DE2157606A1

DE2157606A1 - Verfahren und einrichtung zur waermebehandlung eines materials durch ein bogenentladungsplasma

Info

Publication number: DE2157606A1
Application number: DE2157606A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Wulff
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1971-11-20
Filing date: 1971-11-20
Publication date: 1973-05-24
Also published as: LU66498A1; DE2157606C3; BE791550A; GB1418641A; FR2160519A1; US3852061A; JPS4863941A; FR2160519B1; IT973517B; US3851136A; NL7215108A; NO131795C; DE2237378A1; DE2157606B2; NO131795B

Description

.20, November 1971 861.6-71- Dr".ν. Β/Ε

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wisservschaf tea e.V. 34 Göttingen, Bunsenstraße 10

Verfahren und Einrichtung zur Wärmebehandlung eines Materials durch ein Bogenentladungsplasma

, Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wärmebehandlung eines Materials durch ein in einem Entladungsraum brennendes Bogenentladungsplasma. '

Es sind induktive Plasmabrenner zum Erhitzen von feinkörnigem Material bekannt, die eine hochfrequenzgespeiste Induktionsspule enthalten/ in der sich einzylinderförmiges Entladungsgefäß befindet, in dessen eine Stirnseite ein Geraisch aus einem Gas und dem feinkörnigen Material in axialer Richtung einströmt. Dia Stabilisierung des Entladungsplasmas erfolgt durch einen tangential eingeführten Hilfsgasstrora. Solche Plasmabrenner werden insbesondere zum Schmelzen von pulverförmigen oder körnchenförmigen Materialien hoher Schmelztemperatur, wie feuerfesten Oxiden oder Karbiden, sowie zum Flammspritzen verwendet (DT-PS 1 236 241).

Es sind ferner Plasmabrenner und Einrichtungen j zur Wärmebehandlung eines Materials durch ein Plasma, bekannt, bei denen das Plasma durch eine zwischen zwei Elektroden bren-

30-9 8 2t/GS 7 3

ORIGINAL INSPECTED

nende Lichtbogenentladung erzeugt wird. Diese Einrichtungen ha-^: ben gegenüber Hochfrequenzplasmabrennern den Vorteil·, daß der _; Wirkungsgrad höher und der apparative Aufwand kleiner sind. '

■ ι

Aus der US-PS 3 051 639 ist eine Einrichtung j zur Durchführung von chemischen Reaktionen mit Kohlenwasserstoffen bekannt, die mit einer Lichtbogenentladung zwischen einer \ stabförmigen Mittelelektrode und' einer in axialem Abstand von : deren Spitze angeordneten ringförmigen Elektrode arbeitet. Ein j Magnetfeld ist hier nicht vorgesehen. j

Aus der US-PS 2 944 140 sind ferner Plasmabren- : ner bekannt, bei denen das Plasma durch eine Lichtbogenentladünc zwischen einer stab- oder plattenförmigen ersten Elektrode und
einer im Abstand vori dieser angeordneten ringförmigen Elektrode
erzeugt wird. In den von einer zylindrischen Wand umgebenen
Raum zwischen den beiden Elektroden wird ein Gasstrom tangeriti-j al eingeführt. Zur Stabilisierung des durch die öffnung der
ringförmigen Elektrode austretenden Plasmastrahles ist eine
"magnetische EtBe" vorgesehen', die durch eine Magnetspule gebildet wird, die entweder zwischen den Elektroden oder auf der der
plattenförmigen Elektrode abgewandten Seite der ringförmigen
Elektrode angeordnet sein kann. In letzterem Falle kann sich
der Querschnitt der aus einem kühlmitteldurchströmten Rohr bestehenden Spul^iiit zunehmendem Abstand von der ringförmigen
Elektrode anfangs etwas verkleinern und dann, wieder allmählich
vergrößern« .

Bei einem aus der US-PS 2 945 119 bekannten

Plasmabrenner der ebenfalls mit einer "magnetischen Düse" arbetet, durchläuft der Plasmastrahl, der durch eine Lichtbogenentladung zwischen einer plattenförmigen Elektrode und einer
ringförmigen Elektrode erzeugt wird, ein an die Mittelöffnung
der ringförmigen Elektrode angesetztes Quarzrohr, ir^iessen Wo.»«
zwei im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Elektroden

3 Q 9 8 2 1 / 0 S 7 3

eingesetzt sind. Die ringförmigen Elektroden sind zum Erzeugen einer Hilfsentladung mit einer Gleichspann ungsguelle verbunden. Zwischen den ringförmigen Elektroden ist eine das Quarzrohr umgebende, mit einer Gleichspannungsquelle verbundene, zylindrische Magnetspule angeordnet, deren Länge wesentlich kleiner als der axiale Abstand der ringförmigen Elektroden ist.

Schließlich ist aus der DT-OS 1 932 703 eine Ein richtung zur Wärmebehandlung eines Materials durch ein Lichtbogenplasiaa bekannt, bei dem die Lichtbogenentladung zwischen eine kegelmantelförmigen Anode und einem als Kathode dienenden,axial in die Anode hineinreichenden Plasmastrahl brennt, der durch ein Linearplasmatron erzeugt wird. Die Anode ist von einer Magnetspule umgeben oder selbst als Magnetspule ausgebildet, um ein im wesentlichen axiales Magnetfeld zu erzeugen, das mit dem ra^alen elektrischen Feld zwischen dem Plasmastrahl und der Anode eine -aziimiale Kraft auf den Lichtbogen ausübt, um diesen schnelle- umlaufen zu lassen, damit die Temperaturverteilung im Reaktionsraum gleichmäßiger wird. Der Druck in der von der Anode umschlos senen Reaktionsraum kann gleich dem Atmosphärendruck, kleiner als dieser oder größer als dieser sein. Die Entladung kann bei vermindertem Druck diffus sein, während sich bei-höheren Drücken eine Lichtbogenentladung ausbildet. Das zu behandelnde Material wird durch ein schräg von der Seite eingeführtes Rohr etwa zwischen der Achse und dem Umfang der Anode in den oberen Teil des von ihr umschlossenen Raumes eingeführt. Unterhalb der Anode ist eine Ausfriervorrichtung vorgesehen.

aus
Schließlich ist es wissenschaftlichen Veröffent-

lichungen (Physics Letter, 24A Mr.6, 13.März 1967, S.324,325 und Z.Natur for sch. ,23a., 251-263,1968 und 24a,1473-1491,1969)bekannt, daß sich zwischen zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Elektroden, zwischen denen ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld herrscht, eine stabile Niederdruck-Bogenentladung erzeugen läßt, die einige ungewöhnlich Eigenschaften hat. Die Existenzbedingungen für eine solche Entladung

309821/0573

157606

sind jedoch verhältnismäßig kritisch, z.B. ist es für die Existenz einer solchen Entladung erforderlich, daß die Elektronendichte
liegt.

dichte im Bereich zwischen ungefähr 5 κ 10 und 3 χ 10 cm

Nachteilig an den bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Behandlung eines Materials mittels eines Plasmas, das durch eine elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, ist*daß eine Verunreinigung des behandelten Materials durch Elektrodenmaterial praktisch nicht vermieden werden kann. Außerdem ist praktisch keine Zone gleichmäßiger Temperatur und Dichte vorhanden, man versucht vielmehr eine solche meis durch einen rasch umlaufenden Entladungskanal anzunähern.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wärmebehandlung eines Materials mittels eines Bogenentladungsplasmas.anzugeben, bei denen eine Verunreinigung des zu behandelnden Materials durch Elektrodenmaterial mit Sicherheit ver mieden wird ·. und eine stabile Entladung gewährleistet ist, durch die eine Zone gleichmäßiger, sehr hoher Temperatur geschaffen wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch . ein Verfahren gelöst, das durch die Kombination folgender Maßnahmen gekennzeichnet ist;

a) Der mittlere Druck in dem die Elektroden enthaltenden Entladungsraum wird unter dem Atmosphärendruck gehalten;

b) es wird ein magnetisches Feld erzeugt, das , im wesentlichen parallel zu der die Verbindungslinie zwischen den Elektroden bildenden Achse verläuft und in mindestens einem Teil des zwischen den Elektroden liegenden Bereiches des Entladungsrgtumes einen so hohen Wert hat, daß das Produkt ωτ aus der Gyrationsfrequenz ω der freien Elektronen im Plasma und der Seit τ , innerhalb derer ein Elektron im Mittel seinen Im-

309821/0573

215760S

pttls auf'die Ionen des Plasmas überträgt, größer als 1 ist-und das Bogenentladmigsplasma in diesem Bereich als Ganzes in sich tun eine mittlere Magnetfeldlinie,zu der das Plasma iia wesentlichen symmetrisch ist, rotiert;

ei das zu bearbeitende Material wird in einen

der mittleren Magnetfeldlinie nahen Teil des Bereiches-, in dem; die Bedingung ωτ > 1 erfüllt ist, gebracht; und

d) das bearbeitete Material wird aus dem radial außerhalb dieses Bereiches liegenden Raum gewonnen.

Bei diesen Verfahrensbedingungen tritt ein großer radialer Druckgradient eih_r der hohe Druckwerte im axialen Bereich zur Folge hat. Dadurch werden Verunreinigungen, die von. den Elektroden ausgehen, von dem Entladungsraum zwischen den Elektroden ferngehalten. Überraschenderweise wird dagegen das in den Raum zwischen die Elektroden, vorzugsweise in axialem Abstand von diesen in der Nähe der Achse eingeführte zu behandelnde Material' praktisch nicht in axialer Richtung transpor-'tiert, sondern es durchsetzt die sich um sich drehende Entladung in radialer Richtung, so daß das behandelte Material aus dem außerhalb des; Plasmas gelegenen Teil des Entladungsraumes, rein | gewonnen werden kann, z.B. in dem es auf der Innenwand des Entladungsgefäßes niedergeschlagen wird, überraschenderweise wird die Entladung durch das eingeführte zu behandelnde Fremdmaterial auch nicht so stark gestört,' daß Instabilitäten, eintreten., Es hat sich nämlich gezeigt, daß zwar die in der unbeeinflußten Entladung verhältnismäßig hohe Elektronentemperatur bei Einführung von Fremdmaterial absinkt, die für die Stabilität und Existenz der Entlad mag erforderliche Elektronendichte jedoch durch die Einführung des Materials kaum beeinflußt wird. Die Elektro-

f.

3098 2Ϊ/0&Τ3"

BAD ORIGINAL

nentemperatur läßt sich über den, Durchsatz des zu behandelnden Materials steuern und man kann reproduzierbare Verwe'ilzeiten des j Materials im Plasma erreichen. j

e Einrichtung zur Durchführung des

Sine bevorzugt

Verfahrens gemäß der Erfindung,enthält ein mit einer Väkuumpumpaniage verbundenes Entladungsgefäß, in dem sich eine ringförmige erste Elektrode und eine zu ihrer Achse im wesentlichen symmetrische und mir axialem Abstand von ihr angeordnete zweite Elektrode befinden, ferner eine den Raum zwischen den Elektroden im wesentlichen koaxial umgebende Magnetspule, die im Bereich der Achse ein Magnetfeld von mindestens 10 kG zu erzeugen vermag, und eine Vorrichtung zum Einführen eines zu behandelnden Materials durch die ringförmige Elektrode in den achsnahen Bereich des Entladungsraumes zwischen den beiden Elektroden, vorzugsweise in axialem Abstand von diesen. '

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte

Einrichtung enthält ein im wesentlichen zylindrisches Vakuumgefäß 10, das z.B.aus Quarz oder irgend einem anderen unmagnetischen Material besteht. Das Vakuumgefäß ist am einen Ende geschlossen und am anderen Ende über einen Anschlußstutzen 12 mit einem nicht dargestellten Vakuumsystem verbunden, das es ge- \ stattet, das Vakuumgefäß 10 zu evakuieren, mit einem gewünschten ', Gas unter einem vorgegebenen Druck, der insbesondere im Bereich von einigen Torr liegt, zu füllen sowie im Betrieb die anfallen-j den Gase abzupumpen und einen solchen Druck aufrechtzuerhalten, j

309821/0573

BAD ORIGINAL

j' .

j ■

' daß eine stabile Entladung gewährleistet ist.

Innerhalb des Vakuumgefäßes 10 sind koaxial zu

dessen Achse 14 zwei ringförmige Elektroden 16 und 18 angeordnet die z.B. aus Aluminium bestehen können. Vom radial inneren und äußeren Rand der Elektroden 16 und 18 springen jeweils etwa kegelmantelförmige Wände 20a, 20b bzvz. 22a, 22b aus "Isoliermaterial, z.3. Quarz oder Keramik, vor, die zwischen sich einen im Querschnitt ringförmigen Kanal begrenzen. Vorzugsweise springt die jeweils innere Wand 20b bzw. 22b in Richtung auf die Mitte des Entladungsgefäßes axial weiter vor als die zugehörige äußere Wand 20a bzw. 22a. .

In dem von der Wand 20"umschlossenen Raum ist

eine Vorrichtung zum dosierten Einführen eines zu bearbeitenden, z.B. pulverförmigen Materials 24 vorgesehen. Die Zuführung erfolgt vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich der hier senkrecht stehenden Achse 14 der Einrichtung, um eine gleichmäßig Beeinflussung des Materials durch das Entladungsplasma zu ge- , währleisten. Die Vorrichtung zum Einführen des Materials ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Art von Nadelventil 26 τ das durch eine elektromagnetische oder andersartige Betätigungsvorrichtung 28 verstellbar ist und ein dosiertes Einführen des Materials 24 in den achsnahen Bereich des Vakuumgefäßes IO erlaubt. Dadurch, daß die Wand 20b von der Elektrode 16 ein erhebliches Stück in Achsrichtung in den vom Vakuumgefäß 10 umschlossenen Entladungsraum vorspringt, wird das zu bearbeitende Material in einen Bereich des sich zwischen den Elektroden 16 und lö' ausbildenden Plasmas eingeführt, der einen erheblichen axialen Abstand von den Elektroden hat. Dies trägt zusammen mit der speziellen Art der Entladung dazu bei, Verunreinigungen des bearbeiteten Materials durch Elektrodenmaterial zu verhindern, wie noch näher erläutert werden wird.

Der zwischen den Elektroden 16 und 18 liegende

309821/057

mittlere Teil des Vakuumgefäßes 10 ist von einer zylindrischen Hagnetspule 30, umgeben, die ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld zu erzeugen gestattet. Die Stärke des Magnetfeldes soll mindestens so groß sein, daß das Produkt ωτ aus der Gyrationsfrequenz ω der freien Elektronen im Plasma und der Zeit τ, innerhalb derer ein Elektron im Mittel seinen Impuls auf die Ionen des .Plasmas überträgt, bei dem im Entladungsraum herrschenden Druckverhältnissen größer als 1 ist. In der Praxis wird die Stärke des Magnetfeldes mindestens 10 kG, insbesondere mindestens 20 kG betragen; gute Ergebnisse wurden z.B. bei Feld stärken zwischen 30 und 60 kG erhalten.

Vorzugsweise endet die Magnetspule beidseits

in axialem Abstand von den Elektroden, so daß die magnetischen Feldlinien im Bereich der Elektroden divergieren, wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Wände 20a, 20b und 22a, 22b sind vorzugsweise so geformt, also z.B. ähnlich wie ein Rofcationshyperboloid, daß sie dem Verlauf der magnetischen Feldlinien folgen und die Ladungsträger in der Entladung dadurch auf Bahnen gezwungen werden, die parallel zu den Wänden verlaufen .

Die Elektroden 16 und 18 sind mit entsprechenden Anschlüssen 32 bzw. 34 versehen, die mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle, vorzugsweise einer Gleichspannungsquelle, verbunden sind, welche einen für die Entladung ausreichenden Strom abzugeben vermag. Die Magnetspule 30 ist im Betrieb mit einer nicht dargestellten Energieversorgung verbunden. Vorzugsweise ist die Magnetspule 30 als Supraleiterspule ausgeführt, so daß sie im Dauerbetrieb keine Energiezufuhr benötigt.

Im Betrieb der dargestellten Einrichtung wird

das zu bearbeitende Material 24, z.B. zu reduzierendes, pulverförmiges Tantaloxid, in den durch die Wand 20b umschlossenen

309821/0573

Raum eingefüllt. Das Vakuumgefäß wird dann durch den Pumpstutzen 12 evakuiert und anschließend mit einem gewünschten Gas, z.B. Wasserstoff oder Luft, unter einem Fülldruck zwischen etwa 1 und lO Torr, vorzugsweise zwischen etwa 3 und 5 Torr (gemessen bei Raumtemperatur) eingefüllt. Bei eingeschaltetem Magnetfeld B wird dann zwischen den Elektroden 16 und 18 mittels eines Hochspannungsimpulses eine Bogenentladung gezündet. Bei brennender Bogenentladung wird das Nadelventil 26 geöffnet und es wird dosiert Material in den achsnahen Bereich der Entladung eingelassen. Vom Achsbereich wird das Material durch den heißen/Strom führenden Plasmaschlauch, der durch die Entladung zwischen den Elektroden entsteht, radial nach außen getrieben. Es tritt dabei eine äußerst intensive und für das ganze Material gleiche Wechselwirkung mit dem Plasma ein. Das bearbeitete Material, z. B. reduziertes metallisches Tantal, wird schließlich gegen die Innenwand des Vakuumgefäßes 10 geschleudert, wie bei 36 angedeutet ist. .

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung war die Magnetspule 30 etwa 30 cm lang, das durch die Spule 30 erzeugte Magnetfeld B hatte eine Feldstärke von etwa .50 kG und zwischen den Elektroden 16 und 18 brannte eine schlauchförmige, stabile Bogenentladung mit einem Strom von etwa 2 kA und einer ungefähren Brennspannung von etwa 30Qv. Der Abstand der Elektroden betrug etwa 60 cm, der mittlere Durchmesser etwa 6 cm. Es wurde im Impulsbetrieb gearbeitet, die Dauer der Impulse lag in" der Größenordnung von Millisekunden.

Bei Verwendung von Tantaloxid als zu bearbeitendes Material schlug sich an der Wand des Vakuumgefäßes metallisches Tantal hoher Reinheit nieder. Der VJirkungsgrad der Reduktion bezogen auf die aufgewendete elektrische Energie ist selrj gut, so daß das erzeugte Material wesentlich billiger in der stellung ist als bei Verwendung der bekannten Verfahren,

309821/0673

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Einrichtung lassen sich vor allem zur Darstellung chemischer Elemente aus ihren Verbindungen, insbesondere zur Gewinnung von Metallen, die aus ihren Erzen durch Reduktion mit Kohle nicht gewonnen werden können, verwenden, also insbesondere zur Herstellung von metallischem Titan, Zirkon, Vanadium und Tantal.

Das vorliegende Verfahren und die vorliegende

Einrichtung lassen sich auch zur Synthese chemischer Verbindungen verwenden, insbesondere wenn diese nur durch stark endotherme Reaktionen herstellbar sind.

Es können die verschiedensten Arten von Materialien verarbeitet werden, die in fließfähiger Form vorliegen, z.B. auch Flüssigkeiten mit nicht zu hohem Dampfdruck, ferner Dämpfe, Gase und Mischungen bzw. Dispersionen solcher Materialien.

Der Begriff "ringförmige Elektrode" soll hier

auch Elektrodenforraen umfassen, die einem Kreisring topologisch äquivalent sind, also z.3. durchbrochene Elektroden, die im wesentlichen die Form einer Scheibe, eines Rechteckes, einer Ellipse, eines Dreieckes usw. haben.

Anhand der Figur wurde eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens beschrieben. Von dieser bevorzugten Ausführungsform kann jedoch in mehrfacher Hinsicht abgewandelt werden, wobei jedoch unter Umständen gewisse Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Anstelle der ringförmigen Elektrode 18 kann z.B.' eine koaxiale stabförmige Elektrode verwendet werden. Die sich ausbildende Plasmaentladung ist dann nur im oberen Teil hohl.

821

Im Prinzip kann man auch beide Elektroden kompakt/ z.B. stabförmig machen und sogar unsymmetrisch bezüglich der zylindrischen Magnetspule 30 anordnen. Die Elektroden können dabei auch in verhältnismäßig großem Abstand von der Magnetspule angeordnet sein. In diesem Falle wird dann die für das vorliegende Verfahren wesentliche Bedingung ωτ > 1 nur in einem Teil des zwischen den Elektroden liegenden Bereiches erfüllt sein und nur dort wird sich die um ihre Achse rotierende Plasmaentladung in Form einer Säu-le ausbilden. Da die Plasmaentladung dann nicht hohl ist, kann man das zu bearbeitende Material nicht bei brennender· Entladung in den Bereich der Rotationsachse der Plasmaentladung einführen, sondern man muß dann zuerst eine gewisse Menge des Materials in den Bereich der Rotationsachse bringen, z.B. fallen lassen und dann erst die Entladung um das frei fallende Material zünden. Dies erfordert selbstverständlich eine relativ komplizierte Steuerung des Verfahrensablaufes und das Magnetfeld wird nicht optimal 'ausgenutzt, was insbesondere wegen der hohen Feldstärke η zu nicht unerheblichen Verringerungen des Wirkungsgrades führen kann. Etwas einfacher werden die Verhältnisse, wenn man die obere Elektrode, wie es in der Figur dargestellt ist, ringförmig und koaxial zum Magnetfeld ausbildet, sie aber soweit entfernt von diesem anordnet, daß die Führung des Bogenstromes durch das Magnetfeld in der Nähe der Elektrode noch nicht übernommen wird und an der Elektrode dann ein um die Achse des Magnetfeldes umlaufender Entladungskanal ansetzt, der erst in dem Bereich, in dem die Bedingung ωτ > 1 erfüllt ist, in die Entladungsforra übergeht, die für die Materialbearbeitung verwendet wird. Da die gewünschte Entladung in diesem Falle nicht hohl ist, wird die Entladung auch hier /erst dann gezündet v/erden, wenn sich das Material in dem Bereich auf der Achse befindet, um den sich die dann gezündete ,·.' gewünschte Entladung ausbildet.

< am zweckmäßigsten >

309821/0573

BAD ORIGINAL

Claims

20 ,November 1971 8616-71 Dr.ν.Β/Ε

Patentansprüche

/ IJ Verfahren zur Wärmebehandlung eines Materials durch ein Bogenentladungsplasma, das in einem Entladungsraum zwischen zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Elektroden brennt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Maßnahmen:

a) Der mittlere Druck in dem die Elektroden

enthaltenden Entladungsraum wird unter dem Atmosphärendruck ,gehalten;

b) es wird ein magnetisches Feld erzeugt, das im wesentlichen parallel zu der die Verbindungslinie zwischen den Elektroden bildenden Achse verlaufe und in mindestens einem Teil des zwischen den Elektroden liegenden Bereiches des Entladungsraumes einen so hohen Wert hat, daß das Produkt ωτ aus der Gyrationsfrequenz ω der freien Elektronen im Plasma und der Zeit τ, innerhalb derer ein Elektron im Mittel seinen Impuls
auf die Ionen des Plasmas überträgt, größer als 1 ist und das Bogenentladungsplasma in diesem Bereich als Ganzes in sich um eine mittlere Magnetfeldlinie, zu der das Plasma im wesentlichen symmetrisch ist, rotiert;

c) das zu bearbeitende Material wird in einen

der mittleren Magnetfeldlinie nahen Teil des Bereiches, in dem die Bedingung ωτ > 1 erfüllt ist, gebracht; und

d) das bearbeitete Material wird aus dem radial außerhalb dieses Bereiches liegenden Raum gewonnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß

a) die Entladung zwischen einer ringförmigen
ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode erzeugt wird, die

3 0 9821/0573

im wesentlichen symmetrisch zur Achse der ringförmigen Elektrode und in axialem Abstand von dieser angeordnet ist;

b) der mittlere Druck in dem die Elektroden enthaltenden Entladungsraum unter 300 Torr gehalten wird;

c) das Magnetfeld im wesentlichen symmetrisch zur Achse der ringförmigen Elektrode erzeugt wird;

d) das zu bearbeitende Material durch die ringförmige Elektrode hindurch in einen achsnahen Bereich des Entladungsraumes innerhalb des im Betrieb entstehenden und an der ringförmigen Elektrode ansetzenden hohlen Plasmaschlauches eingeführt wird; und

e) das bearbeitete Material aus einem radial außerhalb des Plasmaschlauches liegenden Teil des Entladungsraumes, der in axialer Richtung vor den Elektroden endet, gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im achsnahen Bereich zwischen den Elektroden ein magnetisches Feld mit einer Feldstärke von mindestens 10 KilogauB (kG), vorzugsweise mindestens 20 kG aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere

Neutralgasdruck im Entladungsgefäß/zwischen 2 und 5 Torr gehalten wird. .. „..-,", τ, ^i j

<vor der Zündung der Entladung>
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld und die Entladung im Impulsbetrieb' erzeugt werden.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch · ein mit einer Vakuumanlage verbundenes Entladungsgefäß (10), in dem sich eine ringförmige erste Elektrode (16) und eine zu ihre]

U.„._v "" ""3098217 05-7-3-

Achse (14) im wesentlichen symmetrische und mit axialem Abstand von ihr angeordnete zweite Elektrode (18) befinden; eine den .Raum zwischen den Elektroden (16, 18) im v/esentlichen koaxial umgebende Magnetspule (30), die im Bereich der Achse (14) ein Magnetfeld (B) von "mindestens 10 kG zu erzeugen vermag; und eine Vorrichtung (26) zum Einführen eines zu behandelnden Materials (24) durch die ringförmige Elektrode (16) in den achsnahen Bereich des Entladungsraumes zwischen den beiden Elektroden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß auch die zweite Elektrode (18) ringförmig ist.
3. · Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die erste ringförmige Elektrode (16) in einem Bereich des Magnetfeldes angeordnet ist, in dem die Bedingung ωτ > 1 erfüllt ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom inneren Rand mindestens einer der ringförmigen Elektroden (16, 18) eine rohrförmige Wand (20b, 22b) in Richtung auf die jeweils andere Elektrode vorspringt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch g'ekennz e i chnet, daß vom äußeren Rand mindestens einer der ringförmigen Elektroden (16, 18) eine ringförmige Wand (20a, 22a) in Richtung auf die jeweils andere Elektrode vorspringt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vom inneren Rand einer ringförmigen Elektrode (16 oder 18) vorspringende rohrförmige Wand (20b, 22b) ih axialer Richtung langer

309821/0573

ist als die vom äußeren Rand der betreffenden Elektrode vorspringende ringförmige Wand (20a, 22a).
12. Einrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, da durch gekennueichnet, daß die Achse (14) des Entladungsgefäßes (10) im wesentlichen senkrecht steht und daß die am Innenrand der oberen ringförmigen Elektrode (16) ansetzende Wand (20b) als Suführungsvorrichtung für ein fließfähiges Material (24) ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsvörrichtung eine Art von Nadelventil enthält.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der

. Durchmesser der.ringförmigen Wände mit zunehmendem Abstand von der zugehörigen Elektrode kleiner wird.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Wände (20a, 20b, 22a, 22b) im wesentlichen parallel zu den Feldlinien des von der Magnetspule (30) erzeugten Magnetfeldes verlaufen.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die vom inneren Rand der ersten ringförmigen Elektrode (16) vorspringende Wand (20b) bis in den Bereich reicht, in dem die Bedingung ωτ > 1 erfüllt ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die am Innenrand der ersten ringförmigen Elektrode (16) ansetzende Wand (20b) in den von der Magnetspule (3O) umschlossenen Raum des Entladungsgefäßes (10) hineinreicht.

'Lo.ii.fi

309821/0571
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (30) und die zugehörigen Energieversorgung so ausgebildet sind, daß ein Magnetfeld (B) in einer Feldstärke von mindestens 20 kG erzeugt werden kann.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (3D) als Supraleiterspule ausgebildet ist. - " . .
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (30) in axialem Abstand von den Elektroden (16,18) endet. -

309821/0573