1、等離子噴射技術(shù),本講總結(jié),等離子體的概念及其產(chǎn)生 等離子體燒結(jié)的原理及工藝 等離子體電弧切割的原理及方法,等離子體的基本概念,等離子體由美國物理學(xué)家郞謬爾(Irving Langmuir)首次命名,被稱為物質(zhì)的第四態(tài) 等離子體的組分:電子,正離子,中性粒子 印度物理學(xué)家沙哈(M.Saha)計(jì)算:宇宙中99.9%的物質(zhì)是等離子體狀態(tài),等離子體的基本概念,等離子體與氣體的區(qū)別 等離子體是導(dǎo)電流體而又整體上保持電中性 組成中帶電粒子間存在庫侖力 等離子體的運(yùn)動(dòng)行為受到電磁場的影響和制約 并非任何電離氣體都是等離子體。只要當(dāng)電離度大到一定程度，使帶電粒子密度達(dá)到所產(chǎn)生的空間電荷足以限制其自身運(yùn)動(dòng)時(shí)，這

2、樣的“電離氣體”才算轉(zhuǎn)變成等離子體。否則，體系中雖有少數(shù)粒子電離，仍不過是互不相關(guān)的各部分的簡單加和，而不具備作為物質(zhì)的第四態(tài)的典型性和特征，仍屬于氣態(tài)。,等離子體的基本概念,等離子體分類 高溫等離子體（熱等離子體）：壓力大于1.33104Pa時(shí)，氣體密度大，電子撞擊氣體分子，能量轉(zhuǎn)移，電子溫度和氣體溫度幾乎相等 低溫等離子體（冷等離子體）：壓力小于1.33104Pa時(shí)，氣體密度小，電子撞擊氣體概率小，氣體吸收電子的能量少，氣體溫度與電子溫度分離，電子溫度104K，氣體溫度102103K 氣體壓力越小，電子和氣體的溫差就越大,等離子體的基本概念,等離子體產(chǎn)生的方法:光照,燃燒,電場激發(fā),放射線

3、，與高溫介質(zhì)接觸等 分子 原子 電子+帶電的離子 等離子體的電離度,假定電子,離子和中性粒子的密度分別外ne,ni及na neni =ne/(ni+na) 1%,高溫等離子體,等離子體的基本概念,等離子體的表征方法 等離子體的密度ni或ne 等離子體的溫度 等離子體中的粒子碰撞問題 原子-原子 彈性碰撞 原子電離 原子-電子:原子電離 離子-電子:中性原子 離子-原子:電荷轉(zhuǎn)移 離子-離子:彈性碰撞,改變方向和速度 電子-電子,等離子放電燒結(jié),等離子體燒結(jié)技術(shù)SPS（Spark Plasma Sintering ）：在粉末間直接通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結(jié)，也被稱為等離子活化燒結(jié)或等離子體輔助燒結(jié)

4、 等離子體燒結(jié)發(fā)展始： 1930年，美國科學(xué)家提出利用等離子體脈沖燒結(jié)原理 1965年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)在美國和日本等國得到應(yīng)用 1988年，日本研制出第一臺(tái)工業(yè)型等離子體燒結(jié)裝置 1996年，日本組織了等離子體燒結(jié)研討會(huì)，每年召開一次 1998年，瑞典購進(jìn)等離子體燒結(jié)系統(tǒng)，對(duì)碳化物、氧化物及生物陶瓷等進(jìn)行較多研究工作 2006年6月武漢理工大學(xué)購置了國內(nèi)首臺(tái)等離子體燒結(jié)裝置，此后國內(nèi)多所高校及研究所相繼引進(jìn)該裝置，成為材料制備的全新技術(shù),等離子放電燒結(jié),等離子體放電燒結(jié)原理：機(jī)理尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí) SPS的制造商Sumitomo公司的M.Tokita最早提出放電等離子燒結(jié)的觀點(diǎn)：粉末顆粒微區(qū)存在電

5、場誘導(dǎo)的正負(fù)極，在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電，激發(fā)等離子體，由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分，使物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用，電能貯存在顆粒團(tuán)的介電層中，介電層發(fā)生間歇式快速放電,等離子放電燒結(jié),SPS等離子燒結(jié)機(jī)理示意圖,等離子放電燒結(jié),施加直流開關(guān)脈沖電流作用,等離子放電燒結(jié),由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場中反方向的高速流動(dòng)，可使粉末吸附的氣體逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上被擊穿，使粉末得以凈化、活化； 由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、高頻率發(fā)生，在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱，以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱，都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)

6、比通常熱壓條件下的要大得多，從而達(dá)到粉末燒結(jié)的快速化; ON- OFF快速脈沖的加入，使粉末內(nèi)的放電部位及焦耳發(fā)熱部件，都會(huì)快速移動(dòng)，使粉末的燒結(jié)能夠均勻化。使脈沖集中在晶粒結(jié)合處是SPS過程的一個(gè)特點(diǎn)。,等離子放電燒結(jié),特點(diǎn)： 非導(dǎo)電粉中難以有電流通過，因此SPS難以對(duì)非導(dǎo)電粉體的進(jìn)行燒結(jié) SPS過程中，顆粒之間放電時(shí)，會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生高達(dá)幾千度至上萬度的局部高溫，在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化，在顆粒接觸點(diǎn)形成頸部，由于熱量立即從發(fā)熱中心傳遞到顆粒表面和向四周擴(kuò)散，頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。 氣相物質(zhì)凝聚在頸部形成高于普通燒結(jié)方法的蒸發(fā)-凝固傳遞是SPS過程的另一個(gè)重要特點(diǎn)。 晶粒受脈沖電流

7、加熱和垂直單向壓力的作用，體擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散都得到加強(qiáng)，加速了燒結(jié)致密化過程，因此用較低的溫度和比較短的時(shí)間可得到高質(zhì)量的燒結(jié)體。SPS過程可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的結(jié)果。,等離子放電燒結(jié),放電等離子燒結(jié)的中間過程和現(xiàn)象十分復(fù)雜，科學(xué)家們對(duì)SPS的燒結(jié)過程建立了模型,非導(dǎo)電材料(Al2O3)SPS燒結(jié)時(shí)計(jì)算的溫度分布和熱流分布,溫度分布,熱流分布,等離子放電燒結(jié),導(dǎo)電粉體與非導(dǎo)電粉體粉末接觸點(diǎn)的計(jì)算溫度,非導(dǎo)電（Al2O3）和導(dǎo)電（Cu）材料計(jì)算的徑向溫度分布,等離子放電燒結(jié),等離子體燒結(jié)技術(shù)的適用范圍： 納米材料： 傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)、熱等靜壓等方法制備納米材料，很難保證晶粒的納

8、米尺寸，又達(dá)到完全致密的要求。利用SPS技術(shù)，因其加熱迅速，合成時(shí)間短，可明顯抑制晶粒粗化。利用SPS技術(shù)，因其加熱迅速，合成時(shí)間短，可明顯抑制晶粒粗化。 利用SPS能快速降溫這一特點(diǎn)來控制燒結(jié)過程的反應(yīng)歷程，避免一些不必要的反應(yīng)發(fā)生，這就可能使粉末中的缺陷和亞結(jié)構(gòu)在燒結(jié)后的塊體材料中得以保留，在更廣泛的意義上說，這一點(diǎn)有利于合成介穩(wěn)材料，特別有利于制備納米材料。,等離子放電燒結(jié),梯度功能材料： 梯度功能材料是一種組成在某個(gè)方向上梯度分布的復(fù)合材料，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。利用CVD ,PVD等方法制備梯度材料，成本很高，也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。通過SPS技術(shù)可以很好

9、地克服這一難點(diǎn)。 SPS可以制造陶瓷/金屬、聚合物/金屬以及其他耐熱梯度、耐磨梯度、硬度梯度、導(dǎo)電梯度、孔隙度梯度等材料。梯度層可到10多層，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)溫度的梯度分布。 電磁材料：采用SPS技術(shù)還可以制作SiGe，PbTe，BiTe，F(xiàn)eSi，CoSb3等體系的熱電轉(zhuǎn)化元件，以及廣泛用于電子領(lǐng)域的各種功能材料，如超導(dǎo)材料、磁性材料、靶材、介電材料、貯氫材料、形狀記憶材料、固體電池材料、光學(xué)材料等。,等離子放電燒結(jié),金屬間化合物：金屬間化合物具有常溫脆性和高熔點(diǎn)，因此制備或生產(chǎn)需要特殊的過程。利用熔化法（電火花熔化、電阻熔化、感應(yīng)熔化等）制備金屬間化合物往往需要高能量、真空系統(tǒng)，而且需要進(jìn)行對(duì)其二

10、次加工（鍛造）。利用SPS技術(shù)準(zhǔn)備金屬間化合物，因?yàn)橛行Ю昧祟w粒間的自發(fā)熱作用和表面活化作用，可實(shí)現(xiàn)低溫、快速燒結(jié)，所以SPS技術(shù)為制備金屬間化合物的一種有效方法。目前，利用SPS技術(shù)已制備的金屬間化合物體系有：Ti-Al體系、Mo-Si體系、Ni-Al體系等。 高致密度、細(xì)晶粒陶瓷和金屬陶瓷：在SPS過程中，樣品中每一個(gè)粉末顆粒及其相互間的空隙本身都可能是發(fā)熱源。用通常方法燒結(jié)時(shí)所必需的傳熱過程在SPS過程中可以忽略不計(jì)。因此燒結(jié)時(shí)間可以大為縮短，燒結(jié)溫度也明顯降低。對(duì)于制備高密度、細(xì)晶粒陶瓷，SPS是一種很有優(yōu)勢(shì)的燒結(jié)手段。,等離子放電燒結(jié),其他材料：SPS技術(shù)也已成功地應(yīng)用于金屬基復(fù)合

11、材料、非晶合金、生物材料、超導(dǎo)材料和多孔材料等各種新材料的制備，并獲得了較為優(yōu)異的性能。同時(shí)，SPS在硬質(zhì)合金的燒結(jié)，多層金屬粉末的同步連接（bonding）、陶瓷粉末和金屬粉末的連接以及固體-粉末-固體的連接方面也已有了廣泛的應(yīng)用。,等離子放電燒結(jié),等離子體放電燒結(jié)工藝,產(chǎn)生單軸向壓力 的加壓系統(tǒng),等離子體燒結(jié)設(shè)備一般組成,脈沖電流發(fā)生器,電阻加熱系統(tǒng),等離子放電燒結(jié),放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)示意圖,1.上電極 2.上壓頭 3.粉末 4.下壓頭 5.下電極 6.模具,等離子放電燒結(jié),特點(diǎn)：SPS利用直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)方法，通過調(diào)節(jié)脈沖直流電的大小控制升溫速率和燒結(jié)溫度。整個(gè)燒結(jié)過程

12、可在真空環(huán)境下進(jìn)行，也可在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。燒結(jié)過程中，脈沖電流直接通過上下壓頭和燒結(jié)粉體或石墨模具，因此加熱系統(tǒng)的熱容很小，升溫和傳熱速度快，從而使快速升溫?zé)Y(jié)成為可能 可用于短時(shí)間、低溫、高壓（500MPa1000MPa） 可用于低壓（20MPa30MPa）、高溫（10000C20000C） 致密度可以達(dá)到90%以上,等離子放電燒結(jié),等離子體燒結(jié)技術(shù)的工藝流程：在進(jìn)行具體的試驗(yàn)操作時(shí)，將試樣裝入石墨模具中，模具置于上下電極之間，通過油壓系統(tǒng)加壓，然后對(duì)腔體抽真空，達(dá)到要求的真空度后通入脈沖電流。脈沖電流直接施加于導(dǎo)電模具和樣品上，通過樣品及間隙的部分電流激活晶粒表面，在孔隙間局部放電，產(chǎn)生等

13、離子體，粉末顆粒表面被活化、發(fā)熱，同時(shí)，通過模具的部分電流加熱模具，使模具開始對(duì)試樣傳熱，試樣溫度升高，開始收縮，產(chǎn)生一定的密度，并隨著溫度的升高而增大，直至達(dá)到燒結(jié)溫度后收縮結(jié)束，致密度達(dá)到最大。,等離子放電燒結(jié),等離子體燒結(jié)工藝參數(shù)的控制： 燒結(jié)氣氛：燒結(jié)氣氛對(duì)樣品燒結(jié)的影響很大（真空燒結(jié)情況除外），合適的氣氛將有助于樣品的致密化 在氧氣氣氛下，由于氧被燒結(jié)物表面吸附或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)作用，使晶體表面形成正離子缺位型的非化學(xué)計(jì)量化合物，正離子空位增加，同時(shí)使閉口氣孔中的氧可直接進(jìn)入晶格，并沿表面進(jìn)行擴(kuò)散和燒結(jié)加速。當(dāng)燒結(jié)由正離子擴(kuò)散控制時(shí)，氧化氣氛或氧分壓較高并有利于正離子空位形成，促進(jìn)燒結(jié)；

14、由負(fù)離子擴(kuò)散控制時(shí)，還原氣氛或較低的氧分壓將導(dǎo)致氧離子空位產(chǎn)生并促進(jìn)燒結(jié)。 在氫氣氣氛下燒結(jié)樣品時(shí)，由于氫原子半徑很小，易于擴(kuò)散并有利于閉口氣孔的消除，氧化鋁等類型的材料于氫氣氣氛下燒結(jié)可得到接近于理論密度的燒結(jié)體樣品。,等離子放電燒結(jié),燒結(jié)溫度：燒結(jié)溫度是等離子快速燒結(jié)過程中一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)之一 燒結(jié)溫度的確定要考慮燒結(jié)體樣品在高溫下的相轉(zhuǎn)變、晶粒的生長速率、樣品的質(zhì)量要求以及樣品的密度要求。一般情況下，隨著燒結(jié)溫度的升高，試樣致密度整體呈上升趨勢(shì)，這說明燒結(jié)溫度對(duì)樣品致密度程度有明顯的影響，燒結(jié)溫度越高，燒結(jié)過程中物質(zhì)傳輸速度越快，樣品越容易密實(shí)。 但是，溫度越高，晶粒的生長速率就越快，其力

15、學(xué)性能就越差。而溫度太低，樣品的致密度就很低，質(zhì)量達(dá)不到要求。溫度與晶粒大小之間的矛盾在溫度的選擇上要求一個(gè)合適的參數(shù)。,等離子放電燒結(jié),保溫時(shí)間：延長燒結(jié)溫度下的保溫時(shí)間，一般都會(huì)不同程度地促進(jìn)燒結(jié)完成，完善樣品的顯微結(jié)構(gòu)，這對(duì)粘性流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)較為明顯，而對(duì)體積擴(kuò)散和表面擴(kuò)散機(jī)理的燒結(jié)影響較小。在燒結(jié)過程中，一般保溫僅1分鐘時(shí)，樣品的密度就達(dá)到理論密度的96.5%以上，隨著保溫時(shí)間的延長，樣品的致密度增大，但是變化范圍不是很大，說明保溫時(shí)間對(duì)樣品的致密度雖然有一定的影響，但是作用效果不是很明顯。但不合理地延長燒結(jié)溫度下的保溫時(shí)間，晶粒在此時(shí)間內(nèi)急劇長大，加劇二次重結(jié)晶作用，不利于樣品的性能

16、要求，而時(shí)間太短會(huì)引起樣品的致密化下降，因此需要選擇合適的保溫時(shí)間。,等離子放電燒結(jié),升溫速率：時(shí)間升溫速率的加快，使得樣品在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所要求的溫度，晶粒的生長時(shí)間會(huì)大大減少，這不僅有利于抑制晶粒的長大，得到大小均勻的細(xì)晶粒陶瓷，還能節(jié)約時(shí)間、節(jié)約能源以及提高燒結(jié)設(shè)備的利用率。但是，由于設(shè)備本身的限制，升溫速率過快對(duì)設(shè)備會(huì)造成破壞性影響。因此在可允許的范圍內(nèi)盡可能的的加快升溫速率。但是，在實(shí)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中反映到。與燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間不同，升溫速率對(duì)樣品致密度的影響顯示出相反的結(jié)果，即隨著升溫速率的增大，樣品致密度表現(xiàn)粗化逐漸下降的趨勢(shì)，有學(xué)者提出這是因?yàn)樵跓Y(jié)溫度附近升溫速率的提高相當(dāng)于

17、縮短了保溫時(shí)間，因而樣品致密度會(huì)有所下降。,等離子放電燒結(jié),在實(shí)際的高溫?zé)Y(jié)過程中，升溫過程一般分為三個(gè)階段，分別為從室溫至600左右、600至900左右、900至燒結(jié)溫度： 第一階段是準(zhǔn)備階段，升溫速率相對(duì)比較緩慢； 第二階段是可控的快速升溫階段，升溫速率一般控制在100500(/min)； 第三階段是升溫的緩沖階段，該階段溫度緩慢升至燒結(jié)溫度，保溫時(shí)間一般是17分鐘，保溫后隨爐冷卻，冷卻速率可達(dá)300/min。,等離子放電燒結(jié),壓力：壓力對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)為素坯成型壓力和燒結(jié)時(shí)的外壓力。從燒結(jié)和固相反應(yīng)機(jī)理容易理解，壓力越大，樣品中顆粒堆積就越緊密，相互的接觸點(diǎn)和接觸面積增大燒結(jié)被加速。

18、這樣能使樣品得到更好的致密度，并能有效的抑制晶粒長大和降低燒結(jié)溫度。因此選擇的壓力一般為3050MPa（實(shí)驗(yàn)允許的最大值）。不過有研究表明，當(dāng)燒結(jié)時(shí)外壓力為30MPa和50MPa時(shí)，樣品的致密度相差并不大，這說明致密度隨壓力增大的現(xiàn)象僅在一定范圍內(nèi)較為明顯 以上說明，燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、升溫速率構(gòu)成了影響燒結(jié)體微觀組織的主要因素。其中燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)燒結(jié)體微觀組織影響最為顯著，升溫速率次之，燒結(jié)過程中壓力對(duì)樣品的微觀組織的影響最小。,等離子體電弧,利用氣體放電方法,a. 密閉真空玻璃管,兩端安裝電極 b. OA段(非自持放電):增加電壓,電流無明顯增加,電流來自于宇宙射線和自然放射線引起的

19、粒子電離 c. AB段(自持放電):電流增加與電壓無關(guān),電子從電場獲得能量,與原子碰撞,產(chǎn)生二次電子,被電場加速,再發(fā)生新碰撞,使電流雪崩式增加 d. BC段(輝光放電):正離子被電場加速,撞擊陰極所至 e. CD段(電弧放電):電流增加,電離度急劇增加,DE段幾乎完全電離,等離子體電弧,分子溫度與電離度的關(guān)系 利用熱致電離方法,氫的電離度與溫度的關(guān)系,溫度低于0.5eV,電離度低溫度升高,電離度急劇升高,等離子弧及其發(fā)生器,電弧特性 英國化學(xué)家戴維(Humphry Davy)約于18101811年間,首次點(diǎn)燃并觀察了電弧,裝置組成:直流電流,兩個(gè)石墨電極,一個(gè)可變電阻,等離子弧及其發(fā)生器,弧

20、柱區(qū): 高溫:5000K-50000K 等離子體態(tài)物質(zhì),壓降均勻 電流:I=Ie+Ii Ie:電子電流 Ii:離子電流 電子速度遠(yuǎn)大于離子速度,Ie/I99.9% 陰極壓降：陰極表面堆積著大量從電弧中被電離出來的正離子形成 陽極壓降：陽極表面堆積著電弧中被電離出來的電子形成,電弧的電壓分布,等離子弧及其發(fā)生器,陰極區(qū) 熱發(fā)射型陰極: 高熔點(diǎn),高沸點(diǎn)材料如碳,鎢等材料 電子流依靠陰極加熱產(chǎn)生熱發(fā)射提供 電場發(fā)射型陰極: 熱發(fā)射不足以提供電子 陰極附近正離子過剩,產(chǎn)生正離子聚焦區(qū),寬度為10-610-7cm,場強(qiáng)可達(dá)107108V/cm 新的場強(qiáng)導(dǎo)致了場致發(fā)射 等離子型陰極 熱陰極材料,中等電流,

21、壓力較低 陰極前面有亮的球形區(qū)域,溫度可高達(dá)100000C 電流密度可高達(dá)104A/cm,等離子弧及其發(fā)生器,陽極區(qū) 正離子電流約點(diǎn)總電流的0.1% 電子流與陽極間產(chǎn)生陽極壓降,使電子被加速 加速電子與中性原子撞擊,產(chǎn)生陽離子 陽極區(qū)的寬度10-210-3cm 最小電壓原理 20世紀(jì)30年代,斯延倍克(Steenbeck)提出弧壓最小值原理:給定電流和邊界條件的情況下,穩(wěn)定電弧的載流區(qū)存在穩(wěn)定的弧柱半徑或溫度,使弧柱的電場強(qiáng)度最小,軸線式等離子發(fā)生器中的電弧,軸線式等離子發(fā)生器中的分流 分流是指弧柱與器壁之間或弧柱自身不同部位之間發(fā)生的不同程度的電擊穿現(xiàn)象,軸線式等離子發(fā)生器的結(jié)構(gòu),軸線式等離

22、子發(fā)生器中的電弧,電弧電壓的分析 U=UE+0l(t)E(l)dl U電弧電壓, UE陽極電壓和陰極電壓之和,E(l)電場強(qiáng)度,l(t)電弧的瞬間長度 3代表擊穿電壓U*沿z軸變化,氣流進(jìn)入弧室后,沿途受到電弧加熱,溫度升高,導(dǎo)致U*沿z軸方向遞減 當(dāng)E(l)為常量時(shí),電弧電位沿z軸方向呈直線狀態(tài)分布 假定端面O點(diǎn)為正極,器壁為負(fù)極 時(shí)間t1時(shí),瞬間電弧電位按曲線1分布,曲線上所有點(diǎn)電位小于U*,不能產(chǎn)生擊穿 時(shí)間t2時(shí),曲線2與U*產(chǎn)生交點(diǎn),構(gòu)成擊穿條件,產(chǎn)生擊穿,電弧ABE消失,新的電弧DEC形成 形成周期脈動(dòng),電弧的壓縮效應(yīng),機(jī)械壓縮效應(yīng): 當(dāng)弧柱電流增大時(shí),電弧的橫截面會(huì)增大,使能量密

23、度和溫度難以進(jìn)一步提高,如果使電弧通過一定孔徑的噴嘴,則弧柱受到孔道限制,無法任意擴(kuò)張,使弧柱的直徑小于孔道直徑,提高了弧柱的能量密度 兩個(gè)平板沿電弧平行方向放置后,平板間電弧電位梯度,隨板間距增加而減小;噴嘴直徑的變大導(dǎo)致電位梯度的減小 減小孔道直徑,增加孔徑長度都可以提高壓縮效果,使能量密度提高,電弧的壓縮效應(yīng),熱壓縮效應(yīng),也稱為流體壓縮效應(yīng): 對(duì)噴嘴進(jìn)行液體冷卻,使沿噴嘴壁流過的氣體不易被電離,形成一個(gè)套層,使電弧擴(kuò)張受到限制 直接用流體對(duì)電弧進(jìn)行壓縮 a)機(jī)械壓縮;b)旋轉(zhuǎn)氣流冷卻;c)徑向氣流冷卻;d)切向流水冷卻 自磁壓縮效應(yīng):把弧柱看成許多載流導(dǎo)線束,電流同向,導(dǎo)電束彼此吸引,形

24、成指向軸心的力場,稱為自磁壓縮 自磁壓縮效應(yīng)與電流平方成正比,電弧等離子體發(fā)生器基本結(jié)構(gòu),基本構(gòu)成:陰極,陽極,氣體 陰極與陽極間形成電弧 氣體流動(dòng)導(dǎo)致電弧的周期性跳動(dòng) 氣體流動(dòng)把高溫等離子體吹出形成等離子體射流,等離子弧切割,等離子弧切割方法 常規(guī)等離子弧切割:氣體主要為Ar(或Ar+H2),N2,熔化切割,切口寬度稍大,主要用于切割碳素鋼以外的金屬，切口會(huì)生成0.25-3.18mm厚的熔化層,但在惰性氣體中凝固,不改變切口化學(xué)成分,不影響金屬性能 空氣等離子弧切割:利用空氣作為切割氣體 優(yōu)點(diǎn)：氧氣與鐵發(fā)生反應(yīng)放出大量的熱,提高切割速度. 缺點(diǎn): 空氣中的氮溶入材料切口,氮?dú)饪椎闹饕獊碓?切割鋁材和不誘鋼時(shí),會(huì)在表面產(chǎn)生嚴(yán)重氧化 鎢極在高溫有氧條件下氧化速度極快,使用壽命以秒來計(jì)算,只能使用鋯,鉿或其合金電極,等離子弧切割,水射流等離子弧切割:靠水射流進(jìn)一步壓縮惰性氣體或氧氣等離子射流,來獲得高切割效率的方法,水的吸熱能力遠(yuǎn)大于氣體,產(chǎn)生更強(qiáng)的壓縮