等离子体科学技术及其在工业中的应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 等离子体的定义 1

1.2 等离子体科学和技术发展的历史 2

1.3 等离子体科学和技术的三个方面及发展状况 5

1.3.1 等离子体科学和技术的主要方面 5

1.3.2 等离子体科学和技术发展的状况 6

1.4 等离子体的性质 10

1.4.1 等离子体的准电中性 10

1.4.2 德拜屏蔽和德拜长度 10

1.4.3 等离子体的振荡和振荡频率 12

1.4.4 等离子体参量Λ 14

1.4.5 等离子体判据 15

1.4.6 电子温度和离子温度 15

1.4.7 沙哈方程 17

1.5 电磁场对带电粒子运动行为的影响 18

1.5.1 带电粒子在电场中的运动 18

1.5.2 带电粒子在磁场中的运动 19

1.5.3 带电粒子在恒定电、磁场中的运动 21

1.5.4 工业等离子体的磁约束 22

1.6 等离子体辐射 26

第2章 等离子体的发生 29

2.1 等离子体的主要发生方法 29

2.1.1 气体放电法 29

2.1.2 射线辐照法 33

2.1.3 光电离法 33

2.1.4 激光等离子体 33

2.1.5 热电离法 34

2.1.6 激波等离子体 35

2.2 汤生放电理论 36

2.2.1 汤生电离系数 36

2.2.2 电子雪崩 36

2.2.3 气体击穿 37

2.2.4 汤生第一电离系数α 39

2.3 气体击穿——罗可夫斯基理论 41

2.3.1 空间电离对放电的影响 41

2.3.2 自持放电的稳定过程 42

2.4 巴邢定律 43

2.5 击穿电压的影响因素 46

2.6 气体放电的相似定律 47

2.6.1 相似放电中各种参量之间的关系 47

2.6.2 相似放电中基本过程之间的关系 48

第3章 辉光放电及其特点 50

3.1 辉光放电的基本特征 50

3.2 辉光放电的组成区域 51

3.2.1 阴极区 51

3.2.2 过渡区 51

3.2.3 正柱区 52

3.2.4 阳极区 53

3.2.5 阴极位降实验规律 54

3.3 应用性短间隙异常辉光放电过程解析 54

3.3.1 放电区结构变化及电位分布特点 54

3.3.2 阴极区过程分析 56

3.3.3 阳极鞘层 61

3.3.4 等离子体鞘 63

3.4 高频辉光放电应用解析 66

3.4.1 高频等离子体的发生方法 66

3.4.2 高频等离子体反应装置的等效电路 67

3.4.3 电场频率对气体放电机制的影响 67

3.4.4 高频放电的效率 70

3.4.5 利用高频放电的原因 71

3.4.6 阻抗匹配网络 72

3.4.7 高频电极的自偏压 73

3.4.8 电位分布和高频鞘 74

3.4.9 等离子体电位 77

3.5 微波放电等离子体简介 78

3.5.1 微波等离子体的发生方法 79

3.5.2 电子回旋共振等离子体源 80

3.5.3 微波等离子体的特征 81

第4章 大气压条件下的等离子体放电 82

4.1 介质阻挡放电的特性和作用 82

4.1.1 介质阻挡放电的特性 82

4.1.2 介质阻挡放电的电压和电流特性 85

4.2 介质阻挡放电的主要参量 86

4.3 介质阻挡放电的机制 86

4.3.1 介质阻挡放电的击穿机理 86

4.3.2 介质阻挡放电的电场强度 88

4.3.3 微放电的主要特性和一些参量的关系 88

4.4 位移电流 91

4.5 介质阻挡放电的电子能量控制 91

4.6 介质阻挡放电的理论模拟计算 92

4.7 介质阻挡放电中自由基和准分子的形成 93

4.8 臭氧的产生 94

4.9 介质阻挡放电的等效电路 95

4.10 介质阻挡放电的功率 96

4.10.1 低频 96

4.10.2 低频下介质阻挡放电的李萨如图形 97

4.11 高频下介质阻挡放电的李萨如图形 98

4.12 功率因子F 99

第5章 低温等离子体中的基础过程 101

5.1 碰撞现象 101

5.1.1 速度分布 101

5.1.2 弹性碰撞和非弹性碰撞 102

5.1.3 碰撞截面 103

5.1.4 碰撞频率和平均自由程 104

5.1.5 等离子体中的能量流 104

5.1.6 能态和激励 105

5.2 主要元反应过程与等离子体的状态 107

5.2.1 电离 107

5.2.2 电离截面 109

5.2.3 正离子碰撞气体粒子引起的激发和电离 111

5.2.4 激发原子碰撞气体粒子引起的激发和电离 111

5.2.5 光电离 113

5.2.6 复合过程附着和离脱 113

5.2.7 等离子体的状态 116

5.3 等离子体与固体的表面相互作用 119

5.3.1 表面过程的类型和能量范围 119

5.3.2 离子与表面的相互作用 121

5.3.3 电子与表面的相互作用 128

5.3.4 中性物体与表面的相互作用 130

5.4 带电粒子在气体中的运动 131

5.4.1 带电粒子在气体中的热运动 131

5.4.2 带电粒子的漂移运动 135

5.4.3 带电粒子的双极性扩散运动 140

第6章 溅射制膜 143

6.1 不同的溅射方法 144

6.1.1 直流溅射 144

6.1.2 射频溅射 144

6.1.3 反应性溅射 145

6.1.4 磁控溅射 145

6.1.5 离子源 159

6.1.6 其他溅射方法 169

6.2 溅射的特性和机制 170

6.2.1 溅射率及其影响因素 170

6.2.2 溅射粒子 172

6.2.3 溅射机制 173

6.3 溅射制膜技术的应用 174

6.3.1 溅射制膜法的广泛适用性 174

6.3.2 高温材料的低温合成 174

6.3.3 单晶薄膜的低温合成 175

6.3.4 多层结构的连续形成 176

第7章 等离子体化学气相淀积（PCVD） 179

7.1 CVD技术的进展 179

7.2 PCVD技术的基本特征 180

7.3 PCVD装置 181

7.3.1 基本类型 181

7.3.2 总体结构 182

7.3.3 典型实用装置的特征 183

7.4 PCVD工艺参数与薄膜形成机制 184

7.4.1 PCVD膜的基本评价 184

7.4.2 氮化硅膜的特征与工艺参数 185

7.4.3 工艺参数对硼薄膜生长的影响 187

7.4.4 硅烷等离子体的反应与非晶硅形成机制 187

7.5 PCVD技术的应用 189

7.5.1 PCVD技术的广泛适用性 189

7.5.2 非晶硅及太阳能电池 190

7.5.3 PCVD法低压合成金刚石 191

7.5.4 超晶格材料的人工合成 193

7.5.5 PCVD法合成类金刚石薄膜 194

第8章 等离子体聚合和等离子体引发聚合 199

8.1 等离子体聚合 199

8.2 等离子体聚合发展史 199

8.2.1 等离子体聚合法及其特点 199

8.2.2 工艺条件的选择和控制 201

8.2.3 等离子体聚合反应的机理 205

8.2.4 等离子体聚合膜的结构与物理性能 208

8.2.5 等离子体聚合膜的特性和应用 209

8.2.6 等离子体聚合在印刷、包装、卫生等行业中的应用 214

8.3 等离子体引发聚合 220

8.3.1 等离子体引发聚合装置及其特点 220

8.3.2 烯类单体的等离子体引发聚合 221

8.3.3 环醚的固相开环聚合 224

第9章 高分子材料的等离子体表面改性 227

9.1 高分子材料的表面改性 227

9.1.1 界面物性控制技术概述 227

9.1.2 等离子体表面处理法的特点 227

9.2 等离子体在高分子材料表面的作用 228

9.2.1 等离子体对材料表面反应机理 228

9.2.2 等离子体与聚合物发生化学反应的原理 229

9.3 等离子体表面改性在包装复合材料生产工艺中的应用 237

9.4 制备新型高阻隔性材料 243

9.4.1 GT（SiOx）膜产生的原因 243

9.4.2 制作SiOx薄膜的方法 244

9.4.3 目前世界上SiOx膜的生产和研究情况 244

9.4.4 新的阻隔包装材料碳氢化合物涂层 248

9.4.5 特种材料包装 250

第10章 金属材料等离子体表面改性 253

10.1 离子氮化和离子渗碳 253

10.1.1 离子氮化 253

10.1.2 等离子体渗碳 254

10.2 等离子体氮化 254

10.3 等离子体氧化和等离子体阳极氧化 255

10.4 等离子体微弧氧化技术 256

10.4.1 概述 256

10.4.2 微弧氧化的基本原理和过程 257

10.4.3 微弧氧化陶瓷膜的制备方法 258

10.4.4 微弧氧化的特点 258

10.5 双层辉光离子渗金属技术 260

10.5.1 单元素渗 263

10.5.2 双元素共渗，Ni-Cr共渗研究 264

10.5.3 W-Mo共渗研究 265

10.5.4 双层辉光离子渗碳技术的应用研究 265

10.5.5 钛及钛合金表面合金化研究 266

10.5.6 双层辉光离子渗金属技术的基础理论研究 267

10.5.7 双层辉光离子渗金属技术的延伸 267

10.6 等离子体碳化、硼化等 268

第11章 等离子体诊断 270

11.1 概述 270

11.1.1 目的及其在科学发展中的地位 270

11.1.2 需要诊断的内容（等离子体参数） 270

11.1.3 常用的等离子体诊断手段和种类 270

11.1.4 实验的可靠性和误差 271

11.1.5 干扰与噪声及其消除方法 274

11.1.6 分辨率 275

11.2 静电探针测量 275

11.2.1 朗谬探针的测量原理及应用 275

11.3 等离子体光谱诊断 281

11.3.1 光谱诊断中的有关物理过程 281

11.3.2 光谱诊断设备 288

11.3.3 等离子体光谱空间分布测量 291

11.3.4 等离子体参数测量 293

11.3.5 等离子体谱线展宽 295

11.3.6 离子定向运动多普勒效应及应用 298

11.3.7 等离子体光谱时空分布测量的几种方法 299

11.3.8 光谱定量测量中几个问题 301

11.3.9 荧光光谱诊断 305