer could be obtained at a comparatively low annealing temperature by reducing the carrier gas H_2 flow rate. Meanwhile, it is found that the intensity and wavelength of DAP peak are changed as the annealing temperature varies, which shows that the thermal annealing has a remarkable effect not only on the activation of acceptors but also on the compensation donors.     

等离子体对含硼两相流扩散燃烧特性的影响

为排除来流空气对含硼燃气的掺混效应, 研究等离子体对含硼富燃料推进剂在补燃室二次燃烧过程的影响, 建立了含硼两相流平行进气扩散燃烧物理模型. 利用高速摄影仪拍摄了含硼燃气在补燃室二次燃烧的火焰图像, 分析了该物理模型的扩散燃烧特性和硼颗粒的二次点火距离. 采用硼颗粒的King点火模型、有限速度/涡耗散模型、颗粒轨道模型和RNG k-ε模型以及等离子体模型, 模拟了一定条件下等离子体对含硼两相流扩散燃烧过程的影响. 结果表明, 依据含硼燃气二次燃烧图像得到的硼颗粒二次点火距离, 与数值模拟结果基本一致, 保证了该物理模型和计算方法的可靠性. 含硼两相流经过等离子体区域后, 硼颗粒在运动轨迹上颗粒温度明显增加, 颗粒直径明显减小, B₂O₃的质量分数分布区域明显扩增, 70%的硼颗粒在到达补燃室2/3尺寸前燃烧效率已达到100%, 硼颗粒充分燃烧释放出更多热量导致中心流线区域温度增加近1/2, 可见等离子体可以明显强化含硼两相流的燃烧过程, 提高硼颗粒的燃烧效率.     

4H-SiC同质外延生长Grove模型研究

本文通过对4H-SiC同质外延化学反应和生长条件的分析,建立了4H-SiC同质外延生长的Grove模型,并结合实验结果进行了分析和验证.通过理论分析和实验验证,得到了外延中氢气载气流量和生长温度对4H-SiC同质外延生长速率的影响.研究表明:外延生长速率在衬底直径上为碗型分布,中心的生长速率略低于边缘的生长速率;随着载气流量的增大,生长速率由输运控制转变为反应速率控制,生长速率先增大而后逐渐降低;载气流量的增加,会使高温区会发生漂移,生长速率的理论值和实验出现一定的偏移;随着外延生长温度的升高,化学反应速率和气相转移系数都会增大,提高了外延速率;温度对外延反应速率的影响远大于对生长质量输运的影响,当温度过分升高后,外延生长会进入质量控制区;但过高的生长温度导致源气体在生长区边缘发生反应,生成固体粒子,使实际参与外延生长的粒子数减少,降低了生长速率,且固体粒子会有一定的概率落在外延层上,严重影响外延层的质量.通过调节氢气流量,衬底旋转速度和生长温度,可以有效的控制外延的生长速度和厚度的均匀性.     

Simulation of nanoparticle coagulation in radio-frequency capacitively coupled C_2H_2 discharges

A self-consistent fluid model is employed to investigate the coagulation stage of nanoparticle formation, growth,charging, and transport in a radio-frequency capacitively coupled parallel-plate acetylene(C2H2) discharge. In our simulation, the distribution of neutral species across the electrode gap is determined by mass continuity, momentum balance, and energy balance equations. Since a thermal gradient in the gas temperature induced by the flow of the neutral gas, a careful study of the thermophoretic force on the spatial distribution of the nanoparticle density profiles is indispensable. In the present paper, we mainly focus on the influences of the gas flow rate, voltage, and gas pressure on the spatial distribution of the nanoparticle density. It appears that the resulting density profile of the 10-nm particles experiences a significant shift towards the upper showerhead electrode once the neutral equations are applied, and a serious shift is observed when increasing the gas flow rate. Thus, the flow of neutral gas can strongly influence the spatial distribution of the particles in the plasma.     

Effects of Central Argon Flow Rate on Characteristics of Inductively Coupled Plasma

In an inductively coupled plasma [ICP], the flow rate of carrier gas is one of the most significant parameters, while those of coolant and plasma less affect the analytical sensitivity. A sample solution nebulized and transported with the carrier gas passes through the hole, which possesses a lower temperature than the surrounding plasma doughnut^1,2. The increase of the nebulizing gas flow rate provides more sample introduction amounts, but the residence time of analyte atoms in the plasma becomes short, which causes the     

大气微波等离子体射流处理H2S废气

利用大气微波等离子体射流(MPJ)技术对H2S气体进行了处理研究。考察了温度、微波功率、载气(Ar)流量及气源总流量对H2S分解效率的影响。实验结果表明,为了有利于H2S的处理,必须将温度控制在一定范围之内;随着微波功率和载气流量的增加,H2S分解率均是先增加后减小;随着气源总流量的增加,H2S分解率逐渐降低。当H2S与Ar气体流量比达到10∶90,总流量为1000 mL/min,微波功率为1000 W时,H2S的分解率达到最佳值91.32%。对处理后得到的固体物质进行拉曼（Raman）光谱和X射线衍射分析（XRD）分析,结果表明回收得到的固体物质为纯度极高的硫。     

Numerical analysis of nitrogen-mixed argon plasma characteristicsand injected particle behavior in an ICP torch for ultrafine powdersynthesis

A numerical model is presented for the analysis of plasma characteristics of an ICP torch and gas mixing effects on the plasma when a nitrogen gas is added into the argon plasma as a carrier or sheath gas at the torch inlet, The fluid equations describing the plasma flow and temperature fields and the diffusions between two different gases are solved along with a magnetic vector potential equation for electromagnetic fields. The trajectory and the temperature change with time for a particle injected into the plasma are also investigated by a plasma-particle interaction model to find out optimum injection conditions for the synthesis of ultrafine nitride ceramic powders, It is found from the calculations that the nitrogen-mixed argon plasma with a nitrogen sheath gas is more favorable than the plasma with a nitrogen carrier gas for the reaction kinetics of nitride synthesis. It is also found that the radial injection through the holes of the tube wall Is preferable to the axial injection at the torch inlet for the complete evaporation of injected particle and the effective chemical reaction of reactant vapor with nitrogen. For the radial injection in an ICP torch of 20 cm in axial length, the optimum injection locations and initial velocities of 50 μm aluminum particles are found for synthesizing aluminum nitride are in the range of 6~12 cm apart from the torch inlet and over 15 m/s, respectively     

ICP-AES分析信号的变动——Ⅱ.观测高度和冷却气的影响

本文使用多道ICP发射光谱仪研究了观测高度和冷却气流速对7条物理特性差异很大的谱线信号间的相关性的影响。结果表明,载气流速的大小影响观测高度和各谱线信号间的相关性;冷却气流速大小对相关性似乎也有一定的影响。本实验似乎还表明,就用一条内标线提高具有不同特性谱线测定精度而言,最佳测定条件应是低载气流速、低冷却气流速,稍偏低的观测高度。