·550· 北京科技大学学报 1994年No.6 缘性，因此这类气体应在阳极喷嘴附近加人， 2.4电弧的电磁特性 设弧柱半径为R,弧电流为！，可把电弧看成由无数小股平行的电流所组成，则每一小股 电流都受到一个洛仑兹力∫，它是由各股电流的感应磁场作用于该股电流所形成的·由力的方 向可知各股电流互相吸引，产生自磁压缩效应，这表现为产生一个作用于电弧的附加压力 △P: ap=多 (10) 式中为真空中的磁导率，由式(10)可知电流强度越大，则附加压力越大，这使电弧直径有缩小的趋 势，使电弧中心电导增加并对中性原子起排斥作用.由此可见，自磁压缩效应对需要产生大面 积均匀等离子体的化学气相沉积不利，实验中一方面通过增加通道直径和放电电压，减小放 电电流来直接降低自磁压缩的影响，另一方面通过施加轴向磁场来缓解下述附加压力，轴向 磁场通过与螺旋前进的电子、离子的作用，使它们各自绕磁力线作半径不同、方向相反的拉莫 尔运动，从而起到磁搅拌作用， 3结论 (I)提高等离子体炬的工作电压、减小工作电流、降低工作气压，既提高了气体的活化分 解、电离等，又增加了等离子体的均匀性， (2)外加磁场的引入以及限束环的设置，增加了电弧的稳定性，同时也使放电更加均匀， (3)改进进气的方式不仅有效地改善了等离子体炬中能量损失的问题，而且 基本解决了等离子体通道积碳的问题， (4)适当增加放电通道半径以减小温度和电场梯度，有利于削弱热绕流与自磁压缩效应，增 加反应气体的混合程度，为大面积气相沉积金刚石膜创造必要条件， 参考文献 1金佑民，樊友三低温等离子体物理基础.北京：清华大学出版社，1993.250 2过增元.热流体学.北京：清华大学出版社，192.82 3马腾才，胡希伟，陈银华.等离子体物理原理.合肥：中国科学技术大学出版社.1988.231北 京 科 技 大 学 学 报 1男 4年 N O . 6 缘 性 , 因此 这 类气 体应 在 阳 极 喷嘴 附近加 人 .2 4 电弧 的 电磁特 性 设 弧 柱半 径 为 R , 弧 电流 为 I , 可把 电弧看成 由无 数小 股平 行 的 电流 所 组成 , 则 每 一 小 股 电流 都受 到一 个洛 仑兹 力 f, 它是 由各 股 电流 的感应 磁 场作用 于该 股 电流所形成 的 . 由力 的方 向可 知各股 电流互相 吸 引 , 产生 自磁 压缩 效 应 , 这 表 现 为 产 生 一 个作 用 于 电 弧 的 附 加 压 力 △ 尸3[] : I 2 兀 R ( 献年 10 ) 一53 △尸一 式中 场 为真空中的磁导率 , 由式 ( 10) 可知电流强度 , 则附加压力越大 , 这使电弧直径有缩刁泊尔诌 势 , 使电弧 中心 电导增 加并 对 中性原 子起 排斥作 用 . 由此 可见 , 自磁 压缩效 应 对需 要 产生 大 面 积 均匀 等离 子 体 的化学 气相 沉积 不利 . 实验 中一 方 面 通 过增 加 通 道 直 径 和 放 电 电 压 , 减 小 放 电电流 来直 接 降低 自磁 压缩 的影 响 , 另一 方面 通 过 施 加 轴 向磁 场 来 缓 解 下 述 附 加 压 力 . 轴 向 磁 场通 过 与螺 旋前 进 的电子 、 离 子 的作 用 , 使 它们各 自绕 磁力 线 作 半径不 同 、 方 向相 反 的 拉 莫 尔运 动 , 从 而起 到磁搅 拌作 用 . 3 结 论 ( l) 提 高等离 子体 炬 的工作 电压 、 减小 工 作 电 流 、 降 低 工 作 气 压 , 既提 高 了 气 体 的活化 分 解 、 电离 等 , 又增 加 了等离 子 体的均 匀性 . ( 2) 外加 磁场 的引 人 以 及 限束环 的设置 , 增 加 了 电弧的 稳定 性 , 同时也 使 放 电更加 均匀 . ( 3) 改 进 进 气 的 方 式 不 仅 有 效 地 改 善 了 等 离 子 体 炬 中 能 量 损 失 的 问 题 , 而 且 基 本解 决 了等 离子体通道 积碳 的问题 . (4) 适 当增加放 电通道半径 以减小温度和 电场梯度 , 有利于 削弱 热绕 流与 自磁压缩效应 , 增 加反 应气 体的混 合程 度 , 为大 面积 气相 沉积 金 刚石膜 创造 必要 条件 . 参 考 文 献 金佑 民 , 樊友三 低 温等 离子体物理基 础 . 北京 : 清华大学出版社 , l男3 . 250 过增元 . 热 流体学 . 北京 : 清华大 学出 版社 , 1卯2 . 82 马 腾才 , 胡希伟 , 陈银华 . 等离子 体物理 原理 . 合肥 : 中国科 学技术 大学 出 版社 , 1 98 . 2 31