等离子技术及其在碳硫分析仪器中的应用.doc

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1、等离子技术及其在碳硫分析仪器中的应用一、等离子技术利用等离子体获得高温热源的一项技术。在化学工业中，利用等离子技术能实现一系列的反应过程。等离子体是指处于电离状态的气态物质，其中带负电荷的粒子（电子、负离子）数等于带正电荷的粒子（正离子）数。通常与物质固态、液态和气态并列，称为物质第四态。通过气体放电或加热的办法，从外界获得足够能量，使气体分子或原子中轨道所束缚的电子变为自由电子，便可形成等离子体。　　沿革等离子体在化学工业中的真正应用是在20世纪50年代以后。联邦德国赫斯和赫司特化工厂于50年代成功地从甲烷和其他烃类在氢等离子体中热解制取乙炔。此后，美国、苏联和日本都相应地建造了等

2、离子体制乙炔的实验工厂。此法流程简单，对原料适应性强，但电耗偏高，限制了它的大规模推广。60年代，美国离子弧公司以锆英砂为原料在直流电弧等离子体中一步裂解制备氧化锆。70年代末，中国以硼砂和尿素为原料，在直流电弧等离子体中制备高纯六方氮化硼粉，该法具有产品纯度高、成本低、工艺流程简单等优点。此外，还可利用等离子技术生产二氧化钛。主要特点：①等离子体中具有正、负离子，可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反应发生。②由于任何气态物质均能形成等离子体,所以很容易调整反应系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还原气氛或中性气氛。③等离子体本身是一种

3、良导体，所以能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动，这有利于化工过程的控制。④热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反应环境。温度为104～105℃的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源。它不仅可以用来大幅度地提高反应速率，而且还可借以产生常温条件下不可能发生的化学反应。此外，热等离子体中的高温辐射能引起某些光电反应。应用：①以热等离子体制备乙炔、硝酸、联氨和炭黑等产品。①用热等离子技术合成高温碳化物、氮化物和硼化物,如碳化钨、氮化钛等。②用热等离子技术制备超细粉末,如0.01～1μm的三氧化二铝、二氧化硅和氮化硅粉末。④冷等离子体中的聚合薄膜的形成或清洗，如半导体工业中的氧

4、化硅膜。⑤在冷等离子体中实现材料表面改性，如离子氮化、渗碳等工艺。二、为什么碳硫分析中应用高频等离子弧?1、等离子弧的概念：自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。（1）机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。(2)热压缩效应——当通入一定压力和流量的氧气时，气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。(3)电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使

5、孤柱进一步收缩。(4)电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。2、等离子弧的特性　　等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显；增大的缘故。因此，等离子弧主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，等离子弧的静特性曲线接近U形。与自由电弧比较最大区别是电弧电压比自由电弧高。此外，在小电流时，自由电弧静特性为陡降(负阻特性)的，易与电源外特性曲线相切，使电弧失稳。而等离子弧则为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作，经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高，稳定性更好。二、等离子技术的应用它

6、的用途非常广泛．从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、航天、能源、等方面，它都有非常重要的应用价值．一个重要的研究是高温等离子体和受控热核聚变反应：如果用物质中最轻的元素，如氢的同位素氘，形成一个摄氏几千万度的高温等离子体，那么，这些原子核会发生核反应．结果会放出巨大的能量，科学家称它为热核聚变反应．氢弹就是这样一个爆炸性的热核聚变反应．但人类希望有一个慢慢放出能量并可以发电的热核聚变反应，建造一个“人造小太阳”，然而，这个目标至今尚未实现。目前我们身边的等离子技术应用如等离子彩电显像技术、等离子电弧焊技术、等离子体火箭发动机技术、等离子直读光谱技术、离子色谱技术等。      

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