第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)

眾所周知，等離子體是由等離子體炬產(chǎn)生，主要通過直流（DC）、交流（AC）、射頻（RF）和微波（Mw）等放電形式而獲得，較為常用的是直流電弧等離子體炬。通常一個(gè)直流等離子體炬由一個(gè)棒狀鎢陰極和一個(gè)水冷銅陽極構(gòu)成，當(dāng)氣體被送人電極間隙后，直流弧就在電極間建立起來，弧經(jīng)過噴嘴吹出而形成高溫、高速的火焰。根據(jù)弧是否轉(zhuǎn)移到工件，等離子體射流可分為轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧。

工業(yè)上應(yīng)用的電弧等離子體炬的主要技術(shù)指標(biāo)是功率、效率和連續(xù)使用壽命。一般輸出功率范圍為l02～l07w，功率較低的一般應(yīng)用于焊接、切割及噴涂等，而大功率的等離子體炬則用于冶金、加熱及空間模擬等領(lǐng)域。等離子體炬的效率約為50％～90％，轉(zhuǎn)移弧高于非轉(zhuǎn)移弧。炬的使用壽命受電極壽命限制，由于電極受活性工作氣（氧、氯和空氣）的侵蝕，其連續(xù)壽命一般不超過200h；備有補(bǔ)充電極的電弧等離子體炬，壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)。等離子體射流溫度范圍約在3700~25000K（取決于工作氣體種類和功率等因素），射流速度范圍為1～104m．s-1。

當(dāng)有高頻電流通過線圈時(shí)，產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，這時(shí)若用高頻點(diǎn)火裝置產(chǎn)生火花，形成的載流子（離子與電子）在電磁場(chǎng)作用下，與原子碰撞并使之電離，形成更多的載流子，當(dāng)載流子多到足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)方向的截面上就會(huì)感生出流經(jīng)閉合圓形路徑的渦流，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高熱又將氣體加熱，瞬間使氣體形成最高溫度可達(dá)10000K的穩(wěn)定的等離子炬。感應(yīng)線圈將能量耦合給等離子體，并維持等離子炬。當(dāng)載氣載帶試樣氣溶膠通過等離子體時(shí)，被后者加熱至6000-7000K，并被原子化和激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射光譜。

ICP焰明顯地分為三個(gè)區(qū)域：焰心區(qū)、內(nèi)焰區(qū)和尾焰區(qū)。

焰心區(qū)呈白色，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過這一區(qū)域與高頻感應(yīng)線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)10000K，電子密度很高，由于黑體輻射、離子復(fù)合等產(chǎn)生很強(qiáng)的連續(xù)背景輻射。試樣氣溶膠通過這一區(qū)域時(shí)被預(yù)熱、揮發(fā)溶劑和蒸發(fā)溶質(zhì)，因此，這一區(qū)域又稱為預(yù)熱區(qū)。

內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般在感應(yīng)圈以上10-20mm左右，略帶淡藍(lán)色，呈半透明狀態(tài)。溫度約為6000～8000K，是 分析 物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。光譜 分析 就在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，因此，該區(qū)域又稱為測(cè)光區(qū)。

尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在6000K以下，只能激發(fā)低能級(jí)的譜線。

等離子體點(diǎn)燃后，感應(yīng)線圈中的高頻電流不斷地將能量耦合到等離子體的環(huán)行感應(yīng)區(qū)，在這里感應(yīng)線圈就好象變壓器的初級(jí)線圈，等離子炬的環(huán)行感應(yīng)區(qū)就好象是變壓器的單匝次級(jí)線圈，以使等離子體放電維持不滅。

樣品溶液由載氣帶入等離子體的 分析 通道，并在此蒸發(fā)、氣化、原子化、激發(fā)、電離并產(chǎn)生輻射躍遷發(fā)出特征輻射。

在等離子體光源中， 分析 通道外部靠近感應(yīng)線圈的環(huán)形區(qū)域?yàn)楦袘?yīng)區(qū)，高頻功率就是通過該區(qū)域耦合到等離子體中的，它是 分析 物蒸發(fā)、原子化、激發(fā)、電離所需能量的提供者，其溫度可達(dá)10000K以上。

在 分析 通道中，又可根據(jù)高度將其分為預(yù)熱區(qū)、初輻射區(qū)、 分析 觀測(cè)區(qū)和尾焰部分。預(yù)熱區(qū)的作用是將氣體預(yù)熱并使溶劑揮發(fā)；初輻射區(qū)是 分析 物蒸發(fā)（溶質(zhì)揮發(fā)）和原子化的主要區(qū)域； 分析 觀測(cè)區(qū)則是 分析 物激發(fā)、電離并給出特征輻射的主要區(qū)域，其位置與 分析 物及譜線性質(zhì)有關(guān)，并受等離子體功率和內(nèi)氣流的影響；等離子體環(huán)形結(jié)構(gòu)的最上方是尾焰。

第二節(jié) 發(fā)展歷程

上世紀(jì)我國根據(jù)工業(yè)發(fā)展的具體情況，對(duì)等離子炬的研發(fā)及應(yīng)用投入了大量的人力物力，使之在較短的時(shí)期內(nèi)取得了顯著的效果，不但滿足了我國工業(yè)快速發(fā)展的需求，也使等離子炬 行業(yè) 脫穎而出，逐步形成完整而獨(dú)立的學(xué)科，使等離子炬的應(yīng)用從最初的被動(dòng)選擇形成一個(gè)積極和不斷發(fā)展的新興 行業(yè) 。

我國等離子炬的應(yīng)用推廣，已走過了從幼稚到逐步成熟的二十余年歷程，早期在我國物資匱乏的年代，主要應(yīng)用于國產(chǎn)設(shè)備上，產(chǎn)量少價(jià)格低，技術(shù)粗糙。上世紀(jì)90年代初期，隨著我國改革開放的深入發(fā)展，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和民用 行業(yè) 發(fā)展的需要，國內(nèi)各等離子炬廠家相繼開發(fā)了自身的等離子炬系列，其工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量都已成熟。

目前我國的等離子炬經(jīng)歷了從無到用的發(fā)展歷程，已經(jīng)形成規(guī)模制造的完整 行業(yè) 體系，質(zhì)量已于國外水平相差無幾。

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