空气条件下大体积均匀放电及其应用的研究.pdfVIP

第十一届全图石油和化学工业电气年会学术论文集 空气条件下大体积均匀放电及其应用的研究 程元震 西北化工研究院 陕西省西安市 710600 摘要·等离子体表面改性技术已经运用于生产实践中，在空气条件下产生等离子体对材料进行表面改性更加利于工业化生 产。本文主要论述了空气条件下大体积均匀放电的实现方法，并简单介绍了大体积均匀放电在实践中的应用。 关键词·空气条件下大体积均匀放电；辉光放电；等离子体：表面改性 0引言 近年来，空气条件下大体积放电的研究受到关注，这种放电有着广泛的工业应用前景，如材料处理、 有机物降解、灭菌消毒、放电光源以及臭氧生成等。 要想形成大体积的均匀放电，一般情况下只有辉光放电能达到大体积、均匀的要求。在空气条件下形成大 体积均匀的放电现象，有两个难点：一是如何在高气压下形成均匀的放电，另一个就是如何使辉光放电不 向火花放电或者电弧放电的转化。 相比于低气压下的辉光放电，大气压下辉光放电不需要真空密封系统，所以更是用于大规模的工业生 产。目前，已有运用大气压下大体积放电产生的等离子体对材料表面进行改性研究的相关报道…。 l空气条件下如何产生大体积均匀放电 所谓大气压辉光放电，一般是指在大气压下，电极之间均匀稳定地产生气体放电，它不一定具备低气 压下辉光放电的特征馏1。由于在大气压条件下，放电的维持电压很高，导致阴极位降和阴极附近电场强度 很大，能量密度也非常高，这样导致了辉光放电向火花放电或者电弧放电的转化。所以使电极附近的电流 密度小于临界值，就可以抑制辉光放电向火花放电的过渡∞’，产生大气条件下大体积的均匀放电现象。诸 多实验表明，通过设计和使用一些特殊的电极结构，即可实现这一目标。 2空气条件下大体积放电 根据放电所使用的激励电源，可以把空气条件下辉光放电分为直流辉光放电和交流辉光放电两种。依 照这样的思路，本文中从直流和交流辉光放电两方面的特殊电极分别阐述。 2．1 空气条件下直流辉光放电 相对于低气压的直流辉光放电，在空气条件下获得直流辉光放电的难度较大，技术也不是很成熟。主 要原因是由于气压的增大，电流密度迅速增大，阴极电位降随之增大，撞击阴极的正粒子能量增加，导致 阴极的温度增加，致使阴极随着热电离的程度增大发射出大量电子，从而形成正反馈，导致辉光放电向火 花放电或者电弧放电转化。图l为在流动空气下尖一板电极各种放电转化的电压电流特性曲线H1。 图l空气条件下尖一板电极放电电流电压特性曲线图 377 研究设计与应用 根据前面分析的结果，采用特殊的阴极结构来消除或改变阴极区电场的波动，从而抑制辉光放电向火 花放电或者电弧放电的过渡。目前，比较常用的几种阴极结构有等离子体阴极放电、美国Schonebach等 人研究的微空心阴极放电、多针串联电阻阴极放电等晡1。 等离子体阴极放电电路图如图2所示，使用等离子体的阴极为主放电提供电子源，避免了阴极使用金 属电极造成阴极区电场的波动。微空心阴极如图3所示，它利用许多微空心阴极作为第三个电极放电，可 以看成是许多等离子体阴极放电的联立，具有弥散效应，放电应该均匀，所以微空心阴极放电和等离子体 放电较为类似。 金一电饭 主 放 电 量放电 电 源 辱膏予体阴极 等离子体阴极电蠢 图2等离子体阴极放电 放电区