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气体放电的主要形式一、电晕放电电晕放电是一种在电极周围形成辐射状光晕的放电形式。
当电压升高到电晕放电阈值时，电极周围的电场强度足够强，使电极附近的气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子通过碰撞和俘获电子的过程，导致电晕放电区域内的气体发光，形成光晕。
电晕放电常见于高压线路和电晕灯中，具有稳定性好、能耗低的特点。
二、辉光放电辉光放电是一种在电极附近形成均匀辉光的放电形式。
当电压升高到辉光放电阈值时，电极附近的电场强度足够强，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子经过长距离的自由运动后，与其他气体分子碰撞，再次激发和电离，最终导致整个放电区域内的气体发光。
辉光放电常见于荧光灯、气体放电显示器和气体激光器等装置中，具有均匀亮度和较高的放电稳定性。
三、电弧放电电弧放电是一种高能放电形式，具有强烈的光和热效应。
当电压升高到电弧放电阈值时，电极附近的电场强度足够大，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，加速运动，形成电子和离子流，即电弧。
电弧放电常见于焊接、电弧灯和电弧炉等场合，具有高能量密度和高温度的特点。
四、等离子体放电等离子体放电是一种高度电离的气体放电形式，具有丰富的物理和化学特性。
当电压升高到等离子体放电阈值时，电极附近的电场强度足够大，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，以及与其他等离子体粒子的碰撞，形成高度电离的等离子体。
等离子体放电广泛应用于等离子体显示器、等离子体喷涂和等离子体刻蚀等领域，具有可控性好和反应速度快的特点。
五、脉冲放电脉冲放电是一种以脉冲形式工作的放电形式，具有高能量和高频率的特点。
脉冲放电通常通过将高电压脉冲施加在电极上，使气体分子电离和激发，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下，以及与其他气体分子的碰撞，形成脉冲放电。
脉冲放电广泛应用于等离子体切割、等离子体喷涂、光谱分析和生物医学领域，具有高精度和高效率的特点。
【转】等离⼦体技术【⼀】--脉冲技术本⽂介绍了脉冲等离⼦体技术在⼲法刻蚀领域的应⽤背景，从半导体制程⼯艺需求层⾯讲述了纳⽶量级的刻蚀制程对等离⼦体参数的需求。
重点对脉冲等离⼦体⼯作机制、脉冲匹配技术和脉冲等离⼦体诊断技术研究进展进⾏了论述。
关键词：⼲法刻蚀，等离⼦体损伤，脉冲等离⼦体1. 1. 引⾔伴随着摩尔定律的发展，半导体芯⽚的晶圆尺⼨越来⼤，,刻蚀的线宽也逐步缩⼩。
随着线宽的逐步降低，等离⼦体刻蚀过程导致的损伤问题⽇益突出。
这使得等离⼦体刻蚀过程需要满⾜如下要求：对衬底⽆损伤、更好的均匀性、更⾼的选择⽐、更好的各向异性和更⾼的产出等。
为了满⾜这些需求，⼈们积极研究⼀些新材料⽤于下⼀代集成电路，也同时促使⼯业界及学术界不断设计及研究适⽤于下⼀代的等离⼦体刻蚀技术，使等离⼦体源具有更多的调节⼿段、更宽的⼯艺窗⼝。
⼀般来说，等离⼦体损伤（PID）主要包含以下因素：（1）由于⾼能离⼦轰击晶⽚引起的表⾯物理损伤；（2）光⼦辐射轰击晶⽚引起的损伤；（3）等离⼦体⾮均匀性引起的损伤；（4）电荷分布的不均匀性引起的损伤；（5）各向同性的电⼦在⼤深宽⽐的顶部积累负电荷，定向的离⼦在沟槽的底部积累正电荷，这样也会导致 PID 的产⽣。
1. 2. 脉冲等离⼦体⼯作机制通常，等离⼦体刻蚀设备多采⽤连续波（CW）射频源，即射频源提供连续的功率或者电压激发等离⼦体。
在过去的⼆⼗多年⾥，⼀些研究者通过模拟及实验证明采⽤脉冲射频模式可以扩⼤等离⼦体参数控制窗⼝，可提⾼⼯艺过程控制的灵活性。
对于射频脉冲模式，主要有两个参数，⼀个是脉冲频率（pulse frequency），即射频源每秒开关的次数；另⼀个是占空⽐(duty cycle)，即脉冲开启的时间占整个脉冲周期的⽐例。
如图1所⽰：图1.脉冲调制等离⼦体作⽤⽰意图：(1): 脉冲初期；(2): 脉冲后期；(3): 后辉光前期；(4): 后辉光后期（duty cycle=ton/(ton+toff_）通过改变脉冲频率及占空⽐，可以实现对等离⼦体参数的调控，如离⼦密度、电⼦密度、电⼦温度、等离⼦体化学成分和等离⼦体电位等。
纳秒脉冲气体放电机理研究进展浅谈深圳三和科技的小编将以材料表面改性、主动流动控制、点火助燃和甲烷转化为代表给大家介绍脉冲等离子体应用研究进展。
最后结合脉冲放电等离子体研究现状的分析,展望了大气压脉冲气体放电与放电等离子体应用的发展趋势。
1.1 纳秒脉冲气体放电机理脉冲放电机理的研究是推动应用技术发展的关键。
常规条件下高气压气体放电通常可以用流注理论解释。
流注理论考虑空间电荷对放电过程的影响,空间电荷是光子出现、二次电子崩产生、流注形成、气隙击穿的重要因素,通常光子的寿命为10-8 s量级,如果发展到临界电子崩的时间小于光子的寿命时,流注理论在解释放电机理时已经存在一定的局限性。
目前研究人员基于高能量快电子的逃逸击穿及逃逸电子和X射线对放电发展过程的影响提出了多种假说,如电子崩链模型、快电子和慢电子两组模型、电子倍增模型和快速电离波击穿模型等。
其中电子崩链模型强调当主电子崩发展到临界值时,主电子崩发展减缓,甚至中断,这时崩头中的部分高能量电子(逃逸电子)逃逸出电子崩,并在崩头形成二次电子。
电子崩链贯穿间隙后,但其电导率较小,不能形成击穿通道,需要二次过程,该过程由阴极上的光电效应来决定。
电子倍增模型认为经典的流注机理的E/N值不仅有下限,而且也应有上限。
模型中快电子逃逸出电子崩后,电离气体间隙,撞击阳极电离产生二次电子,导致电子数目的连续倍增。
两组模型的关键是快电子,其脱离电子崩的能量阀值取决于施加的电场强度、气压和气体介质。
电场强度越高,阀值能量越低,能逃逸出电子崩的电子数目越多。
基于快速电离波模型的研究多数在低压下的气体放电管中完成,且间隙距离一般是几十cm,比较适合长间隙放电机理分析。
这些假说大多基于各自的实验条件能够较好地解释实验现象,彼此之间仍存在差异,但均认为放电发展过程中二次电子的产生不再依赖空间光电离,而是基于电子崩发展中产生的高能量电子引导放电发展过程建立起来的。
因此,纳秒脉冲气体放电机理的研究集中在基于高能电子逃逸击穿的参数测量与模型建立。
第11卷 第3期2003年9月 材 料 科 学 与 工 艺MATERIALS SCIENCE &TECHNOLOGYVol .11No .3Sep .,2003放电等离子烧结技术的原理及应用冯海波,周 玉,贾德昌(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001,E -mail :fenghb @hit .edu .cn )摘 要:放电等离子烧结(SPS )是一种用于材料烧结致密化的新技术,为深入研究和探讨其技术优势,介绍了SPS 的基本原理和系统的组成,讨论了SPS 技术在纳米材料的制备、梯度功能材料的烧结和高致密度、细晶粒陶瓷制备等方面的应用,并对其研究和应用前景予以展望.关键词:放电等离子烧结;机理;纳米材料;梯度功能材料;陶瓷中图分类号:T F 124文献标识码:A文章编号:1005-0299(2003)03-0327-05Principle and application of spark plasma sintering technologyFENG Hai -bo ,ZHOU Yu ,JIA De -chang(School of Materials Science and Engineering ,Harb in Institute of Technology ,Harbin 150001,China ,E -mail :fenghb @hit .edu .cn )A bstract :The basic principles ,system c onstituents and typical sintering technique of spark plasma sintering (SPS ),anew advanc ed sintering tec hnique used for materials consolidation .SPS were discussed to further study its advantages .Nano -materials synthesis ,functional gradient materials (FGMs )and high density fine grain ceramic sintered by SPS were disc ussed .The future research and applic ation of SPS were reviewed as well .Key words :spark plasma sintering ;principle ;nano -materials ;functional gradient materials ;c eramic 收稿日期:2002-08-23.作者简介:冯海波(1971-),男,博士生;周 玉(1955-),男,博士,教授,博士生导师;贾德昌(1969-),男,博士,教授,博士生导师. 放电等离子烧结(SPS )是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术.由于等离子活化烧结技术融等离子活化、热压、电阻加热为一体,因而具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点.该技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程,对于实现优质高效、低耗低成本的材料制备具有重要意义,在纳米材料、复合材料等的制备中显示了极大的优越性,现已应用于金属、陶瓷、复合材料以及功能材料的制备[1,2].目前国内外许多大学和科研机构利用SPS 进行新材料的研究与开发,并对其烧结机理与特点进行深入研究与探索,尤其是其快速升温的特点,可作为制备纳米块体材料的有效手段,因而引起材料学界的特别关注[3～5].但目前关于SPS 的烧结机理还存在争议,尤其是烧结的中间过程还有待于深入研究,为此,本文将对SPS 技术有关的机理和应用予以介绍和讨论.1 SPS 系统的结构日本住友石炭矿业株式会社制造的SPS 系统主要由3部分组成(图1)[5,6]:①产生单轴向压力的装置和烧结模,压力装置可根据烧结材料的不同施加不同的压力;②脉冲电流发生器,用来产生等离子体对材料进行活化处理;③电阻加热设备.SPS 与热压(HP )烧结有相似之处,但加热方式完全不同,它是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法,通过调节脉冲直流电的大小控制升温速率和烧结温度.整个烧结过程可在真空环境下进行,也可在保护气氛中进行.烧结过程中,脉冲电流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具,因此加热系统的热容很小,升温和传热速度快,从而使快速升温烧结成为可能.SPS 系统可用于短时间、低温、高压(500～1000MPa )烧结,也可用于低压(20～30MPa )、高温(1000～2000℃)烧结,因此广泛应用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结,包括一些用通常方法难以烧结的材料,如表面容易生成硬的氧化层的金属钛和铝用SPS 技术可在短时间内烧结到90%～100%致密[1,2,5].图1 放电等离子烧结系统示意图[5,6]Fig .1 Schematic diag ram of SPS system [5,6]2 放电等离子烧结机理SPS 作为一种新颖而有效的快速烧结技术,已应用于各种材料的研制和开发,但SPS 的烧结机理目前还没有达成较为统一的认识[1,4,5,7].一般认为:SPS 过程除具有热压烧结的焦耳热和加压造成的塑性变形促进烧结过程外,还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压,并有效利用了粉体颗粒间放电产生的自发热作用,因而产生了一些SPS 过程特有的现象,如图2所示[5,8].SPS 的烧结有两个非常重要的步骤,首先由特殊电源产生的直流脉冲电压,在粉体的空隙产生放电等离子,由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分,使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用,电能贮存在颗粒团的介电层中,介电层发生间歇式快速放电,如图3所示[9].等离子体的产生可以净化金属颗粒表面,提高烧结活性,降低金属原子的扩散自由能,有助于加速原子的扩散.当脉冲电压达到一定值时,粉体间的绝缘层被击穿而放电,使粉体颗粒产生自发热,进而使其高速升温.粉体颗粒高速升温后,晶粒间结合处通过扩散迅速冷却,电场的作用因离子高速迁移而高速扩散,通过重复施加开关电压,放电点在压实颗粒间移动而布满整个粉体.使脉冲集中在晶粒结合处是SPS 过程的一个特点.颗粒之间放电时会产生局部高温,在颗粒表面引起蒸发和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量立即从发热中心传递到颗粒表面和向四周扩散,颈部快速冷却而使蒸气压低于其他部位.气相物质凝聚在颈部形成高于普通烧结方法的蒸发-凝固传递是SPS 过程的另一个重要特点.晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、晶界扩散都得到加强,加速了烧结致密化过程,因此用较低的温度和比较短的时间可得到高质量的烧结体[5,8,10].图2施加直流开关脉冲电流的作用[5,8]Fig .2 Effect of O N -OF F DC pulse energizing [5,8]图3 放电过程中粉末粒子对的模型[9]Fig .3 M odel of par ticle -pair in discharg e process [9] 虽然目前尚未对脉冲电流对烧结致密化的影响有统一的认识,但研究表明对于块体金属材料,大电流脉冲的作用对物质的结晶过程有重要的影响.脉冲电流作用下的结晶过程,当无序介质中有脉冲电流作用时,成核率可表为I =A ′D ′exp {-(W c +W 0)[k (T 0+T c (t ))]-1}.式中:W 0为未加脉冲时的热力学势垒,W c 为电脉冲引起的势垒改变,T 0为初始温度,T c 为焦耳热引起的温升,D ′为载流介质的扩散系数,A ′为不依赖于温度的常数,k 为Boltzman 常数.在形核初期,核所占体积可以忽略,因金属热导率高,故可忽略其内部的温度不均匀,则T c 和电流密度(j )的关系为T c =j 2t (σ0ρλ)-1.式中:σ0为无序介质的电导率,ρ为密度,λ为比·328·材 料 科 学 与 工 艺 第11卷 热,t为通电时间,满足0<t<τp,τp为脉冲宽度.电流引起的成核势垒改变为W c= c-21[j0(r)j0(r′)-j n(r)j n(r′)]d r d r′/2|r-r′|.式中:j0和j n分别为形核前后的电流密度分布, r和r′为空间坐标,c1为常数.当一脉冲作用后,将形成许多球形小晶核,镶嵌于无序背景中,推导得W c=K1j2ζV.式中:K1为与材料有关的常数,j为电流密度分布,V为晶核的体积,ζ=(σ0-σn)(σn+ 2σ0)-1(式中σn为形核后的电导率),则脉冲电流作用下的形核公式为I=A′D′exp{-(W0+K1j2ζV)×[k T+kj2t(σ0ρλ)-1]-1}.当脉冲宽度很窄时,τ K1|ζ|Vσ0ρλk-1,则I=A′D′exp[-(W0+K1j2ξV)×(k T0)-1],若σn>σ0,则ζ<0,相应于结晶过程.此时W c <0,I>I0(I0为未加脉冲时的形核率),这表明脉冲电流可以通过减小成核势垒来增大成核率.根据Av rami方程,成核率增大将引起晶粒细化.脉冲电流的驰豫时间极短,因此在超短脉冲电流的作用下,有可能获得大块纳米晶材料[11].因此,在理论上SPS过程可提高成核率,从而获得较为细小的组织,这也是SPS方法引起广泛关注的主要原因.但SPS快速烧结的机理还存在争议,其烧结的中间过程还有待于进一步深入的研究.有关等离子体的产生尚缺乏具有说服力的证据,尤其是对于非导电性粉体,电流不能通过,通常认为其烧结致密化是由模具和上下压头充当发热体,热量传递快捷,同时由于大电流的采用,使非导电性粉体快速通过低温区直接进入高温区,是SPS 能够实现快速烧结的主要原因.3 放电等离子烧结的应用3.1 纳米材料的制备纳米材料以其独特的性能特点,引起材料学界的关注,但纳米晶块体材料的较为有效和实用的制备方法目前还在研究探索之中.SPS技术由于烧结时间大大缩短,可以抑制晶粒的长大,因此有望获得致密的纳米材料.尤其是机械合金化等非平衡方法获得的粉末,晶粒细化的同时引入的大量缺陷和亚结构,无法在传统的热压或热等静压烧结过程中得以保留和体现,而SPS技术作为一种快速烧结方法则可能使这些特点在烧结后的块体材料中得以保留.Yong等用机械合金化方法制备平均晶粒尺寸10～15nm的复合粉末,900℃/60MPa/5min放电等离子烧结获得了致密度大于95%、晶粒尺寸小于30nm的Fe-Co块体材料[12].研究表明:由于外加电压对扩散的促进作用,活化能比无压烧结略有降低,脉冲电流使晶粒表面活化,在SPS过程中晶粒生长极快,只是由于烧结时间极短而且烧结温度远低于热压等传统方法才能够获得较小的晶粒尺寸[13,14],因此很难制备晶粒尺寸小于100nm 的Y-TZP材料[15].WO3、Mg和C粉末,通过机械合金化的方法制备纳米复合粉末,经1963K/19.2 -38.2MPa/5min真空SPS烧结可获得致密的WC和WC-18%MgO纳米复合材料[16].采用SPS 法已成功制备了MgO/BaTiO3[17]、TiAl-X和Ti3Al -X[18]、WC-10Co[19]、Nd2Ti2O7/Al2O3[20]等多种纳米复合材料.此外,对Mo[21]、NiTi[22]、Nb-Al-N和Nb-Al-Mo[23]、TiAl/Ti2AlC[24]等多种体系的复合材料,采用SPS方法制备均能够获得较高性能的块体材料.因此,用机械合金化制备纳米或非晶的复合粉末,采用非平衡的SPS快速烧结技术有望成为制备多种纳米复合材料或大块非晶合金的有效方法.3.2 梯度功能材料的烧结梯度功能材料(FGMs)是一种组成在某个方向上梯度分布的复合材料,在金属和陶瓷粘合时由于二者烧结致密的温度相差较大,且界面的膨胀系数不同而产生热应力,给材料的制备带来困难,而应用SPS方法可以很好的克服这一难点,实现烧结温度的梯度分布.日本学者采用SPS系统制备了致密的ZrO2(3Y)/Ni、ZrO2(3Y)/不锈钢和聚酯亚胺/Al等梯度功能材料[5,25].将不同组成的混合ZrO2/Ni粉体(95%/90%/85%/ 80%/75%/70%/60%/50%/30%ZrO2(体积分数)依次分层放入如图4所示的石墨模具中进行放电等离子烧结,在样品的两端形成温度梯度,从而使梯度分布的粉末一次烧结致密,其密度远高于普通烧结方法.通过调整模具的形状可以改变和控制模具内的温度分布,使复杂形状试样的制备成为可能.而采用导电复合粉末制备层状梯度复合材料时,可以通过调整复合粉末成分形成可设计的电阻值,从而在脉冲电流通过时形成温度梯度或温度变化.Shen还采用SPS法分别制备了交替层叠和梯度分布的TiN/Al2O3复合材料[26].采用SPS不仅能够制作轴向层状梯度材料,而且还能制作径向圆筒状梯度材料[3].随着SPS技术的广泛使用新型梯度功能材料正不断问世[27].·329·第3期冯海波,等:放电等离子烧结技术的原理及应用图4 石墨梯度模具F ig.4G radient g raphite die3.3 高致密度、细晶粒陶瓷在SPS过程中,每一个粉末及其相互间的孔隙都是发热源,因此烧结时传热时间极短,可以忽略不计,烧结温度也大为降低,而且如前所述,还可通过增大形核率来降低晶粒尺寸,因此可获得高致密的细晶或纳米晶陶瓷材料.Kim采用球磨制得晶粒尺寸25nm的Al2O3/Cu粉末,在50MPa压力,1250℃烧结5min,获得晶粒尺寸200～500nm的陶瓷材料,其相对密度达97%以上,断裂韧性为4.51MPa·m1/2[28].Yoshimura利用化学方法制得的小于10nm的10%Al2O3/ZrO2粉末,在1300℃烧结,获得晶粒尺寸小于100nm,相对密度高于98%的陶瓷材料[29].Nishimura用SPS方法制备α-Si3N4和β-Si3N4陶瓷,烧结温度1500～1 600℃,时间5～7min,达到理论密度的98%以上,晶粒尺寸150～200nm[30].中科院上海硅酸盐研究所的研究者用SPS方法制备了Al2O3等氧化物[31]、SiC-Al2O3[32]、SiC-ZrO2-Al2O3复相陶瓷[33,34]和纳米3Y-TZP[13]等多种材料,并通过对其力学性能和显微结构的研究,认为SPS方法制备的陶瓷复合材料与普通烧结方法相比,在降低烧结温度提高致密度的同时,强度和韧性均有所提高[35～37].在研究Sialon陶瓷时发现,采用SPS制备方法1600℃烧结,当加热速率为200℃/min时,发生各向异性的Ostwald长大(动态长大),不需添加晶种即可以使晶粒各向异性长大,获得由长棒状晶粒构成的韧性互锁显微组织,从而提高其断裂韧性.对于其他体系的陶瓷也可通过液相烧结的动态长大机制改善显微组织结构提高力学性能[38,39].此外,SPS方法逐步应用于金属间化合物、金属基复合材料、超导材料、磁性材料和压电陶瓷以及铁电和热电材料等制备与研究,并获得了较为优异的性能.随着SPS技术的发展,其在材料科学研究领域中的应用也在不断扩展.4 结语SPS方法是一种新颖的烧结方法,升温速度快、时间短、烧结效率高,可获得高致密度的产品,其独特的等离子体活化和快速烧结作用,抑制了晶粒长大,较好地保持了原始颗粒的微观结构,从而在本质上提高了材料性能,并为纳米晶材料和新性能材料的制备提供了可能.SPS技术可以通过控制模具的形状等因素来改变和控制温度场分布,有望获得形状复杂的梯度功能材料.尽管目前关于SPS的烧结机理还存在争议,尤其是烧结的中间过程和现象还有待于深入研究,但众多的实验已表明,SPS这一快速有效的制备技术在材料科学领域有着更为广阔的应用前景.参考文献:[1]王士维,陈立东,平井敏雄,等.脉冲电流烧结机理的研究进展[J].无机材料学报,2001,6(16):1055-1061.[2]陈立冬,王士维.脉冲电流烧结的现状与展望[J].陶瓷学报,2001,3(22):204～207.[3]罗锡裕.放电等离子烧结材料的最新进展[J].粉末冶金工业,2001,6(11):7-16.[4]张久兴,刘科高,周美玲.放电等离子烧结技术的发展与应用[J].粉末冶金技术,2002,3(20):129-134. 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第３０卷 第６期 ２０１０年６月
物 理 实 验
ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＶｏＩ．３Ｏ ＮＯ．６
Ｊｕｎ．，２ｏ１０
脉冲放电弧光等离子体演示仪 乐永康 ，赵在忠 ，谢寰彤 （１．复旦大学物理学系，上海２００４３３；２．上海寰形科教设备有限公司，上海２０１８０６）
摘要：介绍了一种脉冲放电弧光等离子体演示仪．该设备内置的测量电路可以直接显示放电电压、电流的大小和 放电的持续时间，放电电流也可以通过附带的感应线圈来测量；结合光栅光谱仪，可以测出发光光谱，进而求出等离子体 的温度、密度等参数． 关键词：脉冲放电弧光等离子体；放电参数；感应线圈；发光光谱 中图分类号：Ｏ５３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４６４２（２０１０）０６—００３７—０２
１ 引 言 等离子体常被称作物质的第四态，占宇宙中 可见物质的９９ ．日常生活中常见的等离子体如 火焰、霓虹灯、电弧等．近年来低温等离子体在生 产研究各个方面的应用越来越多，而最有希望解 决人类未来的能源危机的可控核聚变技术则是基 于高温等离子体．但在教学中，学生了解和接触 等离子体的机会很少，往往觉得相关物理内容比 较神秘．为了让学生了解这方面的内容，并集成 尽量多的知识点，是研制本设备的出发点．
２脉冲放电弧光等离子体演示仪 不同于目前的教学实验室里常见的低温等离 子体，如辉光放电等离子体口 和潘宁放电等离子 体Ｌ３ｊ，脉冲放电弧光等离子体演示仪能够演示脉 冲强电流放电产生弧光等离子体的过程．内置的 测量电路可以显示放电时的电压、电流大小和放 电持续的时间，放电电流也可以通过附带的感应 线圈来测量；结合光栅光谱仪，可以测出发射光 谱，进而求出等离子体的温度、密度等参数． 脉冲放电弧光等离子体演示仪的电路结构 如图１所示．圆环型的真空放电管中充有压强约 为１０ Ｐａ的氩气（掺有少量汞），３个并联的大电 容首先由直流充电模块充电，然后由控制模块控 制经点火线圈放电．点火线圈在放电电路接通的 瞬间能产生短时间的高压以击穿放电管中的气
等离子体放电烧结的工艺放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。
放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。
同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。
一、等离子体热压烧结的工艺设备SPS系统包括一个垂直单向加压装置和加压自动显示系统以及一个计算机自动控制系统，一个特制的带水冷却的通电装置和支流脉冲烧结电源，一个水冷真空室和真空/空气/氢气/氧气/氢气气氛控制系统，各种内锁安全装置和所有这些装置的中央控制操作面板。
一般放电等离子体热压烧结设备主要由三部分组成：1、产生单轴向压力的装置和烧结模，压力装置可根据烧结材料的不同施加不同的压力2、脉冲电流发生器，用来产生等离子体对材料进行活化处理；3、电阻加热设备。
SPS是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法，通过调节脉冲直流电的大小控制升温速率和烧结速度。
整个烧结过程可在真空环境下进行，也可在保护环境下进行。
烧结过程中，脉冲电流直接通过上下压头和烧结粉体或石墨模具，因此加热系统的热熔很小，升温和传热速度快，从而使快速升温烧结成为可能。
SPS系统可用于短时间、低温、高压（500MPa~1000MPa）烧结，也可用于低压（20MPa~30MPa）、高温（1000℃~2000℃）烧结，因此广泛应用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结，包括一些用通常方法难以烧结的材料，如表面容易生成硬的氧化成的金属钛和铝，用SPS技术可在短时间内烧结得到90%~100%的致密度。
二、等离子体烧结工艺参数的控制烧结气氛烧结气氛对样品烧结的影响很大（真空烧结情况除外），合适的气氛将有助于样品的致密化。
