D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.06.009 第16卷第6期 北京科技大学学报 Vol.16 No.6 994年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1994 DCP丁一CVD等离子体炬通道中的电弧行为 李惠琪 钟国仿吕反修 杨让 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要运用电磁学和热流休学的方法研究了直流大阳极喷嘴长电弧通道等离子体炬中电弧的行 为，并通过实验证明了温度梯度与电场梯度作用于流休时所产生的特殊现象，结果表明：电孤弧柱 的高温效应剧烈排斥冷气流的混入，使CVD过程受到抑制.新产生的胶体粒子在热泳现象作用 下逐渐沉积于通道内壁上，改变不同气体的进气位置以及减小温度与电场梯度并增设径向旋转磁 场，可有效地解决上述问题. 关键词等离子体。等离子喷射设备，电弧。化学汽相沉积 中图分类号TF74893 Arc Action in Passage of DC PJ-CVD Plasma Torch Li Huiqi Zhong Guofang Lu Fanxiu Yang Rang Department of Materials Science and Engineering USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT Arc action in plasma torch with large anode nozzle and long arc passage has been researched by means of electromagnetism and hot fluid mechanics.It has been showed that the special phenomenon will emerg when temperature gradient and electric field gradient act on fluid.The results indicate that high temperature effect of arc column strongly prevents cold gas current from getting in.so as to restrain CVD process.Newly emerging colloidal particles deposit progressively on passage wall under the action of heatphoresis.Above men- tioned problems can be solved effectively by changing entrance positions of different gases,reducing gradients of temperature and electric field as well as adding radial circular magnetic field. KEY WORDS plasmas,plasma spraying apparatus,electrical arc.chemical vapour deposition 应用于切割、焊接、喷涂和熔炼等领域所采用的等离子体炬喷嘴直径一般都很小，并且 以低电压、大电流的方式工作，电路电阻热损大，电极烧蚀严重，不适于近几年迅速发展起 来的等离子体化学气相沉积，表面改性等新领域.这些新领域要求等离子体成分、温度均 匀，并且喷射截面积大.为适应直流等离子体喷射化学气相沉积(DCPJ一CVD)金刚石膜 的需要，我们研制了大喷射截面积的直流等离子体炬，并对其通道中的电弧行为进行了理论 上的探讨， 1993-04-20收稿 第一作者男40岁博士第 61 卷 第 6 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l州 年 12 月 Jo u rn a l o f U n i v e rs i ty o f s康nce a nd eT ch n o l o g y B e ji in g V d . 16 N o . 6 】) 沈 . 19 4 D C P J 一 C V D 等离 子体炬 通道 中的 电弧行 为 李 惠琪 钟 国仿 吕反修 杨 让 北京科 技大 学材 料科学 与工 程 系 , 北京 1仪X)8 3 摘要 运用 电磁 学和 热流 休学的 方法研究 了 直流大 阳 极 喷 嘴长 电 弧 通 道 等离 子体 炬 中 电 弧 的 行 为 , 并 通过 实验证 明了温度梯 度与 电场梯度作用 于 流体时所产生 的特 殊现 象 . 结果表 明: 电弧弧柱 的高温效应剧烈 排斥冷气流 的 混人 , 使 C V D 过程 受到抑 制 . 新 产 生的 胶 体粒 子在 热 泳现 象作 用 下 逐渐沉积于 通 道 内壁上 . 改 变不 同气体 的进 气位置以 及 减小温度与 电场 梯度并增设径 向旋转磁 场 , 可有效地解 决上 述 问题 . 关键词 等 离 子体 . 等 离子喷肘设备 , 电弧 , 化学汽 相 沉积 中图分类号 11于7 4 3 93 A I℃ A c t i o n i n P a s s a g e o f D C P J 一 C V D P l a s ma oT r e h L I l : ` i q i Z h 。 ; 9 G u ofa n g L u aF n x i u aY n g R a n g 氏P a rt rne t o f M a t e ir a l s S幼en ce a n d E n gi二ir n g US T B , eB ij i n g l (犯旧8 3 P R C A B S T R A C T 户J c a ct i o n i n P l a s ma ot r c l l iw t h l a gr e a n o d e n o 动 e a n d lo n g a cr P a s s a g e h a s 卜泥们 璐ea cr h ed b y mea ns o f el eC t l , o anr g n e t i s m a n d h o t fl u id n 篮￡1 1 a n i“ . I t h a s b en s h o we d ht a t th e s P面 a l P h e n o men o n w il} e ner gr w h e n t e m P e ar ut er g ar d ien t a n d el eC t ir e if el d g ar d ien t a ct o n fl u id . hT e esr ul st i n d i以 et t h a t h i g h t e m P e m t uer e伟沈t o f a cr co l u nr s tor n g l y P er ven st co kl g a s c u n ℃们 t ofr m g et t i n g i n , 5 0 a s t o 心 t ar i n C V』〕 P or 渭 5 . Ne iw y e仃 le gr i n g co l o id a l Pa irt c lo d e Po s it P or g esr s i v e l y o n P a s s a g e wa l un d e r th e a ct i o n o f h ea t P h o esr is . A b o ve men - ti o n ed Por b】e n 拐 以n b e s o l v ed e fl 饮 t i vel y b y hc a n g i n g e n t ar n ce P o s iti o ns o f d漩enr t g as es , l记 u nQ g g ar d ien st o f et m P e 皿t u er a n d e 】ce t ir c if e ld a s w e U a s a d d i n g ar d i a l e i r e u l a r anI g n e ti c if e l d . K E Y W O R I粥 Pl a s anr s , P l a s nar s P ar y i n g a P P a ar t us , e leC t ir 以1 a cr , ch e 而ca l v a P o u r d e P o s it i o n 应 用于 切 割 、 焊接 、 喷涂 和熔 炼等 领 域所 采用 的等 离 子体 炬喷 嘴直 径 一般 都很 小 , 并且 以低 电压 、 大 电流 的方 式工 作 , 电路 电阻 热损 大 , 电极 烧 蚀严 重 , 不 适于 近几 年迅 速发 展起 来 的等离 子体化 学 气相 沉 积 , 表 面改性 等 新 领域 . 这 些 新 领 域 要 求 等 离 子 体 成 分 、 温 度均 匀 , 并且 喷射截 面积大 . 为适 应直 流等 离子 体喷射 化学 气 相沉 积 ( L K二 PJ 一 C V D ) 金 刚石 膜 的需 要 , 我们研 制 了大 喷 射截 面 积 的直 流等 离 子体炬 , 并 对其 通道 中 的 电弧行 为进 行 了理论 卜的探讨 . ! 卯 3 一 以一 20 收 稿 第 一 作 者 男 40 岁 博士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 06. 009