2. Các điện cực nĩng chảy:
6.1.CƠ CHẾTẠO RA NGỌN LỬA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP VAØ LÃNH VỰC ỨNG DỤNG:
LÃNH VỰC ỨNG DỤNG:
Cơng nghệ dùng ngọn lửa plasma là lĩnh vực cơng nghiệp trẻ tuổi phát triển mạnh mẽ vào đầu những năm 1950. Trong những năm đĩ, khi kỹ thuật khơng gian được chú ý tới, người ta đã tạo ra những thiết bị cơng nghệ phục vụ cho mục đích này. Cùng với các loại động cơ phản lực cĩ sức đẩy mạnh mẽ, người ta đã nghiên cứu và chế tạo ra các thiết bị tạo ngọn lửa plasma nhằm mục đích phục vụ cho cơng nghệ tạo lớp phủ bề mặt kim loại cĩ khả năng chịu đựng được nhiệt độ cao, bền vững và chịu mài mịn.
Ngày nay, cơng nghệ dùng ngọn lửa plasma được ứng dụng nhiều trong cơng nghiệp. Ví dụ, dùng thiết bị plasma cơng suất 100kw cĩ thể cắt được thép dày 30mm với tốc độ 4m/phút. Trong cơng nghệ hàn cĩ thể plasma để nối các chi tiết bằng đồng, thau, nhơm và hợp kim nhơm với hiệu qủa cao. Plasma cịn được ứng dụng nhiều trong cơng nghệ phủ bề mặt chi tiết mơt lớp chịu nhiệt, chống oxy hĩa.
Quan trọng nhất là hướng ứng dụng ngọn lửa plasma trong chân khơng kết hợp với máy gia tốc từ trường. Ở đây trong đám mây plasma trong chân khơng, người ta đưa vào đĩ chi tiết mang điện thế âm, nhờ đĩ các ion dương bị hút ra khỏi đám mây plasma, sau đĩ nĩ được gia tốc bằng từ trường. Lúc này đám mây plasma trở thành khối vật chất năng lượng rất cao nhờ sự chuyển động của các electrons với vận tốc hàng trăm (km/s) và cĩ năng lượng lên đến hàng trăm ngàn (ev). Luồng plasma như thế, cĩ thể tạo ra sự tập trung nguyên tử trên bề mặt kim loại, làm bốc hơi kim loại và thậm chí cĩ thể làm thâm nhập nguyên tử vào trong mạng tinh thể của kim loại.
Để thu nhận plasma cĩ thể sử dụng thiết bị tạo plasma (plasmatron) theo các sơ đồ nguyên lý khác nhau. Phản ứng plasma hĩa học cĩ thể thực hiện được theo hai cách:
1. Đưa các thành phần tạo plasma vào trong khu vực cĩ sự phĩng điện hồ quang, thiết bị plasma hoat động kết hợp với các chất phản ứng.
2. Đưa các chất phản ứng vào trong luồng plasma ở bên ngồi vùng phĩng điện, sử dụng buồg phản ứng là các ống trụ được giải nhiệt, trong đĩ diễn ra sự trộn lẫn dịng plasma với các chất đưa vào. Sự đốt cháy và làm mát các sản phẩm gây phản ứng được thực hiện bằng cách đưa vào luồng plasma một số lượng tuỳ ý chất khí hoặc chất lỏng ở bên ngồi khu vực phĩng điện.
Cĩ thể phân loại các biện pháp thu nhận plasma như sau: 1. Gây nổ dây dẫn điện trong mạch điện.
2. Tia lửa điện
3. Sự phĩng điện vầng quang cao tần. 4. Sự phĩng điện ăn mịn.
5. Sự phĩng điện hồ quang.
Hiện tại biện pháp thứ năm được ứng dụng rộng rãi vì cĩ những ưu điểm sau đây:
- Khả năng thu nhận plasma cháy lâu dài với hiệu suất cao từ các chất rắn, lỏng, khi cĩ thành phần hố học khác nhau.
- Khả năng thu nhận plasma trong điều kiện chân khơng và trong mơi trường cĩ áp suất cao.
- Khả năng sử dụng các nguồn điện tiêu chuẩn.
Để năng thu nhận được plasma trong các thiết bị plasma, phải sử dụng các chất khí (các mơi trường tạo plasma) chúng cĩ thể là khí một hoặc nhiều thành phần. Khí một thành phần cĩ thể là argon, helium, nitrogen, hydrogen. Khí nhiều thàh phần cĩ thể nhận được trong các mơi trường khác nhau như: mơi trường oxy hố, mơi trường phục hồi hoặc mơi trường trung tính.
Một trong các thơng số nhiêt quan trong nhất đối với plasma là entapi cĩ nghĩa là nhiệt lượng chứa đựïng trong mơt đơn vị thể tích hoặc khối lượng.
Đặc tính của một vài chất khí tạo plasma được đưa ra dưới đây:
Argon, khí này cĩ giá trị entapi thấp, khơng thích hợp với vai trị làm chất tạo plasma một thành phần. Argon cĩ tíh dẫn điện tốt trong điều kiện nhiệt độ cao của vì vậy địi hỏi điện trường duy trì hồ quang thấp. Argon là một trong các các chất quý hiếm và được sử dụng chủ yếu trong các trường hợp cần tới vai trị trơ hố học của nĩ.
Nitrogen, thường được sử dụng làm chất khí tạo plasma một thành phần. Tíh dẫn điện và dẫn nhiệt trong điều kiện nhiêt độ cao của nitrogen tương đối tốt, vì vậy nĩ tạo điều kiện thuận lợi để duy trì hồ quang.
Helium, cĩ các tính chất về điện tốt hơn so với khí Argon. Tuy nhiên vì giá thành cao nên khí Helium sử dụng trong các thiết bị tạo plasma rất hạn chế.
Hydrogen, là chất khí tạo plasma cĩ entapi cao. Điện trường cần thiết để duy trì hồ quang trong mơi trường Hydrogen cao hơn khí Argon vài lần. Tính dẫn nhiêt tốt hơn so với một vài lồi khí khác. Khí Hydrogen tương đối rẻ. Tuy nhiên trong mơi trường nhiệt độ cao, Hydrogen thường cĩ tác độg phá hủy đối với các điện cực, vì vậy nĩ thường được sử dụng kết hợp với Argon.