Физико-химические процессы в кислород-аргоновой плазме

• Автор: Иванов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Научная новизна.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общий подход к анализу процессов в неравновесной

1.2. Активные частицы плазмы кислорода.

1.2.1. Молекулы кислорода в основном состоянии Х3Х, колебательновозбужденные молекулы

кислорода Х3Х,У.

1.2.2. Атомы кислорода в основном состоянии 0 Р, возбужденные атомы в метастабилъных состояниях 0Ъи05

1.2.3. Возбужденные молекулы в метастабилъных

состояниях а и Ь1Х .

1.2.4. Ионы. Механизм ионизации
1.3. Активные частицы плазмы аргона
1.4. Исследования плазмы смесей кислородаргон.
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Экспериментальная установка.
2.2. Измерение электрофизических характеристик плазмы
2.3. Методика измерений интенсивностей линий и полос.
2.4. Определение температуры газа
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ СМЕСИ ГАЗОВ АРГОН КИСЛОРОД И ЕЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ.
3.1. Подсистема электронного газа. Уравнение Больцмана и
метод его решения
3.2. Подсистема колебательной кинетики. Уравнения
колебательной кинетики для Х и метод их решения
3.3. Подсистема химических процессов.
3.4. Алгоритм решения уравнений модели.
ГЛАВА 4. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ СМЕСИ ГАЗОВ АРГОН КИСЛОРОД.
4.1. Обоснование экспериментальных характеристик для
проверки модели и варьируемых параметров.
4.2. Результаты расчетов и экспериментов.
4.3. Потоки активных частиц на стенку реактора.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


На сегодняшний день ситуация в области исследований взаимодействий плазмаматериал характеризуется тем, что инженерные разработки и практическая реализация опережают фундаментальные исследования, посвященные пониманию механизмов физикохимических процессов, что не позволяет оптимизировать уже имеющиеся процессы и целенаправленно создавать новые. Причины этого связаны, вопервых, со сложностью объекта исследований неравновесной системой, действующей на поверхность большим набором потенциальновозможных химически активных компонентов, которые могут приводить к самым разнообразным превращениям, вовторых, с тем, что эта система является самосогласованной, то есть физические характеристики плазмы, определяющие ее химическую активность, сами зависят от инициированных сю химических превращений. Плазма смеси аргопкислород представляет интерес с той точки зрения, что, используя разные составы смеси, можно ожидать разной комбинации воздействия на обрабатываемый материал как физических факторов, свойственных для плазмы Аг, так и химических факторов, свойственных для плазмы . В связи с этим, выяснение механизмов протекающих в такой системе процессов, а также выявление взаимосвязи между химическими свойствами и физическими свойствами плазмы является актуальной задачей. Основной целью данной работы являлась разработка модели неравновесной плазмы смсси газов кислородаргон в широком интервале составов и внешних параметров, которая позволила бы рассчитывать самосогласованно, как химические свойства, так и физические параметры плазмы. Больцмана, уравнений колебательной и химической кинетики, расчеты по которой не противоречат экспериментальным данным. В рамках этой модели выявлены, объяснены и проанализированы следующие свойства плазмы. Механизмы формирования неравновесной функции распределения электронов и се изменений при изменении состава плазмы. Х, Д и атомов 03Р с гибелью зарядов, контролируемой амбиполярной диффузией с влиянием на нее отрицательных ионов. Следствием такого механизма является рост приведенной напряженности электрического поля при переходе от плазмы Аг к плазме . Источники теплового нагрева газа. Рост содержания сопровождается увеличением удельной мощности, вкладываемой в плазму, и росту ее доли, переходящей в тепло в объеме. Механизмы диссоциации молекул кислорода. Как и для плазмы чистого это распад электронных состояний молекулы , сходящихся к 1му и 2му пределам диссоциации, возбуждаемых электронным ударом из основного состояния Х. Гибель атомов 03Р
гетерогенная рекомбинация на стейках реактора с вероятностью 2x . Процессы образования и гибели некоторых возбужденных состояний атомов кислорода. Показано, что тушение нижних возбужденных состояний аргона . Р2, 3Р, 3Ро, 1 Р приводит к образованию возбужденных атомов 0Зр,Р с последующим переводом энергии этого возбуждения в УФ излучение плазмы. Механизмы формирования распределения молекул Х по колебательным уровням. Обнаружено, что изза преобладания процессов УТ обмена при столкновениях с атомами над процессами VV обмена заселенности колебательных уровней Х оказываются низкими, и участием колебательновозбужденных молекул в реакциях можно пренебрегать. Данная работа выполнена при поддержке гранта РФФИ, проект 5. Практическая значимость работы. Результаты расчетов по данной модели позволяют определить параметры плазмы, при которых можно получить требуемый состав активных агентов плазмы, необходимый для реализации того или иного режима обработки материала. Полученные результаты могут быть также использованы для создания моделей плазмы и других смесей газов, содержащих аргон и кислород. Апробация работы и публикации. Результаты работы опубликованы в 2 статьях в журналах списка ВАК и 4 трудах симпозиумов. Основные положения, результаты и выводы докладывались и обсуждались на 3, 4 и 5ом Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии ТАРС , , г. Иваново, Россия. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и библиографии. Общий объем диссертации составляет 5 страниц, включая 7 таблиц и рисунков. Список литературы содержит 0 наименований.