Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Ввод материала в плазму может быть осуществлен двумя способами: вдоль оси индукционного разряда по направлению движения плазменного потока и за разрядной камерой под некоторым углом к плазменному потоку. При осевой подаче происходит более полная сфероидизации. Сфероидизации подвергаются окиси алюминия, кремния, циркония и чистые металлы. При сфероидизации тугоплавких материалов в качестве плазмообразующего газа используют высокоэитальпийиые плазмы азота и кислорода и их смеси с аргоном. Например, по данным работы
[16], для сфероидизации порошка окиси алюминия с исходным размером частиц 40—100 мкм оптимальной является смесь аргона и кислорода в объемном отношении 1:1. При мощности в разряде 7—8 кВт максимальная производительность составлиет 2—2,5 кг/ч.
В последние годы получил распространение метод плазменной плавки стекла. Уже длительное время известен способ получения стекла с низким содержанием примесей, использующий так называемый процесс Вернейля, в котором исходный порошок природной или синтетической двуокиси кремния сплавляется в пламени кислородно-водородной горелки в моноблок [24]. Недостаток способа заключается в присутствии в конечном продукте гидроксильных групп ОН, наличие которых объясняется использованием в данном процессе водорода. Присутствие гидроксильных групп существенно ухудшает спектральные характеристики стекла. Качество и свойства конечного продукта можно значительно улучшить, если применить в качестве источника нагрева индукционную плазму какого-либо нейтрального газа, например аргона или азота. В этом случае стекло не будет содержать гидроксильных групп и характеристики его будут высокими. В настоящее время созданы два типа установок для плавки стекла мощностью G0 кВт с частотой тока 5,28 МГц и 100 кВт с частотой тока 1,76 МГц.
Из процессов, связанных с испарением и конденсацией материала, можно отметить нанесение защитных покрытий, которые широко используются, например, в современной полупроводниковой
технике1. Применение индукционной плазмы для получения пленок методом конденсации из парообразной фазы дает возможность за короткий срок получить покрытие площадью несколько десятков квадратных сантиметров при минимальном давлении плазменного потока па образующуюся пленку. Нанесение защитной пленки двуокиси кремния на силовые полупроводниковые приборы осуществляется с помощью воздушной или аргоновой плазмы. Исходный материал в виде кварцевой трубы или стержня благодаря тепловому воздействию плазмы нагревается и испаряется. Образовавшиеся пары ЭЮг уносятся потоком плазмы и осаждаются на кремниевой пластине полупроводникового прибора, образуя прочную стекловидную пленку толщиной несколько микрон. Способом конденсации из парообразной фазы можно получить покрытия из различных материалов.
Рассмотрим еще одно применение индукционной плазмы — для целей спектрального анализа [11]. Сущность метода спектрального анализа заключается в том, что исследуемое вещество вводится в какой-либо источник возбуждения и возникающий спектр излучения или поглощения фотографируется. Полученная фотография анализируется, и в результате делается вывод о качественном и в некоторых случаях количественном содержании исследуемого вещества. К источнику возбуждения спектра предъявляются следующие требования:
1) высокой температуры, достаточной для обнаружения элементов с высокими потенциалами возбуждения;
2) возможности регулирования температуры в соответствии с положением максимума функции возбуждения анализируемой спектральной линии;
3) высокой стабильности, что особенно важно при количественном анализе;
4) чистоты зоны возбуждения, в которую вводится анализируемое вещество.
Очевидно, этим требованиям может удовлетворить источник возбуждения, в котором используется индукционная плазма.
Индукционная плазма имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными источниками возбуждения: пламенами и электрической искрой. В качестве источника питания индукционного плазматрона для целей спектроскопии используются генераторы мощностью 1—5 кВт с частотой тока 3—40 МГц. Плазматрон изготавливается из кварцевой трубки диаметром около 30 мм. Ввод плазмообразующего газа может быть как тангенциальный, так и осевой. Анализируемое вещество вводится в виде аэрозоли с помощью кварцевой трубки небольшого диаметра, расположенной по оси плазматрона. Английской фирмой «Редайн» и другими выпускаются промышленные высокочастотные установки для спектрального анализа в индукционном разряде.
Индукционная плазма является мощным источником светового излучения. Выше было сказано, что излучение может составлять до 40% мощности плазмы. Это обстоятельство позволяет использовать индукционную плазму как эффективный источник высоконнтенснвного света. Спектральный состав излучения
1 Авт. сбнд. 217652,
2$
зависит от рода плазмообраэующего газа. Так, спектр разряда в ксеноне близок к спектру солнца. Благодаря этому обстоятельству индукционный разряд в ксеноне можно использовать в качестве стабильного имитатора солнечного излучения в исследовательских целях. Отечественной промышленностью были выпущены образцы индукционной ксеноновой лампы типа ВКсШ-10000 мощностью 10 кВт. Такие лампы стабильно работают длительное время без изменения характеристик излучения. В этом их существенное преимущсспю по сравнению с дуговыми лампами.
