中篇-常压DBD等离子运用在金属丝退火上的工艺探讨

通过上篇分析，我们知道，运用常压DBD等离子给金属丝退火，是由带电粒子轰击产生的总温度（离子和电子）和中性电子的碰撞，让动能转化成热能，会不断加热金属丝表面达到退火温度。本篇主要是通过实验来进一步说明：

1 实验装置

该系统包括一个气体罐，一个电源，一个常压DBD介质阻挡等离子体反应器，一个光谱仪传感器和一个温度传感器，如图1所示。

连接电源的圆筒形常压DBD介质阻挡等离子体反应器如图2所示。

圆筒形常压DBD介质阻挡等离子体反应器的原理结构如图3所示

薄圆筒形铝电极（外电极）覆盖在电介质上以防止电弧，它是连接到一个电源。细铜线（内电极）通过等离子体反应器驱动，并连接到地面。在退火前，反应器中充满了气体，氦气，氩气或氮气（纯度＞99.9%）。 在退火过程中，将纯化的放电气体连续地送入等离子体反应器中，以辅助等离子体放电。使用数字示波器记录所施加的电压和电流波形，分别用高电压探头，线圈监测。 三个样品的延伸率的测量采用et-100西川，工业所需的延伸率为20%。

2 结果与讨论

2-1 常压DBD介质阻挡等离子体介电常数测量

在常压DBD介质阻挡等离子体退火系统中，介电常数对频率的依赖性是通过测量电极接触和CLR如图4所示。电介质材料是放置在双铝电极的之间，高电压、高频函数发生器用作电源。

如图4所示，介电介电常数对介电电压的依赖性是通过电容的

在平行电容的地方表示

其中S是介电面积、d是放电间隙、εr和ε0分别是介质和自由空间的介电常数。从方程（1）和（2）的介电常数（3）可以表示为

相比之下，CRL表是用来测量介电常数如图4所示。

从方程（3），介电常数对频率的依赖关系如图5所示。结果表明，在常压DBD介质阻挡等离子体中介电常数随频率的增加而增加。在45KHz，BN（氮化硼）和Al2O3（氧化铝）的介电常数分别为12.9和6.79。

2-2 常压DBD介质阻挡等离子体退火温度对频率的依赖性

图6显示了伸长率对频率的依赖性的实验结果。结果表明伸长率和输入频率之间呈弱正相关。当频率从30千赫到40千赫，伸长率略有增加。因此，我们估计频率对退火温度没有影响。

2-3 常压DBD介质阻挡等离子体退火温度对介电材料的依赖性

在这部分中，观察到电介质的材料对退火条件的影响。图7显示了与介电常数的延伸率的比较。

这一结果表明，伸长率强烈依赖于介电质材料。使用氮化硼的伸长率比使用二氧化硅高。根据一些介电材料（二氧化硅，氧化铝，氮化硼和玻璃）的性能的比较，我们承认，电介质具有较高的介电常数是更有效地达到退火温度。电介质的物理特性，如热膨胀和熔点，也很重要。例如，我们实验用的氧化铝由于其较大的热膨胀，持续时间长的退火采用水冷电极会突然破裂。对于最佳的退火结果，氮化硼是一个很好的选择的介电材料。

2-4 常压DBD介质阻挡等离子体退火温度与介质厚度的关系

图8显示了延伸率对介质层厚度的影响。这一结果表明，退火效果强烈地依赖于介电层厚度。相比伸长率，使用薄电介质的伸长率比使用厚的更高的速率。

2-5 常压DBD介质阻挡等离子体退火温度与介质尺寸的关系

图9显示了伸长率和电介质直径的关系。电介质的直径尺寸是弱影响延伸率。值得注意的是，当铜线被牵引通过反应器时，颤振运动改变了导线表面的放电间隙长度和加热点、退火结果。此外，在宽的反应器中退火的细铜丝，由于流光长度密度降低引起细导线表面出现变色和不均匀。为了获得稳定的放电状态，减少放电间隙长度通常是必要的。然而，降低反应器间隙减小了放电面积，从而降低了退火温度。 （未完待续）

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