气体放电现象及其应用.pdfVIP

学园 IXUEYUAN 2015年 第4期 气体放电现象及其应用 陈 晶 黑龙江省科学技术馆 许建平 黑龙江工程学院材料与化学工程学院 【摘 要 】气体放电是一种重要的放电现象，广泛地存在于人们的日常生活中，并且在工业中获得了广泛地应用，研究 气体放电对于认识和了解科技发展水平具有重要的意义。本文阐述了气体放电的产生条件和气体放电等离子体的特性，并且 介绍了气体放电的典型的应用领域。 【关键词】气体放电 辉光放电 电弧放电 【中图分类号 】TN13 【文献标识码】A 【文章编号 】1674—4810(2015)04—0196—01 众所周知，对气体施加一定的电压后，气体会发生放电 作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；根据工作气压的高低分 现象，也就是说气体发生导电，不具有绝缘的特性，此时形 为低气压放电、高气压放电和超高压气体放电；此外，还可以 成了等离子体。气体放电被广泛地应用于科学研究和工业 根据气体的种类进行分类。而能够稳定存在的气体放电等离子 中，同时，气体放电在人们的日常生活中也广泛地存在，例 体主要是辉光放电等离子体和弧光放电等离子体，并且这两种 如闪电、日光灯等。因此，研究和认识气体放电对于了锵当 等离子体在科学研究和工业中获得了深入研究和广泛应用。 今的科学技术发展水平具有重要意义。 二 辉光放电及其应用 一 气体放电的产生条件 辉光放电是气体放电现象中的一种重要形式，放电时呈 目前世界上的物质存在四种状态，即固体、液体、气体 现出光辉。辉光放电可分为亚辉光放电、正常辉光放电和异 以及等离子体，其中等离子体是通过气体放 电产生的，因此 常辉光放电三种类型。 等离子体又称为气体放电等离子体。 在圆形玻璃管两端的两平板电极之间通入适当流量的 通过一定的物理机制使气体原子或分子失去一个或多 气体，使得电极之间的气压保持几百帕，当电极之间的电压 个电子而形成的气体媒质称为电离气体。当在两个电极之间 增加到击穿电压Vs时，气体击穿，电流开始迅速增长，在 施加外部电场时，通过电场提供能量产生电离气体 (气体成 外电路电阻的限流作用下，放电稳定在辉光放电区，此时整 分包括：离子、电子、中性原子)，其中的带电粒子在电极 个放电管呈现明暗相间的分布。这种放电等离子体在宏观上 定向流动时形成电流，这种现象称之为气体放电现象。 具有 电压较高、电流较低的电压一电流特性。 气压击穿条件。气体放电一般分为两大类，非 自持放电 辉光放电是一种稳定的气体放电形式，因此它在科学研 和 自持放电。气体放电从非 自持过渡到 自持的现象，称之为 究和工业中获得了广泛的应用。大家所熟悉的白色光的日光 气体的击穿，它是气体放电产生等离子体的基础。 灯就是辉光放电的应用，而最为典型和成熟的工业应用是磁 非 自持放电是指存在外在电离源的条件下放电才能维 控溅射真空镀膜工艺，如材料表面处理、微电子、光学薄膜 持的现象。如用紫外光照射放电管，管内气体就可产生少量 等。通过辉光放电产生等离子体，利用等离子体的离子 (氩 的带电粒子数，当电极上施加某一电压时，电极之间的带电 离子)轰击靶材，产生靶材原子和离子，同时在一定工艺下 粒子形成电流，即产生了气体放电现象。若去掉外电离源， 沉积至基体表面，进而形成所需要的薄膜。磁控溅射可以在工 由于无带电粒子，电极之间无电流，气体放电消失。自持放 具表面沉积TiN金属陶瓷涂层，使得刀具使用寿命显著提高。 电是指去掉外加电离源时放电仍能维持的现象，气体放电的