等離子體及應用

 等離子體又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質存在的第四態。是一種很好的導電體，利用經過巧妙設計的磁場可以捕捉、移動和加速等離子體。等離子體物理的發展為材料、能源、信息、環境空間，空間物理，地球物理等科學的進一步發展提新的技術和工藝。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。高溫等離子體只有在溫度足夠高時發生的。太陽和恒星不斷地發出這種等離子體，組成了宇宙的99%。低溫等離子體是在常溫下發生的等離子體（雖然電子的溫度很高）。低溫等離子體體可以被用于氧化、變性等表面處理或者在有機物和無機物上進行沉淀涂層處理。

   19世紀30年代英國的M.法拉第以及其后的J.J.湯姆孫、J.S.E.湯森德等人相繼研究氣體放電現象，這實際上是等離子體實驗研究的起步時期。1879年英國的W.克魯克斯采用“物質第四態”這個名詞來描述氣體放電管中的電離氣體。美國的I.朗繆爾在1928年首先引入等離子體這個名詞，等離子體物理學才正式問世。1929年美國的L.湯克斯和朗繆爾指出了等離子體中電子密度的疏密波（即朗繆爾波）。自從蘇聯在1957年發射了*顆人造衛星以后，很多國家陸續發射了科學衛星和空間實驗室，獲得很多觀測和實驗數據，這極大地推動天體和空間等離子體物理學的發展。1959年美國的J.A.范艾倫預言地球上空存在著強輻射帶，這一預言為日后的實驗證實，即稱為范艾倫帶。1958年美國的E.N.帕克提出了太陽風模型。1974年美國的D.A.格內特根據衛星資料，證認出地球是一顆輻射星體，輻射千米波。在此期間，一些低溫等離子體技術也在以往氣體放電和電弧技術的基礎上，進一步得到應用與推廣，如等離子體切割、焊接、噴鍍、磁流體發電，等離子體化工，等離子體冶金，以及火箭的離子推進等，都推動了對非完全電離的低溫等離子體性質的研究。

   等離子體主要用于下面3方面：  ① 等離子體噴涂：許多設備的部件應能耐磨耐腐蝕、抗高溫，為此需要在 其表面噴涂一層具有特殊性能的材料。用等離子體沉積快速固化法可將
特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化，并噴涂到基體（部件）上，使之迅速冷卻、固化，形成接近網狀結構的表層，這可大大提高噴涂質量。 ② 等離子體焊接：可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其合金。特點 是焊縫平整，可以再加工沒有氧化物雜質,焊接速度快。用于切割鋼、鋁及其合金，切割厚度大。 ③ 離子體冶煉：用于冶煉用普通方法難于冶煉的材料，例如高熔點的鋯(Zr)、 鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、釩(V)、鎢(W)等金屬；還用于簡化工藝過程，例如直接從ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分別等離子體獲得Zr、Mo、Ta和Ti；用等離子體熔化快速固化法可開發硬的高熔點粉末，如碳化鎢-鈷、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末等離子體冶煉的優點是產品成分及微結構的一致性好，可免除容器材料的污染。