專利名稱：霧態(tài)氣體的制備及通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)氣體放電形成新材料的方法，更具體地，本發(fā)明涉及霧態(tài)氣體的
制備及通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料的方法和霧態(tài)氣體產(chǎn)生設(shè)備及電源設(shè)備。
背景技術(shù)：
早在1835年Faraday就發(fā)現(xiàn)了低氣壓下氣體放電現(xiàn)象、歷經(jīng)百余年，氣體放電的應(yīng)用極為廣泛，已用于電光源、激光、金屬材料及高分子材料改性、半導(dǎo)體、集成電
路......。上述的氣體放電都是單純的氣體放電，僅以材料工業(yè)為例如等離子滲氮采
用氮、氫氣體《張國(guó)慶等0Crl7Nil2Mo2奧氏體不銹鋼低溫等離子滲氮研究[J]金屬熱處理.2008. 33(8) 138 141》。離子鍍技術(shù)用的是氬氣《張鈞趙彥輝多弧離子鍍技術(shù)與應(yīng)用[M]北京冶金工業(yè)出版社2007》。等離子體織物改性用空氣、氧、氮、含氟氣體等《中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1318664. A》。放電介質(zhì)都是氣體，而本發(fā)明與單一氣體比較，霧態(tài)氣體AI (m)由多種物質(zhì)形態(tài)組成，單質(zhì)和/或化合物選擇范圍更寬的霧態(tài)氣體進(jìn)行氣體放電——霧態(tài)氣體放電。應(yīng)用此霧態(tài)氣體放電來(lái)形成新材料。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供了一種霧態(tài)氣體的產(chǎn)生方法。 第二方面，本發(fā)明提供了一種通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料的方法。 另一方面，本發(fā)明提供了霧態(tài)氣體產(chǎn)生設(shè)備及電源設(shè)備等，即通過(guò)霧態(tài)氣體放電
形成新材料的設(shè)備。 本發(fā)明的放電是在一定的溫度、壓力條件下，在含有微納固體、液體的霧態(tài)氣體
中，以霧態(tài)氣體放電形式，在自行設(shè)計(jì)的設(shè)備中形成新的材料。 第一方面，本發(fā)明提供了霧態(tài)氣體產(chǎn)生的方法。該方法包括步驟 1)第一容器。容器或容器局部某特定區(qū)域的壓力和溫度是可設(shè)定的。 2)在第二容器中提供固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物，所述第二容器位于第一容
器之內(nèi)或之外。 3)改變第二容器中的溫度或/和壓力，使位于第二容器中的固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物進(jìn)入第一容器產(chǎn)生霧態(tài)氣體，該霧態(tài)氣體彌散在第一容器或第一容器局部。
第二方面，本發(fā)明提供了一種通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料的方法。該方法包括步驟 1)提供有待在其中形成新材料的裝置或有待改性的材料，將其放入第一容器中，
2)通入預(yù)處理氣體，并產(chǎn)生火花或弧光放電，隨后轉(zhuǎn)為輝光放電，利用輝光放電對(duì)所述裝置或材料進(jìn)行預(yù)處理； 3)加熱或冷卻在第一容器中的裝置或有待改性的材料，達(dá)到并保持在-210°C 1400°C ;
4)按第一方面所述方法產(chǎn)生單質(zhì)或/和化合物的霧態(tài)氣體； 5)啟動(dòng)電源設(shè)備，在第一容器中的兩電極間產(chǎn)生霧態(tài)氣體放電，在第一容器的指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，在特定裝置中形成新材科或?qū)Σ牧线M(jìn)行霧態(tài)氣體放電改性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述霧態(tài)氣體放電不限于單一的霧態(tài)放電，而
是多種霧態(tài)放電多次進(jìn)行，如 A (m)放電+J (m)放電+D (m)放電+...... 其中A(m)、J(m)、D(m)分別表示不同的霧態(tài)氣體。 在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，可以使通常的氣體放電、PVD、 CVD、濺射等與
本發(fā)明的霧態(tài)氣體放電方法交替進(jìn)行。如普通氣體放電等+J(m)放電等。 在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，多種霧態(tài)放電與多種普通氣體放電多次進(jìn)行，
如 A(m)放電+普通氣體放電等+J(m)放電+D(m)放電+另 一種普通氣體放電等 其中A (m) 、 J (m) 、 D (m)分別表示不同的霧態(tài)氣體。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述待改性材料是單質(zhì)、化合物，并且包括但不限于
金屬及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纖維、石墨、金剛石、碳纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯
等聚合物；棉、麻、毛、絲、木材等天然纖維；粘膠纖維、蛋百質(zhì)纖維等人造纖維；氨綸、滌綸、
芳綸、尼龍等合成纖維；以及上述材料的鍍層、涂層、滲層、復(fù)合層等。 用于實(shí)施本發(fā)明的霧態(tài)氣體放電方法的設(shè)備主要包括下列部分 1)第一容器，該容器包含使容器或容器局部某特定區(qū)域達(dá)到指定壓力的壓力系
統(tǒng)； 2)第二容器，該第二容器位于第一容器之內(nèi)或之外并且裝有單質(zhì)或化合物，該第二容器包含使該第二容器達(dá)到指定壓力的第二壓力系統(tǒng)； 3) —個(gè)或多個(gè)加熱或冷卻裝置，這些加熱、冷卻裝置分別用于加熱或冷卻材料、單質(zhì)或/和化合物、容器或局部區(qū)域的溫度，以便使材料、單質(zhì)或/和化合物、容器或局部區(qū)域達(dá)到指定溫度； 4)在第一容器內(nèi)的電極或陰極和陽(yáng)極，有待產(chǎn)生新材料的裝置或有待處理的材料放在兩電極間或電極上；產(chǎn)生電流和電壓的電源，并可以對(duì)電壓電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，供給兩電極以產(chǎn)生霧態(tài)氣體放電。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電源可以為直流、直流脈沖、交流、微波、射頻、高頻等電源。 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通常的PVD、 CVD、濺射、離子鍍等可以在本發(fā)明的設(shè)備中進(jìn)行。 在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，霧態(tài)氣體可以是不同時(shí)間多次得到兩種或兩種以上的單質(zhì)和/或化合物組成的霧態(tài)氣體，即可以是八11(!11)+八12(111)+八13(111)+...等組成，
其中AIJm)、Al2(m)、Al3(m)等分別表示不同組成的霧態(tài)氣體。


圖1示出了用于實(shí)施本發(fā)明的霧態(tài)氣體放電方法的設(shè)備的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的霧態(tài)氣體放電方法詳述如下。 A)第一容器(1)中，設(shè)有電極或設(shè)有陰極和陽(yáng)極。有特定裝置(5)放在電極上或 電極之間，其內(nèi)形成新材料、或被改性的材料C放在其中。有加熱或冷卻裝置(6)，溫度控制 由材料溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)(7)(以下簡(jiǎn)稱材料溫度系統(tǒng))。可使材料C達(dá)到并保持在指定 溫度。 B)固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物A :裝在第二容器(22)中，放在第一容器(1)內(nèi) 部或外面。當(dāng)兩容器導(dǎo)通時(shí)，容器(22)出口處的壓力與第一容器(1)相同。為了使A達(dá)到 并保持在指定溫度，由加熱或冷卻裝置(23)溫度測(cè)量控制由化合物系統(tǒng)(24)(以下簡(jiǎn)稱化 合物溫度系統(tǒng))承擔(dān)；為了使第二容器保持在指定壓力，有抽氣裝置(25)自控儀器及閥組 成的壓力控制系統(tǒng)(26)(以下簡(jiǎn)稱化合物壓力系統(tǒng))。 C)第一容器(1)中，有充氣、壓縮、抽氣裝置(11)自控儀器及閥組成的壓力控制系 統(tǒng)(12)(以下簡(jiǎn)稱容器壓力系統(tǒng))，使整個(gè)容器達(dá)到并保持在指定壓力。
并有充氣、壓縮、抽氣裝置(ll')自控儀器及閥組成的壓力控制系統(tǒng)(12')(以下 簡(jiǎn)稱區(qū)域壓力系統(tǒng))，使容器某區(qū)域達(dá)到并保持在指定壓力。 D)第一容器內(nèi)或外，設(shè)置加熱或冷卻裝置(8)，溫度測(cè)量和控制由系統(tǒng)(9)(以下 簡(jiǎn)稱容器溫度系統(tǒng))使容器達(dá)到并保持在指定溫度； 并設(shè)置加熱或冷卻裝置(8')，溫度測(cè)量和控制由系統(tǒng)(9')(以下簡(jiǎn)稱區(qū)域溫度系 統(tǒng))使某區(qū)域達(dá)到并保持在指定溫度。 E)第一容器(1)有氣體入口 (10);可供指定數(shù)量的氣體由此進(jìn)入，當(dāng)單質(zhì)或/和 化合物A放在低壓容器外時(shí)，也可由此進(jìn)入。 F)啟動(dòng)抽氣裝置(11)壓力控制系統(tǒng)(12)，使密閉容器中成為負(fù)壓。 當(dāng)密閉容器達(dá)到中達(dá)到最低壓力；啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(ll)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)
處理氣體。 G)第一容器(1)中，設(shè)置陰極(2)、陽(yáng)極(3)，或兩電極(2' ) (3');電極間有產(chǎn)生 電流、電壓的電源(4)。電源是直流、直流脈沖、交流、微波、射頻、高頻等任一方式；電源系 統(tǒng)(4)供電并對(duì)電壓、電流進(jìn)行測(cè)量與控制。 H)啟動(dòng)材料溫度系統(tǒng)(6) (7)使特定裝置或被改性材料C達(dá)到并保持在某個(gè)一定 溫度。 I)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，電極間產(chǎn)生輝光放電，在容器指定壓力下如1.3Pa 50Pa，對(duì)特定裝置或被改性材料C表面進(jìn)行預(yù)處理。 J)啟動(dòng)材料溫度系統(tǒng)(6) (7)，及輝光放電的熱效應(yīng)使特定裝置或被改性材料C溫 度不斷上升，依工藝要求升至指定溫度。 K)采用霧態(tài)氣體形成方法得到霧態(tài)氣體AI (m)。方法如下 [1]對(duì)單質(zhì)和/或化合物A，在溫度T。時(shí)的飽和蒸氣壓為P。；當(dāng)溫度T。不變，容器 內(nèi)壓力小于P。；或P。不變，容器內(nèi)溫度大于T。時(shí)，A均為氣體狀態(tài)。 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度T保持在T。，啟動(dòng)容器壓力系(11) (12) 使第一容器的壓力P保持在P。。
啟動(dòng)裝置(23)電源及溫度測(cè)量控制化合物系統(tǒng)(24)使放在第二容器(22)中的 單質(zhì)或/和化合物A， A的溫度超過(guò)T。，由于第一容器(1)與容器(22)出口處相同，保持在 P。， A氣化進(jìn)入容器。此時(shí)，第一容器中壓力增大，壓力系統(tǒng)使密閉容器壓力保持在指定壓 力。預(yù)處理氣體逐漸減少第一容器中只有A氣體或殘留極少量預(yù)處理氣體?；虬葱枰媪?部分預(yù)處理氣體。 (a)在第一容器內(nèi)，啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使容器溫度T保持在T。啟動(dòng)容器壓 力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器的壓力P大于P。，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米的液態(tài)A或固態(tài)A ;
微納米液態(tài)A或固態(tài)A懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A (m);
即T = T。， P > P。時(shí)，A(g) — A(s、 1)+A(g) — A(m)。 (b)在第一容器內(nèi)，啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使容器溫度T保持在T。啟動(dòng)區(qū)域壓 力控制系統(tǒng)(16' ) (17')使容器某區(qū)域的壓力P大于P。，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米的液態(tài) A或固態(tài)A ; 微納米的液態(tài)A或固態(tài)A懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A (m);
即T = T。， P > P。時(shí)，A(g) — A(s、 1)+A(g) — A(m)。
(c)在第一容器內(nèi)，啟動(dòng)容器壓力系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力P保持在P。，啟動(dòng)容器 溫度系統(tǒng)(8) (9)使容器內(nèi)溫度T小于T。，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米的液態(tài)A或固態(tài)A;微 納米的液態(tài)A或固態(tài)A懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A (m);
即p = p。， T < T0時(shí)，A(g) — A(s、 1)+A(g) — A(m)。(d)在第一容器內(nèi)，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(ll) (12)使容器壓力P保持在P。，啟
動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8') (9')或由于散熱快，如靠近爐壁處形成低溫區(qū)域，使容器內(nèi)某區(qū)域溫
度T小于T。，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米的液態(tài)A或固態(tài)A ; 微納米的液態(tài)A或固態(tài)A懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A(m); 即p = p。， T < T0時(shí)，A(g)A(s、 1)+A(g) — A(m)。 當(dāng)容器中存在不與A起化學(xué)反應(yīng)的氣體H時(shí)，形成霧態(tài)氣體I (m); 即A(m)+H(g) — I (m); [2]設(shè)第一容器(1)中有預(yù)處理氣體或氣體H(g)，溫度低于T。， 在第二容器(22)中，啟動(dòng)化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使A的溫度升高，超過(guò)T。而氣化。 但第一容器(1)中的溫度低于T。，A氣體進(jìn)入第一容器(1)后，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)?微納米液態(tài)A或固態(tài)A，即成為霧態(tài)A(m);霧態(tài)A(m)在密閉容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第 一容器(1)中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在某設(shè)定壓力P ;氣體H(g)逐漸減
少，在A的飽和蒸氣壓是夠大時(shí)接近為零；第一容器(1)中只有霧態(tài)A(m)。 —般說(shuō)H(g)占有一定比例 即在容器中 A (m) +H (g) — I (m)。 [3]在第一容器中有霧態(tài)A(m)，通過(guò)氣體放電濺射、磁控濺射、離子注入等物理方 法，將單質(zhì)或/和化合物E轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米的固態(tài)或液態(tài)?；蛑苯油ㄈ胛⒓{米的固態(tài)或液態(tài)。
E (s、 1)懸浮在A (m)中，形成霧態(tài)氣體F (m)
即A(m)+E(s、 l)F(m);
當(dāng)容器中存在不與A起化學(xué)反應(yīng)的氣體H時(shí)，形成霧態(tài)氣體J(m);
即F(m)+H(g) — J(m)。 [4]在第一容器中，有霧態(tài)的單質(zhì)或/和化合物A(m)或A (g)、霧態(tài)的單質(zhì)或/和 化合物B(m)或B(g)。 A與B產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成微納米固態(tài)或液態(tài)M(s、l)，氣體N(g)。
艮卩A(m)+B(m) — M(s、l)+N(g) — C(m)
A(m)+B(g) — M(s、l)+N(g) — C(m)
A(g)+B(m) — M(s、l)+N(g) — C(m) 霧態(tài)C(m)是反應(yīng)產(chǎn)物，也可以是反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)后剩余的A或B組成。
當(dāng)容器中存在不與A、B起化學(xué)反應(yīng)的氣體H時(shí)，形成霧態(tài)氣體K(m);
即C(m)+H(g) — K(m)。 [5]在第一容器中，霧態(tài)的單質(zhì)或/和化合物A(m)分解，形成微納米固態(tài)或液態(tài) M(s、l)，氣體N(g)。 艮卩A(m) — M(s、 1)+N(g) — D(m) 霧態(tài)D(m)是反應(yīng)產(chǎn)物，也可以是反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)后剩余的A(m)組成。
當(dāng)容器中存在不與A起化學(xué)反應(yīng)的氣體H時(shí)，形成霧態(tài)氣體L(m);
即D(m)+H(g) — L(m)。 [6]在第一容器中，按上述1、2、3、4、5、形成條件，所形成的霧態(tài)氣體A(m)B(m) C(m)D (m) I (m) J(m)K(m) L(m)統(tǒng)稱為霧態(tài)氣體AI (m)。是一次或不同時(shí)間多次得到兩種或兩
種以上的單質(zhì)和/或化合物組成的霧態(tài)氣體。即可以是八11(!11)+八12(111)+八13(111)+...等組成。 霧態(tài)氣體AI(m)的特征是由于氣態(tài)中懸浮微納米固、液體；霧態(tài)氣體AI(m)透明 度低；相同電壓、電流、氣壓、溫度條件下，輝光的形貌與氣體放電不同。
L)啟動(dòng)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的單 質(zhì)或/和化合物按工藝達(dá)到指定的數(shù)量。 M)在以上產(chǎn)生的霧態(tài)氣體AI(m)中，啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，兩電極間或陰陽(yáng)極間產(chǎn)生 電壓，在電場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生氣體放電。 N)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)的兩極間電壓、 電流，在霧態(tài)氣體放電產(chǎn)生的熱效應(yīng)下，特定裝置(5)或被改性材料C溫度不斷上升，依工 藝要求升至指定溫度，霧態(tài)放電保持一定時(shí)間(依工藝要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下得到新材料?；虮桓男圆牧螩得到不同的物理 化學(xué)性能，成為新的材料。 霧態(tài)氣體放電不限于單一的霧態(tài)放電，而是多種霧態(tài)放電多次進(jìn)行，如
A (m)放電+J (m)放電+D (m)放電+...... 霧態(tài)氣體放電和通常的氣體放電、PVD、 CVD、濺射等、能夠與本發(fā)明的方法交替進(jìn) 行。如普通氣體放電等+J(m)放電。 多種霧態(tài)放電與多種普通氣體放電多次進(jìn)行，如 A(m)放電+普通氣體放電等+J(m)放電+D(m)放電+另 一種普通氣體放電等 通常的PVD、 CVD、濺射、離子鍍、等能在本發(fā)明的設(shè)備中進(jìn)行。 材料C是單質(zhì)或化合物，包括但不限于金屬及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纖維、石墨、金剛石、碳纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等聚合物、橡膠、棉、麻、毛、絲、木材等天 然纖維；粘膠纖維、蛋白質(zhì)纖維等人造纖維、氨綸、滌綸、芳綸、尼龍等合成纖維，以及上述材 料的鍍層、涂層、滲層、復(fù)合層等。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于霧態(tài)氣體AI(m)的存在，在密閉容器中，單位體積的霧態(tài) 氣體中A的濃度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單位體積的氣體中A的濃度；在一些特定條件下物理化學(xué)反應(yīng)更 容易進(jìn)行，能形成新的材料并有更高的效率。 與單一氣體比較，霧態(tài)氣體AI (m)由多種物質(zhì)形態(tài)組成，單質(zhì)及化合物選擇范圍 更寬， 又由于霧態(tài)形成時(shí)，P不變T < T。， T不變P 〉P。，霧態(tài)氣體放電與常規(guī)氣體放電
比較，可以在更低溫度或更高壓力下進(jìn)行。 實(shí)施例 實(shí)施例1.通過(guò)霧態(tài)氯化鋁氣體放電在金屬材料表面形成滲鋁層
霧態(tài)氣體A(m) :AlCl3，在T。 = 96. 7。C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa
改性材料C:模具鋼H13 A)第一容器(1)中，將特定裝置(5)放在在陰極上，其中待改性材料模具鋼H13放 在第一容器(1)內(nèi)面。加熱或冷卻裝置(6)，由材料溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)(7)(以下簡(jiǎn)稱材 料溫度系統(tǒng))進(jìn)行溫度控制，可使材料C :模具鋼H13達(dá)到并保持在指定溫度1\。
B)固態(tài)化合物A1C13裝在第二容器(22)中放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。為了 使AlCl3達(dá)到并保持在指定溫度T4，由加熱或冷卻裝置(23)電源及溫度測(cè)量控制由化合物 系統(tǒng)(24)(以下簡(jiǎn)稱化合物溫度系統(tǒng))承擔(dān)。 C)第一容器(1)中，有充氣、抽氣裝置(11)自控儀器及閥組成的壓力控制系統(tǒng) (12)(以下簡(jiǎn)稱容器壓力系統(tǒng))，使整個(gè)容器達(dá)到并保持在指定壓力。 并有充氣、抽氣裝置(ll')自控儀器及閥組成的壓力控制系統(tǒng)(12')(以下簡(jiǎn)稱 區(qū)域壓力系統(tǒng))，使容器某區(qū)域達(dá)到并保持在指定壓力。 D)在第一容器內(nèi)或外，設(shè)置加熱或冷卻裝置(8)，溫度測(cè)量和控制由系統(tǒng)(9)(以 下簡(jiǎn)稱容器溫度系統(tǒng))使容器達(dá)到并保持在指定溫度。 并在某區(qū)域設(shè)置加熱或冷卻裝置(8')，溫度測(cè)量和控制由系統(tǒng)(9')(以下簡(jiǎn)稱區(qū) 域溫度系統(tǒng))使某區(qū)域達(dá)到并保持在指定溫度。 E)第一容器(1)有氣體入口 (10);可供指定的氣體由此進(jìn)入。 F)啟動(dòng)抽氣裝置(11)壓力控制系統(tǒng)(12)，使密閉容器中成為負(fù)壓。 當(dāng)密閉容器達(dá)到中達(dá)到1.3Pa;啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，經(jīng)過(guò)氣體入口
(10)通入預(yù)處理Ar。 G)第一容器(1)中，設(shè)置陰極(2)、陽(yáng)極(3)，陰極與陽(yáng)極之間由高壓電源系統(tǒng)(4)
提供0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，并對(duì)電壓、電流進(jìn)行測(cè)量與控制。 H)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，電極間產(chǎn)生輝光放電，在容器指定壓力下如1.3Pa
50Pa，對(duì)被改性材料C :模具鋼H13表面進(jìn)行預(yù)處理。 I)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器達(dá)到133Pa。 J)采用霧態(tài)氣體形成方法得到A1C13霧態(tài)氣體AI (m)，方法如下 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度達(dá)IO(TC。
啟動(dòng)化合物溫控系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容器(22)中的A :A1C13的溫度達(dá) 12(TC超過(guò)T。，由于容器(22)出口處與第一容器(1)相同，其壓力已達(dá)到133Pa，等于P。，A: AlCl3氣化進(jìn)入第一容器(1)。此時(shí)，容器中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使密閉容器壓力保持在133Pa。預(yù)處理氣體逐漸 減少并接近為零；第一容器中只有A1C13氣體。 (a)啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8' ) (9')使第一容器內(nèi)材料C附近或第一容器外殼溫度 達(dá)80°C小于T。，部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米液態(tài)A或固態(tài)A。懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體 A(m) 即p = p。， T < T0時(shí)，A(g) — A(s、l)+A(g) — A(m)。 (b)或當(dāng)?shù)谝蝗萜鳒囟染S持IO(TC，啟動(dòng)化合物溫控系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容 器(22)中A1C13的溫度達(dá)12(TC超過(guò)T。，由于容器(22)出口處與第一容器(1)相同，其壓 力已達(dá)到133Pa，等于P。， AlCl3氣化進(jìn)入第一容器(1)。容器中壓力增大，此時(shí)啟動(dòng)容器的 氣體入口處(IO')的區(qū)域壓力系統(tǒng)(11')(12')及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)，使該區(qū)域的 壓力為150Pa，大于P。部分氣態(tài)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米液態(tài)A或固態(tài)A。懸浮在氣體A中，形成霧 態(tài)氣體A(m);即T二T。，P〈P。時(shí)，A(g) — A(s、l)+A(g) — A(m)。 K)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)、化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)及容器溫度系統(tǒng)(8) (9)、 容器壓力系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中的化合物A1C13按工藝保持一定數(shù)量。
L)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨模具鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電 場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 M)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)的兩極間電壓、 電流，霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電，在輝光放電的熱效應(yīng)下，模具鋼C溫度不斷 上升，依模具鋼滲層的要求升至指定溫度Tl，如為550°C 。 N)在霧態(tài)放電的作用下，霧態(tài)AlCl3在550。C模具鋼附近分解2A1C13 — 2A1+3C12 成為霧態(tài)D (m)，霧態(tài)放電保持2小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，模具鋼(5)表面形成Fe、Al固溶體F^Al5、 Fe3Al、FeAl、FeAl2、FeAl3等。 用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Ni 、 Cr 、 Ti 、 Cu、 Mo、 Nb、 W、 Mg等各
種金屬及其合金，表面形成A l的多種合金、化合物層。 實(shí)施例2.通過(guò)霧態(tài)氯化銨氣體放電在金屬材料表面形成氮化物滲層
霧態(tài)氣體A(m) :NH4C1 T。 = 162。C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa
改性材料C : 35CrMo氮化鋼。
所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料35CrMo氮化鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)固體化合物M^C1裝在第二容器(22)中，放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)控制系統(tǒng)(11) (12)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處
理氣體^。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料C :35CrMo氮化鋼。表面進(jìn)行預(yù)處理。 F)材料C 35CrMo預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力系(11) (12)使第一容器的壓力達(dá)到 50Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)升、降溫及溫控系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在170°C。 由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)到50Pa。啟動(dòng)升、啟動(dòng)
化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使在第二容器(22)中的A :固態(tài)NH^1的溫度超過(guò)19(TC，A氣化
進(jìn)入第一容器，氣態(tài)化合物NH^1在第一容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器壓力保持在133Pa ;惰性氣體逐漸減
少根據(jù)滲層要求達(dá)到一定比例，如，40%。第一容器(1)中有氣態(tài)M^C1、N2。 啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8') (9')使容器內(nèi)材料C附近材料C附近或第一容器外殼溫
度小于T。為120°C。部分氣態(tài)A:NH4C1轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米液態(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧
態(tài)氣體A(m);或啟動(dòng)溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度小于T。形成霧態(tài)氣體A(m)。 H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)及容器溫度系統(tǒng)(8)
(9)、容器壓力系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中的化合物NH4C1保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨35CrMo鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，
在電場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 J)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極間電
壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電。35CrMo鋼C溫度不斷上升。依35CrMo
鋼滲層的要求升至指定溫度，如為550°C。K)在霧態(tài)放電的作用下，霧態(tài)NH^1在模具鋼附近分解
2NH4C1 — N2+3H2+2HC1 霧態(tài)放電保持4小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，35CrMo氮化鋼表面形成Fe4N、 F^N、等滲層。 較通常滲氮，厚度提高％ 20以上。用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Ni、 Cr、 Ti、 Cu、 Al、 Mg、 W、 Mo等金
屬及其合金，表面形成氮的化合物層。 實(shí)施例3.通過(guò)霧態(tài)硫氣體放電在金屬表面形成滲硫?qū)踊蛄蚺c硫化物的復(fù)合層
霧態(tài)氣體A(m):單質(zhì)硫T。 = 144. 5。C下，飽和蒸氣壓P。 = 13. 3Pa
改性材料C:GCr 15軸承鋼
所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料GCrl5鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)固體化合物單質(zhì)硫裝在第二容器(22)中，放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)抽氣裝置(11)壓力控制系統(tǒng)(12)，使第一容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣
體朋3。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在容器指定壓力下如1.3Pa 50Pa，對(duì)材料GCrl5鋼的表
面進(jìn)行預(yù)處理。
F)材料GCrl5鋼預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力達(dá) 到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在100°C 。 由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1. 3Pa。啟動(dòng)化合物溫
度系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容器(22)中的A :單質(zhì)硫的溫度超過(guò)190°C ， A氣化進(jìn)入容器。 由于第一容器(1)溫度低于T。，氣體硫進(jìn)入第一容器(1)后，部分硫即成為微納米
的液、固體，即霧態(tài)硫A(m)，霧態(tài)硫在密閉容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器(1)中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在13. 3Pa ;氣體朋3逐漸減 少；低壓容器中霧態(tài)硫AI(m)增多。 H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)及容器溫度系統(tǒng)(8) (9)、容器壓力系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中的單質(zhì)硫保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，可隨GCrl5鋼性能要求來(lái)確定，在
電場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 J)運(yùn)用電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光
放電。GCrl5鋼C溫度不斷上升。依GCrl5鋼滲層的要求升至指定溫度Tl，如為140°C。霧
態(tài)放電保持2小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。 K)啟動(dòng)化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使硫快速升至300°C ，霧態(tài)硫大量進(jìn)入，第一容 器，壓力升高。 L)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11)(12)，化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使壓力保持 500Pa。 固體鉬粉通入第一容器S2. +Mo — Mo S2或直接通入Mo S2，形成霧態(tài)J (m)。
N)運(yùn)用電源系統(tǒng)(4)化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)，區(qū)域溫度 系統(tǒng)(8' ) (9')，材料溫度系統(tǒng)(6) (7)使軸承鋼溫度保持14(TC保溫10 50分鐘。
0)關(guān)閉電源(4)，容器加熱系統(tǒng)(8) (9)。 P)當(dāng)?shù)谝蝗萜鲏毫_(dá)2000Pa(依復(fù)合層厚度而定)。關(guān)閉化合物加熱系統(tǒng)(24) (23)。 這樣，在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，軸承鋼(5)表面形成Fe、 S的固溶體及 化合物FeS、 FeS2等。并在其上形成了 S+MoS2復(fù)合材料。 用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Ni、Ti、Cu、Mo、Nb、W、Mg、Al等金 屬及其合金，表面形成S的固溶體、化合物層及復(fù)合材料層。 硫的化合物之上，除Mo^以夕卜，還可以通入WS2、石墨、等微納米固液體，形成相應(yīng) 的復(fù)合材料。 根據(jù)需要，可以濺少J、K、L、M、N、0步驟，則軸承鋼(5)表面只形成F e、S的固溶 體及化合物FeS、FeS2等。 實(shí)施例4.霧態(tài)丙烯酸氣體放電對(duì)化纖改性 霧態(tài)氣體A(m):液態(tài)丙烯酸。T。 = 39。C，飽和蒸氣壓P。 = 1330Pa
改性材料C :化學(xué)合成纖維滌綸。
所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料滌綸放在兩極之間的特定裝置(5')中。
B)液體化合物A :液態(tài)丙烯酸放在第一容器(1)外面。
C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(ll)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣 體空氣。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在第一容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料滌綸表面 進(jìn)行預(yù)處理。 F)材料滌綸預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力達(dá)到 1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在40°C 。 由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1. 3Pa。啟動(dòng)化合物溫
度系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容器(22)中的A:丙烯酸的溫度超過(guò)4(TC，A氣化進(jìn)入容器。 氣態(tài)丙烯酸在第一容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器壓力保持在600Pa ;空氣逐漸減少并
接近為零；第一容器(1)中只有丙烯酸。 啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8') (9')使第一容器內(nèi)局部(材料C附近)溫度T小于15°C。 部分氣態(tài)A :丙烯酸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓?xì)米液態(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A (m)。
H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)及容器溫度系統(tǒng)(8) (9)、容器壓力系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中的丙烯酸保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電場(chǎng)作用 下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 J)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極間電 壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電。滌綸C溫度不斷上升。依滌綸性能的 要求升至指定溫度ll(TC。霧態(tài)放電保持1小時(shí)(依滌綸性能要求而定)。
在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，纖維表面接枝親水性的含氧極性基團(tuán)，如-OH基等。 用上述相同的方法，在陰極和陽(yáng)極之間放置合成纖維、天然纖維、玻璃及纖維制 品、碳纖維及制品、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等高聚物，并采用含有雙鍵或三鍵的不飽和有機(jī) 酸或有機(jī)化合物等作為霧態(tài)氣體放電反應(yīng)物，進(jìn)行表面改性。改性后的合成纖維，高聚物、 玻璃纖維、碳纖維等表面的吸濕性顯著提高。 本實(shí)施中的電源(4)也可以是射頻、微波、交流、高頻電源。 實(shí)施例5.霧態(tài)硫氣體放電對(duì)塑料、橡膠的表面改性 霧態(tài)氣體A(m):單質(zhì)硫T。 = 144. 5"下，飽和蒸氣壓P。 = 13. 3Pa 改性材料C:聚氯乙烯 所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料聚氯乙烯放在兩極間的特定裝置(5')中。
B)即將固體化合物單質(zhì)硫放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓； D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣
體朋3。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料C :聚氯乙烯表
面進(jìn)行預(yù)處理。 F)材料聚氯乙烯預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力 達(dá)到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在40°C 。
由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(l)的壓力已達(dá)1.3Pa，啟動(dòng)升、降溫及 溫控系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容器(22)中的A :單質(zhì)硫的溫度超過(guò)20(TC， A氣化進(jìn)入容 器，由于第一容器(1)溫度低于T。，氣體硫進(jìn)入第一容器(1)后即成為霧態(tài)A(m)，霧態(tài)硫在 密閉容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器(1)中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在133Pa ;氣體朋3逐漸減少；第 一容器(1)中霧態(tài)硫增多。 H)啟動(dòng)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)及容器溫度系統(tǒng) (8) (9)、容器壓力系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中的硫保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，可隨聚氯 乙烯性能要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十 分鐘。 J)運(yùn)用電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光 放電。依聚氯乙烯溫度不斷上升。依聚氯乙烯的性能要求升至指定溫度T1，如為8(TC。霧 態(tài)放電保持2小時(shí)(依聚氯乙烯的要求性能而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，經(jīng)過(guò)表面改性的聚氯乙烯電阻顯著增大，
2(TC時(shí)體電阻系數(shù)由1X1013歐姆 厘米提高到4X1014歐姆 厘米，韌性增加。 用上述相同的方法，在陰極和陽(yáng)極之間放置聚乙烯、聚丙烯、橡膠等材料，采用采
用硫單質(zhì)作為霧態(tài)氣體放電反應(yīng)物，進(jìn)行表面改性得到異常的性能。 本實(shí)施中的電源(4)也可以是射頻、微波、交流、高頻電源。 實(shí)施例6.霧態(tài)氣體放電使蠶絲具有抗菌性能 霧態(tài)氣體A(m):固態(tài)碘，T。 = 43. 7"下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa 改性材料C :蠶絲纖維。 所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料蠶絲纖維放在兩極之間的特定裝置(5)中。
B)將固體化合物固態(tài)碘放在第一容器(1)外面。
C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力達(dá)到1. 3Pa。
D)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在20°C 。
啟化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使放在第二容器(22)中的A:單質(zhì)碘的溫度超過(guò) 6(TC，容器的壓力已達(dá)到1.3Pa。固態(tài)碘氣化進(jìn)入容器，由于第一容器(1)溫度低于T。，碘 氣體進(jìn)入第一容器(1)后即成為霧態(tài)A(m)，霧態(tài)碘在第一容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一 容器(1)中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在133Pa ;空氣在容器中逐漸減 少；第一容器(1)中只有霧態(tài)碘A(m) E)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的單質(zhì)碘 保持指定數(shù)量。 F)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨工藝要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電場(chǎng)作用 下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 G)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)第一容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極
間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電。蠶絲溫度不斷上升。依蠶絲性能
的要求升至指定溫度IO(TC 。霧態(tài)放電保持0. 5小時(shí)(依蠶絲性能要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，經(jīng)過(guò)表面改性的絲纖維制品具有明顯抑制葡
萄球菌、大腸桿菌的作用。 用上述相同的方法，在陰極和陽(yáng)極之間放置其它合成纖維、天然纖維等進(jìn)行表面 改性，得到類似效果。 本實(shí)施中的電源(4)也可以是射頻、微波、交流、高頻電源。實(shí)施例7.霧態(tài)氣體放 電在金屬材料表面形成滲鈦層 霧態(tài)氣體A(m) :TiCl3在T。 = 430。C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa
改性材料C :高速鋼W18Cr4V。
所用設(shè)備與實(shí)施例1相同。 A)將待改性材料W18Cr4V鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)將固體化合物TiCl3放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣
體Ar。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料C :W18Cr4V鋼
的表面進(jìn)行預(yù)處理。 F)材料CW18Cr4V鋼預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓
力達(dá)到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在450°C [O254] 由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1. 3Pa。啟動(dòng)化合物溫 度系統(tǒng)(23) (24)使在第二容器(22)中的A :TiCl3的溫度超過(guò)480°C， A氣化進(jìn)入容器。
氣態(tài)化合物TiCl3在第一容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器中壓力增大，啟動(dòng) 容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在133Pa ;惰性氣體逐漸減少，氣體Ar逐漸減 少并接近為零；第一容器(1)中只有TiCl^
啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8' ) (9')使第一容器內(nèi)局部(如容器外殼附近)溫度T小于
T。如40(TC。部分氣態(tài)A:TiCl3轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A(m);
或啟動(dòng)升、降溫及溫控系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度小于T。形成霧態(tài)氣體A(m)。 H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的化合物
TiCl3保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨高速鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電 場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 J)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)第一容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩極 間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電。高速鋼C溫度不斷上升。依鋼滲 層的要求升至指定溫度Tl，如為560°C。 K)在霧態(tài)放電的作用下，霧態(tài)TiCl3在560。C鋼附近分解2TiCl3 —2Ti+3Cl2、霧
態(tài)放電保持4小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。 采用TiCl4作為反應(yīng)化合物亦可，在高溫氣體放電下 3TiCl4+Fe — 3TiCl3+FeCl3 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，高速鋼(5)表面形成Fe2Ti、 FeTi、 TiC等滲
層，用上述相同的方法及不同的工藝，在陰極上放置各種鋼鐵以及Ni、Cu、Mo、Nb、Al、Co等
金屬及其合金，表面形成鈦的固溶體及化合物滲層。 實(shí)施例8.霧態(tài)氣體放電在金屬表面滲鋁后滲氮 霧態(tài)氣體A(m) :A1C13在T。 = 96. 7"C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa 改性材料C :模具鋼HI3 與實(shí)施例1所用設(shè)備相同。 A)將待改性材料H13鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)將固體化合物AlCl3第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)第一容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣
體Ar。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在第一容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料H13鋼的
表面進(jìn)行預(yù)處理。 F)對(duì)材料H13鋼預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力達(dá) 到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在300°C
由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1. 3Pa。啟動(dòng)化合物溫 度系統(tǒng)(23) (24)使在第二容器(22)中的A :A1C13的溫度超過(guò)IO(TC， A氣化進(jìn)入容器。
氣態(tài)化合物AlCl3在密閉容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，密閉容器中壓力增大，啟動(dòng) 容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器壓力保持在133Pa ;惰性氣體逐漸減少，氣體Ar逐 漸減少并接近為零；第一容器(1)中只有A1C13氣體。 啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8') (9')使容器內(nèi)，第一容器外殼附近溫度T為8(TC小于T。。部分氣態(tài)A :ALCl3轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A(m);或啟動(dòng)容器溫 度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度小于T。形成霧態(tài)氣體A(m); H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的化合物 AlCl3保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨模具鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，在電 場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘， J)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)第一容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)
兩極間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電。模具鋼C溫度不斷上升，
依鋼滲層的要求升至指定溫度T1，如為56(TC。霧態(tài)A1C13在56(TC模具鋼附近分解
2A1C13 — 2Al+3Cl2、成為霧D(m)霧態(tài)放電保持1小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。K)通入NH3，第一容器中壓力增大，啟動(dòng)容器壓力系統(tǒng)使第一容器壓力保持在
133Pa ;氣體AlCl3逐漸減少達(dá)到一定比例，根據(jù)滲層要求，如，10X A1C13 :90% NH3。 L)依模具鋼滲層的要求在指定溫度，如為550°C 。保持6小時(shí)(依高速鋼滲層的
要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，模具鋼(5)表面形成Fe4N、F^N、等，較一般離 子滲氮，同樣的時(shí)間溫度，厚度增加50%以上。 用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Ni、 Ti、 Cu、 Mo、 Nb、 W等金屬及其 合金，表面形成氮的化合物滲層。 實(shí)施例9.霧態(tài)氣體放電在金屬表面形成碳、氮滲層 霧態(tài)氣體A(m) :NH4C1， T。 = 162。C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa 改性材料C :35CrMo鋼 與實(shí)施例1所用設(shè)備相同。 A)將待改性材料35CrMo鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)將固體化合物NH4C1放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使密閉容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣體K。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在第一容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)材料35CrMo鋼 的表面進(jìn)行預(yù)處理。 F)材料35CrMo鋼預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器的壓力 達(dá)到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在170°C ;
由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1. 3Pa。啟動(dòng)化合物溫 度系統(tǒng)(23) (24)使在第二容器(22)中的A :NH4C1溫度超過(guò)190°C ;A氣化進(jìn)入容器。
氣態(tài)化合物NH4C1在第一容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，第一容器中壓力增大，啟動(dòng) 材料壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在133Pa ;氣體N2逐漸減少，第一容器(1)中
有氣態(tài)朋4(:1』2。
啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8' ) (9')使容器內(nèi)，第一容器外殼附近低于臨界溫度，為 150°C。部分氣態(tài)A:NH4Cl轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A(m);或啟 動(dòng)容器溫度系統(tǒng)(8) (9)使第一容器溫度小于T。形成霧態(tài)氣體A(m)。 H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的化合物 NH4C1保持指定數(shù)量。 I)通入乙醇CH3CH20H(100PaJia -31. 3°C )，并根據(jù)滲層要求達(dá)到一定比例如 CH3CH20H :40%， NH4C1 :30%， N2 :30%，壓力保持在133Pa。 J)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，可隨35CrMo鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)， 電極間產(chǎn)生火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)容器壓力、 溫度、兩極間電壓，火花、弧光放電轉(zhuǎn)為輝光放電，35CrMo鋼溫度不斷上升，依鋼滲層的要求 升至指定溫度，如為55(TC。 K)在霧態(tài)放電的作用下，霧態(tài)NH4C1、 CH3CH20H在550°C的35CrMo鋼附近分解霧 態(tài)放電保持4小時(shí)(依35CrMo鋼滲層的要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，35CrMo鋼(5)表面形成氮碳滲層。 用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Cr、 Ti、 Cu、 Al、 Mg等金屬及其合
金，表面形成氮碳的化合物層。 實(shí)施例10.霧態(tài)氣體放電在金屬表面形成氮化鐵、氮化鈦層
霧態(tài)氣體A(m) :NH4C1 T。 = 162。C下，飽和蒸氣壓P。 = 133Pa
改性材料C :W18Cr4V鋼
與實(shí)施例1所用設(shè)備相同。A)將待改性材料W18Cr4V鋼放在陰極上的特定裝置(5)中。 B)將固體化合物NH4C1放在第一容器(1)內(nèi)部或外面。 C)啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)，使第一容器中形成負(fù)壓。 D)當(dāng)?shù)谝蝗萜鬟_(dá)到1. 3Pa ;啟動(dòng)充氣系統(tǒng)(11)，經(jīng)過(guò)氣體入口 (10)通入預(yù)處理氣
體Ar。 E)啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)，產(chǎn)生0-1500V可調(diào)節(jié)的直流或脈沖高壓電，電極間產(chǎn)生火 花、弧光放電后轉(zhuǎn)為輝光放電，在容器指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，對(duì)待改性材料W18Cr4V 鋼。表面進(jìn)行預(yù)處理。 F)待改性材料W18Cr4V鋼預(yù)處理后，啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使第一容器
的壓力達(dá)到1. 3Pa。 G)形成霧態(tài)氣體 啟動(dòng)升、降溫及溫控系統(tǒng)(8) (9)使第一容器(1)溫度T保持在170°C。 由于第二容器(22)出口處壓力與第一容器(1)的壓力已達(dá)1.3Pa。啟動(dòng)升、啟動(dòng)
化合物溫度系統(tǒng)(23) (24)使在第二容器(22)中的A :固態(tài)NH^1的溫度超過(guò)19(TC，A氣化
進(jìn)入第一容器，氣態(tài)化合物NH^1在密閉容器的濃度逐漸增加；此時(shí)，密閉容器中壓力增大。 啟動(dòng)容器壓力控制系統(tǒng)(11) (12)使容器壓力保持在133Pa ;Ar氣體逐漸減少，容
器中僅有NH^1。 啟動(dòng)區(qū)域溫度系統(tǒng)(8') (9')使第一容器內(nèi)材料C附近或容器外殼溫度小于T。為 120°C。部分氣態(tài)A:NH4Cl轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒓{米液態(tài)或固態(tài)，懸浮在氣體A中，形成霧態(tài)氣體A(m);或啟動(dòng)升、降溫及溫控系統(tǒng)(8) (9)使容器溫度小于T。形成霧態(tài)氣體A(m)。 H)化合物溫度系統(tǒng)(22) (23)及化合物壓力系統(tǒng)(24) (25)使第一容器中的化合物
NH4C1保持指定數(shù)量。 I)啟動(dòng)高壓電源系統(tǒng)(4)，電壓350 1500伏，隨W18Cr4V鋼的滲層要求來(lái)調(diào)節(jié)，
在電場(chǎng)作用下，電極間產(chǎn)生霧態(tài)火花、弧光放電，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。 J)啟動(dòng)(8) (9) (11) (12)調(diào)節(jié)第一容器壓力、溫度、并啟動(dòng)電源系統(tǒng)(4)調(diào)節(jié)兩
極間電壓、電流，使霧態(tài)火花、弧光放電轉(zhuǎn)為霧態(tài)輝光放電，W18Cr4V鋼溫度不斷上升。依
W18Cr4V鋼滲層的要求升至指定溫度Tl，如為550°C 。 K)在霧態(tài)放電的作用下，霧態(tài)NH4C1在鋼附近分解 2NH4C1 — N2+3H2+2HC1 霧態(tài)放電保持4小時(shí)(依鋼滲層的要求而定)。 L)通入TiCl3氣體，通入NH3，使與TiCl4、NH4Cl、NH3達(dá)到一定比例，根據(jù)滲層要求， 如，60% TiCl4 :30% NH3 :20% NH4C1。 M)依模具鋼滲層的要求在指定溫度，如為550°C 。放電保持20分鐘(依高速鋼滲 層的要求而定)。 在霧態(tài)氣體放電的物理化學(xué)作用下，模具鋼(5)表面形成Fe4N、F^N、TiN等。
用上述相同的方法，在陰極上放置各種鋼鐵以及Cr、 Ti、 Cu、 Al、 Mg等金屬及其合 金，表面形成氮的化合物層。
19
權(quán)利要求
一種產(chǎn)生霧態(tài)氣體的方法，該方法包括步驟1)第一容器，容器或容器局部某特定區(qū)域的壓力和溫度是可設(shè)定的；2)在第二容器中提供固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物，所述第二容器位于第一容器之內(nèi)或之外；3)改變第二容器中的溫度或/和壓力，使位于第二容器中的固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物進(jìn)入第一容器產(chǎn)生霧態(tài)氣體，該霧態(tài)氣體彌散在第一容器或第一容器局部區(qū)域。
2. 權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)選自如下的一種或多種產(chǎn)生霧態(tài)氣體固態(tài)、液態(tài)的單質(zhì)或/和化合物濺射、離子注入、直接通入；單質(zhì)或/和化合物分解；單質(zhì)或/和化合物合成。
3. —種通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料或材料改性的方法，該方法包括步驟1) 提供有待在其中形成新材料的裝置或有待改性的材料，將其放入第一容器中；2) 通入預(yù)處理氣體，并產(chǎn)生火花或弧光放電，隨后轉(zhuǎn)為輝光放電，利用輝光放電對(duì)所述裝置或材料進(jìn)行預(yù)處理；3) 加熱或冷卻在第一容器中的裝置或有待改性的材料，達(dá)到并保持在-21(TC 1400°C ;4) 按權(quán)利要求1所述方法產(chǎn)生單質(zhì)或/和化合物的霧態(tài)氣體；5) 啟動(dòng)電源設(shè)備，在第一容器兩極間產(chǎn)生霧態(tài)氣體放電，在第一容器的指定壓力下如1. 3Pa 50Pa，在特定裝置中產(chǎn)生新材料或被改性材料進(jìn)行霧態(tài)氣體放電處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的霧態(tài)氣體放電方法，其中所述的霧態(tài)氣體放電不限于單一的霧態(tài)放電，而是多種霧態(tài)放電多次進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的霧態(tài)氣體放電方法，其中可以使通常的氣體放電、PVD、 CVD、濺射等與本發(fā)明的霧態(tài)氣體放電方法交替進(jìn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的霧態(tài)氣體放電方法，其中多種霧態(tài)放電與多種普通氣體放電多次進(jìn)行。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的霧態(tài)氣體放電方法，其中所述待改性材料是單質(zhì)或化合物，包括金屬及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纖維、石墨、金剛石、碳纖維、聚乙烯等聚合物、天然纖維、人造纖維、合成纖維，以及上述材料的鍍層、涂層、滲層和/或復(fù)合層。
8. —種用于產(chǎn)生霧態(tài)氣體并進(jìn)行霧態(tài)氣體放電的設(shè)備，該設(shè)備主要包括下列部分1) 第一容器，所述第一容器包括使容器或某區(qū)域達(dá)到指定壓力的壓力系統(tǒng)或區(qū)域壓力系統(tǒng)；使容器或某區(qū)域達(dá)到指定溫度的溫度系統(tǒng)或區(qū)域溫度系統(tǒng)；氣體入口，通過(guò)該氣體入口通入指定的氣體并可通入微納固液體；2) 第二容器，該第二容器位于第一容器之內(nèi)或之外并且裝有單質(zhì)或化合物，該第二容器包含使該第二容器達(dá)到指定壓力的第二壓力系統(tǒng)；3) —個(gè)或多個(gè)加熱或冷卻裝置，這些裝置分別用于加熱或冷卻材料、單質(zhì)和/或化合物、容器或局部區(qū)域的溫度，以便使材料、單質(zhì)和/或化合物、容器或容器局部區(qū)域達(dá)到指定溫度；4) 在第一容器內(nèi)的電極或陰極和陽(yáng)極，并且有待產(chǎn)生新材料的裝置或有待處理的材料放在兩電極間或電極上；以及產(chǎn)生電流和電壓的電源，并可以對(duì)電壓電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，供給兩電極以產(chǎn)生霧態(tài)氣體放電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述電源可以為直流、直流脈沖、交流、微波、射頻或高頻電源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中通常的PVD、CVD、離子鍍和/或?yàn)R射可以在本發(fā)明的設(shè)備中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備含有微米納米固體、液體的霧態(tài)氣體的方法，以及通過(guò)霧態(tài)氣體放電形成新材料的方法，還提供了以此方法形成新材料的設(shè)備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于霧態(tài)氣體相對(duì)于氣態(tài)，組成元素及化合物選擇范圍廣，適用溫度與壓力范圍寬。由于霧態(tài)AI(m)的存在，在密閉容器中，單位體積的霧態(tài)氣體中A的濃度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單位體積的氣體中A的濃度。在一些特定條件下物理化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行，能形成新的材料并有更高的效率。
文檔編號(hào)H05H1/00GK101730373SQ20081017270
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者張弋飛, 張昕輝 申請(qǐng)人:北京堅(jiān)潤(rùn)表面材料研究所