微波與等離子體

微波與等離子體第一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三一、微波1概念

微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300MHz-300KMHz的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。

第三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三微波通常由直流電或50Hz交流電通過一特殊的器件來獲得。產(chǎn)生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導(dǎo)體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的有磁控管、多腔速調(diào)管、微波三、四極管、行波管等。在目前微波加熱領(lǐng)域特別是工業(yè)應(yīng)用中使用的主要是磁控管及速調(diào)管。2微波的產(chǎn)生

第四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三

微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。而從電子學(xué)和物理學(xué)觀點來看，微波具有不同于其他波段的如下重要特點：

3微波的性質(zhì)

第五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.1穿透性

穿透能力就是電磁波穿入到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從介質(zhì)的表面進入并在其內(nèi)部傳播時，由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離，以指數(shù)形式衰減。微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。第六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.2熱慣性小

微波對介質(zhì)材料是瞬時加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時可調(diào)，介質(zhì)溫度升高可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。第七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.3選擇性加熱加熱原理：

根據(jù)物質(zhì)對微波的吸收程度,可將物質(zhì)材料分成導(dǎo)體、絕緣體和介質(zhì)。微波不能進入導(dǎo)體內(nèi)部,只能在其表面反射。絕緣體可透過微波而對微波吸收很少。介質(zhì)可透過并吸收微波,介質(zhì)通常由極性分子組成。介質(zhì)分子在微波埸中其極性分子取向?qū)⑴c電場方向一致。當電場發(fā)生變化時,極性分子也隨之變化。一方面由于極性分子的變化滯后于電場的變化,因而產(chǎn)生了扭曲效應(yīng)而轉(zhuǎn)化為熱能。另一方面介質(zhì)分子在電場的作用下兩極排列,電場振蕩,迫使兩極分子旋轉(zhuǎn)、移動,當加速的離子相遇,碰撞摩擦?xí)r就轉(zhuǎn)化為熱能。即微波加熱機理是通過極化機制和離子傳導(dǎo)機制進行加熱。微波加熱有如下的特點:(1)選擇性加熱(2)采取內(nèi)部加熱的方式，快速高效、能耗低、無污染和易控制。第八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三選擇性加熱

物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強，相反，就弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，其對微波的吸收能力比水小得多。第九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三

P=2πfE2εrVtgδ

在微波場電中，介質(zhì)吸收微波功率的大小P正比于頻率f、電場強度E的平方、介電常數(shù)εr和介質(zhì)損耗正切值tgδ。第十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三內(nèi)部加熱方式

常規(guī)加熱都是先加熱物體的表面，再通過熱傳導(dǎo)逐步使中心溫度升高（即外部加熱)。微波則屬于內(nèi)部加熱，電磁能直接作用于介質(zhì)分子，轉(zhuǎn)換成熱，且透射性能使物料內(nèi)外介質(zhì)同時受熱，不需要熱傳導(dǎo)，而內(nèi)部缺乏散熱條件，造成內(nèi)部溫度高于外部的溫度梯度分布，形成驅(qū)動內(nèi)部水分向表面滲透的蒸汽壓差，加速了水份的遷移蒸發(fā)速度。第十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.4似光性和似聲性

似光性：當波長遠小于物體的尺寸時，微波的特點和幾何光學(xué)的相似。

似聲性：當波長和物體的尺寸有相同量級時，微波的特點又與聲波相近。第十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.5非電離性微波的量子能量不大，不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵。分子原子核在外加電磁場的作用下呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象卻發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。第十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.6信息性

由于微波頻率很高，其可用的頻帶很寬，可達數(shù)百甚至上千兆赫茲，這意味著微波的信息容量大，所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，都是工作在微波波段。第十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三4微波的應(yīng)用

?

雷達和通訊?

加熱和滅菌?

在無機化學(xué)中的應(yīng)用第十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三4.1雷達和通訊

第十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三衛(wèi)星通訊

第十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三4.2加熱和殺菌

*對食物加熱的頻率:2450MHz(波長為12.24cm)的微波。

*工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)用的頻率有433MHz、915MHz、2450MHz、5800MHz、22125MHz。目前國內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率為915MHz和2450MHz。

第十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三滅菌第十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三4.3微波在無機化學(xué)中的應(yīng)用合成催化材料

在分子篩催化劑合成方面引入了微波加熱方法，在其它工藝條件相同時，所用時間僅為傳統(tǒng)加熱方式的1/30-1/40.

合成納米材料傳統(tǒng)納米材料的制備都離不開加熱處理，微波法則有著傳統(tǒng)加熱方法無可比擬的優(yōu)勢，制備樣品不僅時間短，而且能夠防止晶型的轉(zhuǎn)變以及晶粒間的團聚。所以易于得到晶粒細小，形狀規(guī)則而且分布均勻。第二十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三制備陶瓷材料

微波燒結(jié)具有突出的優(yōu)勢:節(jié)能省時無污染;燒結(jié)溫度低、物料受熱均勻,致密度高,大大改了材料性能,產(chǎn)生具有新的微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能的材料。制備碳材料

樊希安等以棉稈為原料,微波輻射氯化鋅法制備活性炭,活化時間6min(為傳統(tǒng)方法的1/36),產(chǎn)品吸附性能超過國家一級標準。第二十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三功能材料制造微波加熱技術(shù)用于合成沸石分子篩是一種有效的方法,能大幅度提高合成速度,如NY沸石的合成從24h縮短到10min,同時晶體的粒徑得到有效控制,質(zhì)量明顯改善。此外，微波與一些合成方法結(jié)合，可以制備出性能優(yōu)良的材料。如，與水熱法結(jié)合制備出高度分散的顆粒，并且團聚現(xiàn)象明顯的降低；和等離子結(jié)合，事例如下。第二十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三微波等離子體化學(xué)氣相沉積法制備的新型納米片狀碳膜

在CH4和H2的混合系統(tǒng)中,利用石英管型微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法,在硅片上制備了新型的長1um、寬100nm相互纏的納米片狀碳膜.第二十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三二、等離子體的概念等離子體：又叫做電漿，是由電子、離子等帶電粒子以及中性粒子(原子、分子、微料等)組成的，宏觀上呈現(xiàn)準中性，且具有集體效應(yīng)的混合氣體。準中性:在等離子體中的正負離子數(shù)目基本相等，系統(tǒng)在宏觀上呈現(xiàn)中性，但在小尺度上則呈現(xiàn)出電磁性，而集體效應(yīng)則突出地反映了等離子體與中性氣體的區(qū)別。它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài).第二十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第二十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體與氣體的區(qū)別

?普通氣體由分子構(gòu)成，分子之間相互作用力是短程力，僅當分子碰撞時，分子之間的相互作用力才有明顯效果，理論上用分子運動論描述．

?在等離子體中，帶電粒子之間的庫侖力是長程力，庫侖力的作用效果遠遠超過帶電粒子可能發(fā)生的局部短程碰撞效果，等離子體中的帶電粒子運動時，能引起正電荷或負電荷局部集中，產(chǎn)生電場；電荷定向運動引起電流，產(chǎn)生磁場．電場和磁場要影響其他帶電粒子的運動，并伴隨著極強的熱輻射和熱傳導(dǎo)；等離子體能被磁場約束作回旋運動等．等離子體的這些特性使它區(qū)別于普通氣體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。第二十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三三、等離子體的分類及獲取1.分類

1.1按產(chǎn)生方式天然等離子體：宇宙中99.9%的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)，如恒星星系、星云等。地球比較特別，物質(zhì)大部分以凝聚態(tài)形式存在，能量水平低。人工等離子體:隨處可見的日光燈、霓虹燈中的放電等離子體等。第二十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.2按電離度

等離子體中存在電子、正離子和中性粒子等三種粒子。設(shè)其密度分別為ne、ni、nn，定義電離度β=ne/(ne+nn)，以此來衡量等離子體的電離程度，這時等離子體可分為以下三類：

第二十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三β=ne/(ne+nn)

*當β=1時，稱完全電離等離子體，如日冕，核聚變中的高溫等離子體，其電離度是100%；*0.01<β<1時，稱為部分電離等離子體，如大氣電離層、極光、雷電等；*β<0.01時為弱電離等離子體，如火焰中的等離子體大部分是中性粒子，帶電粒子成分較少，屬于弱電離等離子體。第二十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三

1.3按熱力學(xué)平衡分類

根據(jù)離子溫度與電子溫度是否達到熱平衡，可把等離子體分為三類：*完全熱力學(xué)平衡等離子體：當整個等離子體系統(tǒng)T>5000K時，體系處于熱平衡狀態(tài)，各種粒子的平均動能都相同，這種等離子體稱為熱力學(xué)平衡等離子體，簡稱平衡等離子體；

*局域熱力學(xué)平衡等離子體：就是局部處于熱力學(xué)平衡的等離子體；

*非熱力學(xué)平衡等離子體。

第三十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.4按系統(tǒng)溫度分類高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體是高于10000℃的等離子體，如聚變、太陽核心。高溫等離子體中的粒子溫度T>108-109K，粒子有足夠的能量相互碰撞，達到了核聚變反應(yīng)的條件。低溫等離子體又分為熱等離子和冷等離子體兩種。熱等離子體是稠密氣體在常壓或高壓下電弧放電或高頻放電而產(chǎn)生的，溫度也在上千乃至數(shù)萬開，可使分子、原子離解、電離、化合等。冷等離子體的溫度在100-1000K之間，通常是稀薄氣體在低壓下通過激光、射頻或微波電源發(fā)輝光放電而產(chǎn)生的。第三十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.5按產(chǎn)生方法和途徑分類

除自然界本身產(chǎn)生的等離子體外，人為發(fā)生等離子的方法主要有氣體放電法、射線輻射法、光電離法、熱電離法、沖擊波法等。其中化工中最為常見的是氣體放電法。根據(jù)所加電場的頻率，氣體放電可分為直流放電、低頻放電、高頻放電、微波放電等多種類型；根據(jù)其放電形式又可分為電暈、輝光、弧光等離子體等；根據(jù)氣壓可分為低壓等離子體和常壓等離子體。第三十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三2等離子體的產(chǎn)生方法和原理

獲得等離子體的方法和途徑多種多樣，其中宇宙星球、星際空間以及地球高空的電離層等屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。這里只討論人為產(chǎn)生等離子體的主要方法和原理。一般說來，電離的方法有如下幾種：

第三十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三?光、X射線、射線照射：通過光、X射線、射線的照射提供氣體電離所需要的能量，由于其放電的起始電荷是電離生成的離子，所形成的電荷密度通常極低。?輝光放電：從直流到微波的所有頻率帶的電源產(chǎn)生各種不同的電離狀態(tài)。輝光放電法所產(chǎn)生的低溫等離子體在薄膜材料的制備技術(shù)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。?燃燒：通過燃燒，火焰中的高能粒子相互之間發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致氣體發(fā)生電離，這種電離通常稱之為熱電離。另外，特定的熱化學(xué)反應(yīng)所放出的能量也能夠引起電離。第三十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三?沖擊波：氣體急劇壓縮時形成的高溫氣體，發(fā)生熱電離形成等離子體。?激光照射：大功率的激光照射能夠使物質(zhì)蒸發(fā)電離。?堿金屬蒸氣與高溫金屬板的接觸：由于堿金屬蒸氣的電離能小，當堿金屬蒸氣接觸到電離能大的金屬時，電離容易發(fā)生。?微波激發(fā)等離子體：用微波加熱激發(fā)產(chǎn)生等離子體。第三十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3等離子體的性質(zhì)

等離子體的性質(zhì)常取決于以下因素：①等離子體的組分，如原子、分子、離子、電子、化學(xué)基團等。②粒子所處的狀態(tài)，如中性態(tài)、激發(fā)態(tài)、電離態(tài)、活化的分子及自由基。③各種粒子數(shù)密度，即單位體積中的粒子數(shù)。第三十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三④各種粒子的溫度。如果電子和離子的溫度相等，稱為平衡態(tài)等離子體；反之，是非平衡態(tài)等離子體。⑤等離子體所處的環(huán)境，如電場強度、磁場強度、電極結(jié)構(gòu)、氣流、放電容器等。⑥各種因素的作用時間。應(yīng)用取決于它的性質(zhì)和狀態(tài)。

等離子體的應(yīng)用取決于它的性質(zhì)和狀態(tài)

第三十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三四、四類等離子體反應(yīng)第三十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.A(s)+B(g)→C(g)

選擇合適的氣體,其等離子體與固體表面物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成揮發(fā)性氣態(tài)物質(zhì)除去,這就是等離子體刻蝕。選用不同氣體的等離子體，幾乎可刻蝕所有材料，刻蝕的分辨率高第三十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.母體分子CF4在高能電子的碰撞下分解成多種中性基團或者離子CF4CF3,CF2,CF,F,C以及他們的離子2.這些活性粒子由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面，并在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)過程中，CF4中摻如O2，這有利于提高Si和SiO2的刻蝕速率e第四十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三光刻膠刻蝕首先，使光刻膠層頂部曝光形成圖形。第二步，將光刻膠暴露在含硅的氣體中使光刻膠被硅化。最后一步,用氧等離子體把光刻膠各向異性地刻蝕掉。

第四十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三2.A(g)+B(g)→C(s)+D(g)

兩種以上的氣體在等離子狀態(tài)下相互反應(yīng)，產(chǎn)生的固體物質(zhì)以薄膜的形式沉積在基片上，這就是等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）。其過程大概包括：①反應(yīng)氣體向固體表面的擴散；②反應(yīng)氣體吸附于固體表面；③氣體與固體物在表面上的化學(xué)反應(yīng)；④氣態(tài)副產(chǎn)物脫附而擴散或被真空泵抽走，在表面上留下產(chǎn)物(淀積物)。第四十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三非晶硅(α-Si)太陽能電池的大規(guī)模廉價生產(chǎn)

PCVD工藝一般是以硅烷SiH4為主要原料，輝光放電形成等離子體。單用SiH4反應(yīng)生成的是i型非晶硅半導(dǎo)體，若在SiH4中摻人少量B2H6便生成p型層；改摻少量PH3則生成n型層。第四十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三絕緣層材料氮化硅Si3N4

約300℃溫度下通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積生成。而同樣效果的非等離子體化學(xué)氣相沉積過程則需要900℃。這樣高的溫度會使鋁熔化，毀壞器件。第四十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三聚甲基丙烯酸甲酯包裹的Al2O3有機-無機納米復(fù)合材料在納米顆粒的出口處引入有機單體,則在等離子體輻射下瞬時聚合包裹于微粒表面第四十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.A(s)+B(g)→C(s)

這個反應(yīng)表示B氣體放電等離子體與固體A表面反應(yīng),并在表面生成新的化合物C，由此能使表面性質(zhì)發(fā)生顯著變化，因此叫等離子體表面改性或表面處理。表面改性可以在金屬表面也可以在高分子材料表面進行。在金屬表面如金屬表面氧化或表面氮化，在高分子材料表面即為高分子材料的表面改性。第四十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三4.A(g)+B(g)+M(s)→AB(g)+M(s)

這類反應(yīng)是固態(tài)物質(zhì)M的表面起催化作用，促進氣體分子的解離和復(fù)合第四十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三五、高溫等離子體在無機合成中的應(yīng)用第四十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三1.等離子體冶金

高溫等離子體在冶金方面充分發(fā)揮了它的優(yōu)越性。研究得最早,而且比較成熟的是等離子體煉鋼。它以廉價的煤代替較貴的焦炭,能耗低（由4100kW/t降至3100kW/t）,效率高。產(chǎn)品質(zhì)好。南非MSA公司、瑞典鉻鐵公司-鉻鐵合金

Samancor公司、巴黎錳鐵公司-錳鐵合金第五十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體電弧熔煉爐示意圖第五十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三瑞典的SKF鋼廠已建成年產(chǎn)7萬噸等離子體冶煉鈦鐵礦（主要成份FeO·TiO2）裝置?；具^程是將煤通過電弧等離子體加熱產(chǎn)生高溫。在高溫下,可大大減少SiO2、焦油和CO的產(chǎn)生。第五十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體冶金適合冶煉高熔點的Zr,Ti,Ta,Nb,W等金屬?？捎煤喕に囘^程，如直接從氯化鋯，硫化鉬，氧化鉭和氯化鈦中分別獲得Zr,Mo,Ta和Ti。用等離子體熔化快速固化法可開發(fā)硬的高熔點粉末，如WC-Co,Mo-Ti-Zr-C等。粉末等離子體冶煉的優(yōu)點是產(chǎn)品成分及微結(jié)構(gòu)的一致性好，可免除容器材料的污染。第五十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體冶金的優(yōu)點與感應(yīng)熔煉結(jié)合，采用等離子體冶金的優(yōu)點包括：非金屬夾雜物減少；改善產(chǎn)品的物理性能，例如加工性能和機械強度；非常高的合金元素收得率；爐料中使用的廢鋼量可超過50%；大范圍內(nèi)熔煉合金的靈活性；與真空熔煉相比，生產(chǎn)率高，成本低。第五十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第五十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三2.氧化物粉末的合成

瑞典的SKF鋼廠用等離子體冶煉鈦鐵礦,不僅得到了純鐵,而且還得到了TiO2。Padmanabhana等人利用熱等離子體，以空氣為反應(yīng)性氣體，TiH2為前驅(qū)物，制備了直徑在幾納米到30納米之間的二氧化鈦粉末，75%以上為銳鈦晶型第五十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三3.碳化物、氮化物的合成

在高科技領(lǐng)域中碳化物、氮化物和硼化物是重要的無機材料。這些化合物的制備方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、高溫粉末反應(yīng)等。這些方法均有一定的缺點,難以得到高純、微細的化學(xué)品。采用高溫等離子體合成即可克服這些不足。第五十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三以二氧化硅為原料,以CH4為還原劑和碳源,在氬等離子體的作用下,可合成SiC。以有機硅化合物(SiCH3Cl3,SiCH2CH2Cl2)為原料、用氬等離子體分解,可得粒度5千埃的β-SiC粉末。以鈦粉、鋁粉、活性炭和硅粉為原料，采用放電等離子工藝，采用一定的物料比，可制得Ti2AlC/Ti3AlC2塊體材料。第五十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體制備超微粉末的方法法是將物質(zhì)注入約104K的超高溫中，此時多數(shù)反應(yīng)物質(zhì)和生成物質(zhì)成為離子或原子狀態(tài)，然后使其急劇冷卻，獲得很高的過飽和度，這樣就有可能制得與通常條件下形狀完全不同的納米粒子。以等離子體作為反應(yīng)器制備納米粒子時，大致分為三種方法：等離子體蒸發(fā)法反應(yīng)性等離子體蒸發(fā)法等離子體CVD法4.超微粒子的制備

第五十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體蒸發(fā)法即把一種或多種固體顆粒注入惰性氣體的等離子體中，使之在通過等離子體之間時完全蒸發(fā)，通過火焰邊界或驟冷裝置使蒸汽凝聚制得超微粉末，常用于制備含有高熔點金屬合金的超微粉末，如Fe-Al,Nb-Si,V-Si,W-C等。第六十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三反應(yīng)性等離子體蒸發(fā)法即在等離子體蒸發(fā)法時所得的超高溫蒸汽的冷卻過程中，引入化學(xué)反應(yīng)的方法。通常在火焰尾部導(dǎo)入反應(yīng)性氣體，如制造氮化物超微粉末時引入氨氣，常用于制造ZrC,TaC,WC,SiC,TiN,ZrN,W2N等。第六十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三等離子體CVD法通常是將引入的氣體在等離子體中完全分解，所得分解產(chǎn)物之一與另一氣體反應(yīng)制得超微粉末，例如，將SiCl4注入等離子體中，在還原氣體中進行熱分解，在通過反應(yīng)器尾部時與氨氣反應(yīng)并同時冷卻制得超微粉末。為了不使副產(chǎn)品氯化銨混入，故在250-300℃時捕集，這樣可得到高純度的Si3N4。常用于制備TiC,SiC,TiN,AlN第六十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三SiH4(g)+CH4(g)→SiC(s)+4H2(g)3SiH4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12H2(g)2B2H6(g)+CH4(g)→B4C(s)+8H2(g)第六十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第六十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三用等離子體制備金屬超微粒子時,不同的等離子體作用機理不同。氬等離子體-惰性氣體中急冷氫等離子體-氫原子強制性地攜帶著金屬原子飛濺第六十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三5.富勒烯合成第六十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三六、低溫等離子體在無機合成中的應(yīng)用

第六十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三金剛石結(jié)構(gòu)1.金剛石的合成

第六十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三目前，合成金剛石的方法大概可分為四類，共有十幾種，等離子體合成法就是其中之一。該方法是將碳氫化合氣體或其他含碳氣體與氫氣作為原料氣，在真空系統(tǒng)中導(dǎo)入上述氣體，經(jīng)等離子活化后到達基體表面進行沉積反應(yīng)。第六十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第七十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第七十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三第七十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三眾多研究表明，等離子體合成金剛石需要對氣體進行活化，而且與活化方式無關(guān)，同時也發(fā)現(xiàn)所用的原料氣的種類與金剛石的生成沒有必然關(guān)系。另外，氫和氧在金剛石氣相生長過程中的作用很重要。第七十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三H原子在金剛石膜生長中的關(guān)鍵作用氣相中促進CH3.等自由基生成促進金剛石碳骨架生成選擇性刻蝕石墨碳氫原子可同時蝕除石墨、無定型碳和金剛石,這三種碳相的蝕除速率分別為0.13、0.11和0.006mm/h。第七十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三在金剛石薄膜沉積完成后，需要對其進行刻蝕拋光，以達到應(yīng)用要求。這時可選用等離子體刻蝕技術(shù)進行拋光。第七十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三金剛石膜應(yīng)用1.機械加工工具覆蓋膜：最高硬度

低熱膨脹系數(shù)2.芯片最佳襯底材料：常溫下最高熱導(dǎo)率

良好絕緣性化學(xué)惰性

低熱膨脹系數(shù)3.光學(xué)窗口：寬波段光學(xué)透過率第七十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三2.等離子體化學(xué)沉積薄膜的制備

化學(xué)氣相沉積(CVD)是制備無機薄膜材料常用的方法。與之相比,PCVD常常能獲得具有不同晶型、不同性能的薄膜材料。第七十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期三Si、Ge在熔融狀態(tài)仍具有很高的配位數(shù),用熔融體驟冷法難以得非晶態(tài)硅,而用PCVD則易得到。平行平板等離子體裝里中,電子撞擊SiH4氣體解離成SiH3,SiH2,SiH,Si,即