热等离子体技术在材料制备、高温焊接、切割、喷涂、镀膜、刻蚀、空气净化等领域得到了广泛应用。自21世纪以来,热等离子体技术在航空航天领域前沿创新技术研究中发挥了重要作用,已经演化为备受关注的交叉学科。热等离子体技术应用的基础是如何产生热等离子体。
《航天科技出版基金 热等离子体:基础与应用.第1卷》从热等离子体的基础理论出发,主要介绍了等离子体概念、原子与分子理论、动力学理论、等离子体热力学及输运辐射等计算方法、对研究热等离子体中微观粒子的碰撞、输运、热力学、辐射等特性具有较大参考价值,可为热等离子体发生装置设计提供理论指导
最近十年,热等离子体技术已经演化为备受关注的交叉学科。热等离子体技术主要应用于材料加工方面,包括冶金提炼、金属和合金的熔化与精炼、等离子体化学合成、等离子体化学气相沉积、等离子体与电弧喷涂、等离子体废料销毁、高级陶瓷的等离子体合成等。
尽管在这些应用中有些技术已经很成熟了,如等离子体弧焊、等离子体切割、电弧喷涂、大气与真空等离子体喷涂等,但目前的研究表明,这些技术的精化和优化,特别是智能加工与自动化仍然处于研究方向的前沿。超细甚至纳米级粒子的等离子体合成、薄膜的等离子体化学气相沉积、有毒废料的等离子体销毁都是热等离子体的新应用,这些新应用仍处于发展的初级阶段。
对于在上述领域中承担设计与研发项目的工程师与研究人员来说,他们面对的主要困难是必须获取大量的学科知识,包括等离子体物理学、统计热力学、高温化学动力学、高等输运现象以及材料科学等。通常,关于热等离子体技术的出版物散布在各种科学期刊中,这使得专家和新手很难跟踪该领域的进展。
过去20年里,在积极参与该领域,并教授了涵盖热等离子体技术不同研究方向的大学课程与继续教育课程的基础上,我们决定将我们的知识和各种各样的经验与背景,集成到一本专门介绍热等离子体技术的基础与应用的参考教科书中。本书面向执业工程师和研究人员,以便对所涉及的主要基本概念进行简单而清晰的回顾,而不是对该学科进行详尽的研究。本书也可以作为进入热等离子体技术领域研究生的入门教材。在每章的后面给出了对相应主题进行更深入研究的大量参考文献。
由于该学科所涉及内容的多样性,不可能在一卷书中覆盖全部内容。因此,我们将本书分为两卷出版,第1卷主要包括等离子体物理和气体电子学、等离子体热力学和输运特性等最基本的概念,而第2卷注重于讨论等离子体生成的工程展望、等离子体状态下的输运现象、诊断技术、热等离子体的工业应用等工程方面的问题。
第1章 等离子体态
1.1 等离子体态的基本定义
1.1.1 什么是等离子体
1.1.2 等离子体温度
1.1.3 不同类型的等离子体
1.2 热等离子体的生成
1.2.1 高强度电弧
1.2.2 热射频放电
1.2.3 微波放电
1.3 热等离子体特性
1.3.1 等离子体构成
1.3.2 热力学特性
1.3.3 通量与输运特性
1.4 热等离子体技术
1.4.1 等离子体沉积
1.4.2 超细粉末的等离子体合成
1.4.3 热等离子体分解
1.4.4 等离子体冶金
1.4.5 等离子体致密
1.4.6 等离子体焊接与切割
符号表
常用书目
参考文献
第2章 原子与分子基本理论
2.1 原子模型
2.1.1 玻尔模型
2.1.2 线发射
2.1.3 线吸收
2.1.4 弗兰克一赫兹(Franck-Hertz)实验
2.2 氢原子及其本征函数
2.2.1 薛定谔(Schrodinger)方程
2.2.2 薛定谔方程的解
2.2.3 量子数
2.2.4 概率分布
2.3 更复杂原子的结构
2.3.1 原子结构
2.3.2 原子的电子态
2.3.3 电子构型的命名
2.4 双原子分子的激发态
2.4.1 能态
2.4.2 双原子分子电子态的分类
2.4.3 分子光谱的概述
……
第3章 动力学理论
第4章 气体电子学的基本原理
第5章 等离子体方程的推导
第6章 热力学特性
第7章 输运特性
第8章 辐射输运
附录