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特点
目前等离子体诊断方法有多种。如朗缪尔(Lanmguir) 探针法;发光光谱法(Optical emission spectrometry OES); Mass spectrometry质谱法; Microwave diagnostics微波诊断法等等。相比之下朗缪尔探针诊断法有许多优点:
(1)可以测量等离子体任意点的参数即可以进行空间分辨的测量,其它的方法只能测量平均值;
(2)可以实时测量;
(3)可以测量出更多的等离子体参数( 离子温度除外);
(4)体积小、结构相对简单。因此,它可以用于等离子体的实时控制中。 对等离子体参数的测量诊断特别是开发相应的仪器具有实际意义。而由于等离子体诊断装置中朗缪尔探针具有上面的优点,朗缪尔探针系统具有更加实际的意义。
技术指标:
离子和电子密度范围 电子温度 电压范围 分辨率 电流范围 最快取样速度 数据采集速度 电源要求 1014 - 1019m-3 up to 10 eV -200V to +100V 12 bits 20μA to 1A 15 scans/s 69,000 points/s 110-240 VAC, 50/60 Hz, 1.0 kVA 针尖 参考电极 补偿电极 射频阻抗 钨丝、钼丝 钼丝 不锈钢 >120K 二、项目的完成程度
目前本项目基本完成8成;已经完成了探针驱动电路的开发、信号采集电路、计算机软件、传感器部分设计。没有完成的为传感器驱动装置的开发,计划1年内完成。
三、应用范围
几乎所有的等离子体应用领域都可以使用朗缪尔探针。目前,国内外有大量的朗缪尔探针应用的科技报道。主要应用领域有以下:
大学等离子体物理实验
朗缪尔探针是测量等离子体的重要设备,因此许多等离子体物理专业的大学用它来进行等离子体测量试验。目前,用于这种试验的等离子体多为直流放电等离子体,
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因此可以用简易的朗缪尔探针(因为干扰小,简易的可以用)。
等离子体引擎
利用等离子体作为空间飞行器的推行动力源是空间科学重要研究方向。这种空间飞行器的动力情况由等离子体状态决定。因此,利用朗缪尔探针检测空间飞行器中等离子体参数。
等离子体镀膜和刻蚀
等离子体已经广泛应用在镀膜中,主要是利用各种等离子体产生设备如电容耦合放电CCP、电感耦合放电ICP、电子回旋共振放电ECWR、磁控放电、脉冲放电等等。这些放电设备产生各种低温非平衡等离子体。这些等离子体沉积或注入到基片上形成各种薄膜。利用朗缪尔探针可以进行镀膜过程中等离子体参数的监测。
除了镀膜以外还有集成电路和半导体芯片的刻蚀工艺,也离不开等离子体。因此,朗缪尔探针也被用来测量刻蚀中的等离子体参数。
高温核试验
研究高温等离子体对核工业非常重要。这些高温平衡等离子体需要进行参量和位形控制。加入冷却装置的朗缪尔探针是高温等离子体研究的重要仪器。
高等学校和科研单位的等离子体科学试验
此外高等院校和科研院所里有许多从事等离子体物理、化学、工程方面研究的科研人员。他们从事的试验和实验研究往往也需要对等离子体进行监测。朗缪尔探针是他们的有利工具。
四、投产条件与经济效益预期
目前我国有大量的等离子体实验和应用部门。例如:许多的镀膜企业、大量的等离子体实验室;空间和军用领域也把等离子体研究作为基础。另外,随着IC行业的发展,需要大量的等离子体刻蚀设备。这些领域都有强烈的等离子体参量测量的需求。而Langmuir探针是首选的仪器。
目前大陆还没有商业化的Langmuir探针,国外的探针价格昂贵(例如Hiden探针系统要4万英镑(合人民币52万))。
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由于等离子体实验中没有Langmuir探针,使许多高深和前沿的等离子体实验无法实现。同时也使镀膜等离子体应用水平无法得到提高。
因此在我国开发我们自己的Langmuir探针系统具有市场的需求。
估计开发成功后的一套成型的探针成本价格约最高为9万,而销售价格15万(价格远低于国外同类产品)。
若每年出售100套,即可获利600万,所以非常可观。
油页岩残渣研制的免烧免蒸砖
研制的免烧免蒸砖以油页岩残渣为原料具有环保、节能且强度高等优点,能广泛应用于建筑物的墙体结构,成为传统粘土烧结砖的替代产品,具有广阔的市场前景。本研究项目从免烧免蒸砖具有较高的早期和后期强度。采用以油页岩残渣为主要原料,通过加入添加剂、控制成型压力的方法,实现免烧免蒸砖的高性能化,制品外观质量完全符合GB5101—2003的要求,制品强度可以达到MU15强度等级。
尾矿生态化增值利用技术
以铁尾矿为主要原料,利用碳热还原氮化法合成Si3N4粉末,采用适当工艺制备Si3N4复相陶瓷并研究这种材料的各种性能,又确定了以该铁尾矿为主要原料制备多孔玻璃复合材料的研究,这将为探索铁尾矿资源利用生态化的利用提供新的途径,以实现矿产资源的综合利用和可持续发展。我国铁尾矿储量巨大,将其制成高档材料并应用到工业生产,不仅可大大降低材料成本,而且可以实现废弃物资源化和污染控制的目的,因而本项目的开展符合目前材料研究的发展方向,必然有广阔的应用前景。
油页岩残渣制备白炭黑
油页岩是重要的石油替代资源,它的主要利用方式是燃烧和提炼页岩油,但都产生大量的无机废弃物,而堆放和处理需要大量的费用。因此处理油页岩残渣具有重要的经济效益和社会效益。
本项目主要利用抚顺油页岩残渣制备白炭黑。抚顺油页岩残渣中含有64%的SiO2,采用NaOH处理的方法,使油页岩中的SiO2转变为水溶性的水玻璃,在通过控制pH值在8~9范围中,水玻璃陈化产生硅酸沉淀,通过过滤,分离出水合二氧化硅,
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即白炭黑。白炭黑产品中,含量SiO2≥90%,粒径≤50nm,提取率≥70%,产品符合中国行业标准HG/T 3061-1999的要求。
本项目具有以下优点: ①产品质量高; ②工艺简单。成本低; ③无污染,环保。
综合利用铁尾矿制备SiC陶瓷材料
资源化利用高硅铁尾矿,通过调整原料成分,添加还原剂采用碳热还原法合成SiC粉,并已该粉体为原料,添加适当的烧结助剂,采用适当的烧结工艺制备SiC陶瓷。本项目开发了利用高硅铁尾矿制备SiC陶瓷材料的新技术,该技术实现了铁尾矿的综合利用,有力于控制污染,符合国家环保政策。其粉体可用做窑具、耐火材料的添加剂等,以该粉体为基础可制备一系列陶瓷器件。本项目制备的陶瓷制品可用作高档耐火材料等。充分、有效、合理地利用资源是关系到国计民生、长期的战略性问题。铁尾矿的资源化利用,对于节约资源、改善环境,提高效益、促进经济增长方式的转变,实现矿产资源的优化配置和矿业可持续发展,具有十分重要的作用。项目实施经济效益显著,社会意义深远。
主要技术指标为:SiC粉体平均粒径约为9.39?m,比表面积约为246.99m2/kg;SiC陶瓷的显气孔率25.19%,体积密度2.49g/cm3,线收缩率7.56%,体积收缩率13.69%,硬度10.8GPa,抗压强度190.42MPa。
在陶瓷工业中,SiC质窑具用量比例很大,而以该项目合成的SiC为基础,添加粘土或SiO2等可制作性能良好的窑具材料,如匣体、垫饼、隔焰板等。该项目对利用大量堆弃铁尾矿的利用,不仅保护耕地,控制环境污染,而且其原料成本极低,因而具有强大的市场竞争力。
油田含油污水污泥回转窑焚烧技术
油田含油污水污泥油田污水处理厂所产生的含油污泥,其来自于油田采出水处理过程中的各个环节,主要包括隔油池底泥、罐底泥、浮渣以及剩余活性污泥等。含油污水污泥含油量较低、成分相对复杂,其无害化和资源化处理具有较大难度。目前,
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国内外有关油田含油污水污泥无害化和资源化鲜有报道,这些压滤后的含油污泥只能进行简单堆积,不但会造成能源的浪费,而且带来严重的环境污染,同时增加了油田企业的生产成本,致使油田每年支付数额巨大的污染赔偿费,导致油田开发成本增加,油地关系紧张。油田含油污水污泥业已成为困扰我国油田的一大环保难题。
油田含油污水污泥回转窑焚烧技术是一种经济可靠的含油污水污泥的无害化和资源化处理工艺技术。同污泥的其它处理手段(如填埋处理、物理化学处理、生物处理等)相比,焚烧法技术上较为成熟可靠,且经济上较为切实可行,焚烧既可实现含油污水污泥的无害化处理,又可实现资源化利用。
本技术已经初步完成了实验室实验、小试和中试,完成了相关的实验,包括:污泥理化特性分析,污泥干燥实验,污泥焚烧实验。通过这些实验和试验,大体摸索出了回转焚烧系统处理含油污水污泥的工艺流程,确定了焚烧系统的结构和操作参数对污泥处理量和处理质量的影响,弄清了污泥处理量与焚烧系统结构和操作参数之间的关系。
目前,这项技术已经具备了产业化的基本条件,并打算与某油田进行合作进行技术开发。
油田含油污水污泥制生物质型煤技术
油田含油污水污泥油田污水处理厂所产生的含油污泥,其来自于油田采出水处理过程中的各个环节,主要包括隔油池底泥、罐底泥、浮渣以及剩余活性污泥等。含油污水污泥含油量较低、成分相对复杂,其无害化和资源化处理具有较大难度。目前,国内外有关油田含油污水污泥无害化和资源化鲜有报道,这些压滤后的含油污泥只能进行简单堆积,不但会造成能源的浪费,而且带来严重的环境污染,同时增加了油田企业的生产成本,致使油田每年支付数额巨大的污染赔偿费,导致油田开发成本增加,油地关系紧张。油田含油污水污泥业已成为困扰我国油田的一大环保难题。
利用含油污水污泥制生物质型煤以作为燃煤锅炉的辅助燃料是实现含油污水污泥无害化和资源化的重要手段。首先对含油污水污泥进行初步压滤,然后进行复合介质选择性掺煤干燥,然后再进行压力制粒以制取生物质型煤,这些型煤是燃煤锅炉良好的辅助燃料。掺混劣质煤粉,一方面可促使含油污水污泥的干燥,保证污水污泥具有较高的处理率,一方面保证含油污水污泥具有一定的热值,保证污水污泥具有较好