25356.大氣壓氮載氣微波等離子體炬的發(fā)射光譜診斷及其特性研究

1、碩士學(xué)位論文大氣壓氮載氣微波等離子體炬的發(fā)射光譜診斷及其特性研究OpticalEmissionSpectroscopicDiagnosisonAtmosphericpressureMicrowavePlasmaTorchwithNitrogenJ一●J11●J一’●●UarrlerIjasannltSL：haracterlStlCS學(xué)號：21102041大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士

2、學(xué)位論文摘要大氣壓波導(dǎo)基微波誘導(dǎo)等離子體不僅具有等離子體區(qū)域直徑大、工作氣體氣通量高、高密度和高耦合效率等優(yōu)點(diǎn)，而且無需使用昂貴復(fù)雜的真空設(shè)備，有效降低了設(shè)備投資和維護(hù)成本實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過中頻氬等離子體射流預(yù)電離的方式，在波導(dǎo)諧振腔中提供種子電子實(shí)現(xiàn)了微波等離子體的激勵，并采用旋轉(zhuǎn)氣流的注入方式在石英管中產(chǎn)生了穩(wěn)定的具有高濃度活性粒子的以氮為載氣的微波等離子體炬。我們首先通過考慮放電管的大小研

3、究了大氣壓波導(dǎo)基微波等離子體的放電機(jī)制，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)放電管在波導(dǎo)基大氣壓微波誘導(dǎo)等離子體炬中扮演很重要的角色。當(dāng)波導(dǎo)管寬壁上的孔徑的直徑與薄壁放電管的尺寸相等ro=R，等離子體等效的在具有一個確定的Q值的諧振腔中產(chǎn)生，此時等離子呈現(xiàn)等離子體炬形態(tài)。然而，如果波導(dǎo)管寬壁上的孔徑與薄壁放電管之間有一間隙存在roR，則將會激發(fā)波導(dǎo)基表面波等離子體，其耦合效率主要依賴放電管與波導(dǎo)孔徑之間的間隙。另外，我們對大氣壓波導(dǎo)基微波誘導(dǎo)N2舡等離子體炬進(jìn)行

4、了光譜診斷，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吸收功率和混合氣體比例對電子密度和氣體溫度的影響比較大，而對電子溫度幾乎沒有影響。電子密度和氣體溫度都會隨著功率增大而增加，而隨著混合氣體比例的增大電子密度增大氣體溫度卻逐漸減小；同時我們還對N2∞2∑，以2∑^第一負(fù)帶帶頭譜線和N原子的譜線進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)電子密度的增加會對N2的亞穩(wěn)態(tài)么3∑”和口門∑H蒼的生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，這些亞穩(wěn)態(tài)的增加又有助于N2的產(chǎn)生率上升，而N2是大量N原子的直接來源，因此可以通過增加吸

5、收功率和氣體混合比例獲得最大的氮原子的相對產(chǎn)生率。為了探索大氣壓等離子體滲氮的物理機(jī)制，進(jìn)一步優(yōu)化大氣壓微波等離子體滲氮技術(shù)，通過發(fā)射光譜對Nz／H2微波等離子體炬進(jìn)行了光譜診斷。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在等離子體體系中存在NH(33601rim)基團(tuán)和大量的N原子，NH(33601nm)基團(tuán)的強(qiáng)度隨著H2比例的增加逐漸增強(qiáng)，而H2的比例并沒有影響N原子的發(fā)射光譜強(qiáng)度，但是由于H2對氮分子的亞穩(wěn)態(tài)么3∑Ⅳ態(tài)有很強(qiáng)的淬滅作用，H2比例的增大，會使等離子體