Процессы происходящие в потоке «холодной» плазмы пониженного давления
Поток «холодной» плазмы пониженного давления относится к высокочастотному разряду емкостного типа, где ВЧ-напряжение подается на электроды. Электроды могут соприкасаться с разрядом, а могут быть изолированными от него твердыми диэлектриками. Условно называют ВЧЕ-разряды электродными или безэлектродными. Наиболее употребима «промышленная» частота - 13,6 МГц. Соответствующая длина волны А = 22 м принадлежит коротковолновому диапазону. Плазма таких разрядов, как правило, слабо ионизована, неравновесна и подобна плазме тлеющего разряда.
В большей части разрядного промежутка плазма электронейтральна. Около границ плоского промежутка электронный газ, совершая качания относительно «неподвижных» ионов, периодически обнажает положительные заряды. Это является первопричиной появления приэлектродных слоев пространственного заряда.
Если электроды оголены, то те электроны, которые в момент прохождения положения равновесия при колебаниях отстояли от электродов на расстояниях, меньших амплитуды колебаний, после первых же качаний уходят в металл. В состоянии равновесия с обеих сторон остаются слои нескомпенсированного ионного заряда. Газ в целом оказывается заряженным положительно. При последующих качаниях электронный газ только «касается» электродов. На рис. 4.5 схематически изображена картина качаний электронного газа в предположении, что ионы совершенно неподвижны и однородно распределены по длине промежутка, а диффузионное движение электронов отсутствует.
Электрод п , п. Электрод
I ~+~ I е- I v|tX
| Є I cot=K/2
х
<э | ~ ~ ~ ~ j (Ot=37r/2
X
Рис. 4.5 Схема «качаний» электронного газа
Экспериментально установлено, что ВЧЕ-разряды горят в одной из двух сильно различающихся форм. Внешне они отличаются характером распределения интенсивности свечения по длине промежутка, по существу - процессами в приэлектродных слоях и механизмами замыкания тока на электродах.
Распределения пе(х) показаны через каждые четверть периода. Предполагается, что ионный газ неподвижен и однороден. Время отсчитывается от момента, когда электроны проходят через положение равновесия в движении направо.
Определены потенциалы зажигания разрядов (Г) при разных давлениях (р) (рис. 4.6).
На кривых хорошо виден скачок потенциала. Скачки проявляются при таких комбинациях параметров, когда размах колебаний электрона в момент пробоя сравнивается с расстоянием между электродами.
Рис. 4.6 Потенциал зажигания электродного ВЧЕ-разряда в зависимости от давления (водород, f = 3 МГц, L = 2,64 см), левая ветвь до скачка -у-разряд, штриховая кривая - потенциал вторичного зажигания (перехода а- в у-форму).
Наблюдения показали, что разряды, зажигаемые при давлениях слева и справа от скачка на кривой потенциала зажигания, неодинаковы. Справа возникает диффузное свечение в середине промежутка, а около электродов газ не светится. Напряжение на электродах при зажигании меняется мало, что указывает на слабую проводимость ионизованного газа и малый разрядный ток. В разряде слева от скачка сильное свечение локализуется у электродов и состоит из чередующихся слоев, по цвету и порядку следования очень похожих на слои в катодной области тлеющего разряда постоянного тока. Напряжение на электродах после зажигания заметно падает, что говорит о значительной проводимости разряда.
В разряде со слабой проводимостью ток в приэлектродной области имеет преимущественно емкостный характер и является током смещения, как и до зажигания. Зажигание разряда, следовательно, не отражается на поведении электрода, который по-прежнему зарядов не испускает и не воспринимает. В хорошо проводящем разряде слева от скачка на отрицательный в данный момент электрод идет ионный ток, там происходит вторичная эмиссия, и на какое-то время до смены полярности около «катода» возникает катодный слой, как в тлеющем разряде. На электроды, которые попеременно служат катодами, ток из середины промежутка замыкается теперь токами проводимости. Разряд с непроводящими слоями назван «а», с проводящими - «у», что символизирует роль вторичной эмиссии (у-процессов). При повышении напряжения на горящем «-разряде последний внезапно переходит в у-форму. Происходит как бы вторичное зажигание.
Таким образом, предложенный метод модифицирования композиционных текстильных материалов для производства изделий специального назначения с повышенными эксплуатационными свойствами имеет единую природу и единый механизм воздействия потока «холодной» плазмы пониженного давления.
Выводы по главе
- 4
- 1. В результате воздействия на поверхность композиционных текстильных материалов потока «холодной» плазмы, появляется возможность получать образцы модифицированных тканей с принципиально новыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками.
- 2. Количественную оценку получения композиционных текстильных материалов проводили с использованием метода математического моделирования Монте-Карло, а также с применением основных положений механики деформируемого твердого тела.
- 3. Основными процессами, ответственными за модифицирование микроструктуры композиционных материалов, являются рекомбинация ионов на материал и бомбардировка его внутренней и внешней поверхностей низкоэнергетичными ионами. При этом характер взаимодействия определяется свойствами слоя пространственного заряда, возникающего у поверхности обрабатываемого образца.
