等离子技术

[拼音]：denglizi jishu

[外文]：plasma technology

利用等离子体获得高温热源的一项技术。在化学工业中，利用等离子技术能实现一系列的反应过程。等离子体是指处于电离状态的气态物质，其中带负电荷的粒子（电子、负离子）数等于带正电荷的粒子（正离子）数。通常与物质固态、液态和气态并列，称为物质第四态。通过气体放电或加热的办法，从外界获得足够能量，使气体分子或原子中轨道所束缚的电子变为自由电子，便可形成等离子体。

沿革

等离子体在化学工业中的真正应用是在20世纪50年代以后。联邦德国赫斯和赫司特化工厂于50年代成功地从甲烷和其他烃类在氢等离子体中热解制取乙炔。此后，美国、苏联和日本都相应地建造了等离子体制乙炔的实验工厂。此法流程简单，对原料适应性强，但电耗偏高，限制了它的大规模推广。60年代，美国离子弧公司以锆英砂为原料在直流电弧等离子体中一步裂解制备氧化锆。70年代末，中国以硼砂和尿素为原料，在直流电弧等离子体中制备高纯六方氮化硼粉，该法具有产品纯度高、成本低、工艺流程简单等优点。此外，还可利用等离子技术生产二氧化钛。

特点

主要特点为：

（1）等离子体中具有正、负离子，可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反应发生。

（2）由于任何气态物质均能形成等离子体，所以很容易调整反应系统气氛，通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还原气氛或中性气氛。

（3）等离子体本身是一种良导体，所以能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动，这有利于化工过程的控制。

（4）热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反应环境。温度为10⁴～10⁵℃的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源。它不仅可以用来大幅度地提高反应速率，而且还可借以产生常温条件下不可能发生的化学反应。此外，热等离子体中的高温辐射能引起某些光电反应。

应用

（1）以热等离子体制备乙炔、硝酸、联氨和炭黑等产品。

（2）用热等离子技术合成高温碳化物、氮化物和硼化物，如碳化钨、氮化钛等。

（3）用热等离子技术制备超细粉末，如0.01～1μm的三氧化二铝、二氧化硅和氮化硅粉末。

（4）冷等离子体中的聚合薄膜的形成或清洗，如半导体工业中的氧化硅膜。

（5）在冷等离子体中实现材料表面改性，如离子氮化、渗碳等工艺。

参考书目

1. 过增元、赵文华著：《电弧和热等离子体》，科学出版社，北京，1986。
2. R.F.Baddour and R.S.Timmins，The Application of Plasmas　to　Chemical　Processing， MIT　Press，Cambridge，1967.
3. H.V.Boening，Plasma Science and Technology，CarlHanser Verlag，München，1982.

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