WO2010060259A1

WO2010060259A1 - 雾态气体的制备及通过雾态气体放电形成新材料的方法及设备

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Publication number: WO2010060259A1
Application number: PCT/CN2009/001035
Authority: WO
Inventors: 张弋飞; 张昕辉
Original assignee: 北京坚润表面材料研究所
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2010-06-03
Also published as: EP2381007B1; JP5624048B2; CN101730373B; JP2012507621A; EP2381007A1; US8795770B2; EP2381007A4; DE9828520T1; US20110268889A1; CN101730373A

Description

雾态气体的制备及通过雾态气休放电形成新材料的方法及设备技术领域

本发明涉及通过气体放电形成新材料的方法，更具体地，本发明涉及雾态气体的制备及通过雾态气体放电形成新材料的方法和雾态气体产生设备及电源设备。背景技术

早在 1835年 Faraday就发现了低气压下气体放电现象、历经百余年，气体放电的应用极为广泛，已用于电光源、激光、金属材料及高分子材料改性、半导体、集成电路 ... ...。上述的气体放电都是单纯的气体放电，仅以材料工业为例：如等离子渗氮采用氮、氢气体《张国庆等 0Crl7Nil2Mo2奥氏体不锈钢低温等离子渗氮研究 [ J ] 金属热处理. 2008. 33 ( 8 ) 138 ~ 141》。离子镀技术用的是氩气《张钧赵彦辉多弧离子镀技术与应用 [ M ] 北京冶金工业出版社 2007》。等离子体织物改性用空气、氧、氮、含氟气体等《中国专利公开号 CN1318664. A》。放电介质都是气体，而本发明与单一气体比较，雾态气体 AI ( m ) 由多种物质形态组成，单质和 /或化合物选择范围更宽的雾态气体进行气体放电—— 雾态气体放电。应用此雾态气体放电来形成新材料。发明内容

第一方面，本发明提供了一种雾态气体的产生方法。

第二方面，本发明提供了一种通过雾态气体放电形成新材料的方法。另一方面，本发明提供了雾态气体产生设备及电源设备等，即通过雾态气体放电形成新材料的设备。

本发明的放电是在一定的温度、压力条件下，在含有微纳固体、液体的雾态气体中，以雾态气体放电形式，在自行设计的设备中形成新的材料。

第一方面，本发明提供了一种产生雾态气体的方法。该方法包括步骤：

1 )提供第一容器，容器或容器局部某特定区域的压力和温度是可设定的。

2 )在第二容器中提供固态、液态的单质或 /和化合物，所述第二容器位于笫一容器之内或之外。

3 ) 改变第二容器中的温度或 /和压力，使位于第二容器中的固态、液态的单质或 /和化合物进入第一容器产生雾态气体，该雾态气体弥散在第一容器或第一容器局部。

笫二方面，本发明提供了一种通过雾态气体放电形成新材料的方法。该方法包括步骤：

1 )提供有待在其中形成新材料的装置或有待改性的材料，将其放入第一容器中，

2 )通入预处理气体，并产生火花或弧光放电，随后转为辉光放电，利用辉光放电对所述装置或材料进行预处理；

3 )加热或冷却在第一容器中的装置或有待改性的材料，达到并保持在指定的温度；

4 )按第一方面所述方法产生单质或 /和化合物的雾态气体；

5 )启动电源设备，在第一容器中的两电极间产生雾态气体放电，在第一容器的指定压力下：如 1. 3Pa ~ 50 Pa , 在特定装置中形成新材科或对材料进行雾态气体放电改性。

在本发明的优选实施方案中，加热或冷却在第一容器中的装置或有待改性的材料，达到并保持在 - 210°C ~ 1400°C。

在本发明的优选实施方案中，所述雾态气体放电不限于单一的雾态气体放电，而是多种雾态气体放电多次进行，如:

A ( m )放电 + J ( m )放电 + D ( m )放电 +

其中 A (m)、 J (m)、 D (m)分别表示不同的雾态气体。在本发明的优选实施方案中，可以使通常的气体放电、 PVD、 CVD、溅射等与本发明的雾态气体放电方法交替进行。如：普通气体放电等 + J (m)放电等。在本发明的可选实施方案中，多种雾态气体放电与多种普通气体放电多次进行，如：

A (m)放电 +普通气体放电等 + J (m)放电 + D (m) 放电 +另一种普通气体放电等 +……，

其中 A (m)、 J (m) 、 D (m)分别表示不同的雾态气体。在本发明的实施方案中，所述待改性材料是单质、化合物，并且包括但不限于金属及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、石墨、金刚石、碳纤维、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等聚合物；棉、麻、毛、丝、木材等天然纤维；粘胶纤维、蛋百质纤维等人造纤维；氨纶、涤纶、芳纶、尼龙等合成纤维；以及上述材料的镀层、涂层、渗层、复合层等。用于实施本发明的雾态气体放电方法的设备主要包括下列部分：

1)第一容器，该容器包含使容器或容器局部某特定区域达到指定压力的压力系统； 2)第二容器，该笫二容器位于第一容器之内或之外并且装有单质或化合物，该第二容器包含使该第二容器达到指定压力的第二压力系统；

3)—个或多个加热或冷却装置，这些加热、冷却装置分别用于加热或冷却材料、单廣或 /和化合物、容器或局部区域的温度，以便使材料、单质或 /和化合物、容器或局部区域达到指定温度；

4)在第一容器内的电极或阴极和阳极，有待产生新材料的装置或有待处理的材料放在两电极间或电极上；产生电流和电压的电源，并可以对电压电流进行调节，供给两电极以产生雾态气体放电。

在本发明的优选实施方案中，所述电源可以为直流、直流脉冲、交流、微波、射频、高频等电源。

在本发明的一个优选实施方案中，通常的 PVD、 CVD、溅射、离子镀等可以在本发明的设备中进行。

在本发明的另一个优选实施方案中，雾态气体可以是不同时间多次得到两种或两种以上的单质和 /或化合物组成的雾态气体，即可以是 A (m) +AI₂ (m) +AI₃ (m) +…等组成，其中 Al^ (m) 、 AI₂ (m) 、 AIs (ra) 等分别表示不同组成的雾态气体。

附图说明

图 1示出了用于实施本发明的雾态气体放电方法的设备的原理图。具体实施方式

本发明的雾态气体放电方法详述如下。

A) 第一容器（1) 中，设有电极或设有阴极和阳极。有特定装置（⁵)放在电极上或电极之间，其内形成新材料、或被改性的材料 C放在其中。有加热或冷却装置（6)，温度控制由材料温度测量和控制系统（ 7) (以下简称材料温度系统）。可使材料 C 达到并保持在指定温度。

B) 固态、液态的单质或 /和化合物 A: 装在第二容器（22) 中，放在第一容器（1)内部或外面。当两容器导通时，容器（22) 出口处的压力与第一容器（1)相同。为了使 A达到并保持在指定温度，由加热或冷却装置（23)温度测量控制由化合物系统（24)

(以下简称化合物温度系统）承担；为了使第二容器保持在指定压力，有压缩、抽气装置（25) 自控仪器及阀组成的压力控制系统（26) (以下简称化合物压力系统）。

C) 第一容器（1) 中，有充气、压缩、抽气装置（11) 自控仪器及阀组成的压力控制系统（12) (以下筒称容器压力系统） , 使整个容器达到并保持在指定压力。

并有充气、压缩、抽气装置（11，）自控仪器及阀组成的压力控制系统（12，）（以下简称区域压力系统），使容器某区域达到并保持在指定压力。

D) 第一容器内或外，设置加热或冷却装置（8) ，温度测量和控制由系统（ 9 ) (以下简称容器温度系统）使容器达到并保持在指定温度；

并设置加热或冷却装置（8，），温度测量和控制由系统（9，） (以下简称区域温度系统）使某区域达到并保持在指定温度。

E) 第一容器（1)有气体入口（10) ; 可供指定数量的气体由此进入，当单质或 /和化合物 A放在低压容器外时，也可由此进入。

F)启动抽气装置（11)压力控制系统（12) , 使密闭容器中成为负压。当密闭容器达到中达到最低压力；启动充气系统（11) , 经过气体入口（10)通入预处理气体。

G)第一容器（1) 中，设置阴极（2) 、阳极（3) ，或两电极 (2') ( 3，）；电极间有产生电流、电压的电源（4) 。电源是：直流、直流脉冲、交流、微波、射频、高频等任一方式；电源系统（4)供电并对电压、电流进行测量与控制。

H)启动材料温度系统（6) (7)使特定装置或被改性材料 C 达到并保持在某个一定温度。

I)启动电源系统（4) , 电极间产生辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3Pa~50Pa，对特定装置或被改性材料 C表面进行预处理。

J)启动材料温度系统（6) (7) , 及辉光放电的热效应使特定装置或被改性材料 C温度不断上升，依工艺要求升至指定温度。

K)采用雾态气体形成方法得到雾态气体 AI (m) 。方法如下： [ 1] 对单质和 /或化合物 A, 在温度 T。时的饱和蒸气压为 P。；当温度 T。不变，容器内压力小于 P。；或 P。不变，容器内温度大于 T。时， A均为气体状态。

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器温度 T保持在 T。，启动容器压力系（ 11 ) (12)使第一容器的压力 Ρ保持在 Ρ₀。

启动装置（23) 电源及温度测量控制化合物系统（24)使放在第二容器（22) 中的单质或 /和化合物 A, Α的温度超过 Τ。，由于第一容器（1) 与容器（22) 出口处相同，保持在 P。， A气化进入容器。此时，第一容器中压力增大，压力系统使密闭容器压力保持在指定压力。预处理气体逐渐减少第一容器中只有 A气体或残留极少量预处理气体。或按需要存留部分预处理气体。

(a)在第一容器内，启动容器温度系统（8) (9)使容器温度 T保持在 T。启动容器压力控制系统（11) (12)使容器的压力 P大于 P。，部分气态 A转变为微纳米的液态 A或固态 A;

微纳米液态 A或固态 A悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A( m ); 即 T = T。， Ρ > Ρ。时， A ( g) → A ( s、 1 ) + A ( g) → A (m) 。

(b)在第一容器内，启动容器温度系统（8) ( 9 )使容器温度 T保持在 T。启动区域压力控制系统（11，）（12，）使容器某区域的压力 P大于 P。，部分气态 A转变为微纳米的液态 A或固态 A;

纳米的液态 A或固态 A悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A

(m) ；

即 T = T。， Ρ > Ρ。时， A ( g) → A ( s、 1 ) + A ( g) → A (m) 。

(c)在第一容器内，启动容器压力系统（11 ) ( 12)使容器压力 P保持在 P。，启动容器温度系统（8 ) ( 9 )使容器内温度 T 小于 T。，部分气态 Α转变为纳米的液态 Α或固态 Α; 微纳米的液态 A或固态 A悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (m) ;

即 P = P。， T < Τ。时， A ( g) → A ( s、 1 ) + A ( g) → A (m) 。

(d)在笫一容器内，启动容器压力控制系统（11 ) ( 12)使容器压力 P保持在 P。，启动区域温度系统（8，）（9，）或由于散热快，如靠近炉壁处形成低温区域，使容器内某区域温度 T小于 To, 部分气态 A转变为微纳米的液态 A或固态 A;

微纳米的液态 A或固态 A悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (ra) ；

即 P = Ρ_β, Τ < Τ。时， A ( g) → A ( s、 1 ) + A ( g) → A (ffl) 。当容器中存在不与 A起化学反应的气体 H时，形成雾态气体 I (m) ；

即 A (m) + H (g) →I (m) ;

[2 ]设第一容器（1) 中有预处理气体或气体 H (g) ，温度低于 T。，

在第二容（²²) 中，启动化合物温度系统 S) (24)使 Α的温度升高，超过 T。而气化。

但第一容器（1) 中的温度低于 Τ。， Α气体进入第一容器（1) 后，部分气态 A转变为微纳米液态 A或固态 A, 即成为雾态 A(m); 雾态 A (m)在密闭容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器（1) 中压力增大。

启动容器压力系统（11) (12)使容器压力保持在某设定压力 P; 气体 H (g) 逐渐减少，在 A的饱和蒸气压是够大时接近为零；第一容器（1) 中只有雾态 A (m) 。

一般说 H (g) 占有一定比例

即在容器中 A (m) + H (g) →I (m) 。

[ 3]在第一容器中有雾态 A (m) ，通过气体放电溅射、磁控溅射、离子注入等物理方法，将单质或 /和化合物 E转变为微纳米的固态或液态。或直接通入 t纳米的固态或液态。

E (s、 1) 悬浮在 A (m) 中，形成雾态气体 F (ra)

即 A (m) +E ( s、 1 ) → F (m) ；

当容器中存在不与 A起化学反应的气体 H时，形成雾态气体 J (m) ；

即 F (m) + H (g) →J (m) 。

[4〗在第一容器中，有雾态的单质或 /和化合物 A (m)或 A (g) 、雾态的单质或 /和化合物 B (m) 或 B (_g) 。人与 B产生化学反应，形成微納米固态或液态 M (s、 1) , 气体 N (g) 。

即 A (m) + B (m) → M ( s, 1 ) +N (g) →C (m) A (ffl) + B (g) → M (s, 1) +N (g) →C (ra) A (g) + B (m) → M (s, 1) +N (g) →C (m)

雾态 C (m)是反应产物，也可以是反应产物与反应后剩余的 A 或 B组成。

当容器中存在不与 A、 B起化学反应的气体 H时，形成雾态气体 K (m) ；

即 C ( m ) +H ( g ) → K ( m ) 。

[5〗在第一容器中，雾态的单质或 /和化合物 A (m)分解，形成微纳米固态或液态 M (s、 1) , 气体 N (g) 。

即 A (m) →M (s、 1) +N (g) →D (m)

雾态 D (m)是反应产物，也可以是反应产物与反应后剩余的 A (m) 组成。

当容器中存在不与 A起化学反应的气体 H时，形成雾态气体 L (m) ；

即 D (m) + H (g) →L (m) 。

[ 6]在第一容器中，按上述 1、 2、 3、 4、 5、形成条件，所形成的雾态气体 A (m) B (m) C (m) D (m) I (m) J (m) K (m) L (m) 统称为雾态气体 AI (m) 。是一次或不同时间多次得到两种或两种以上的单质和 /或化合物组成的雾态气体。即可以是 (m) +AI₂ (m) +AI₃ (m) +…等组成。

雾态气体 AI (m)的特征是：由于气态中悬浮微纳米固、液体；雾态气体 AI (m)透明度低；相同电压、电流、气压、温度条件下，辉光的形貌与气体放电不同。

L)启动化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（24) ( 25 M吏第一容器中的单质或 /和化合物按工艺达到指定的数量。

M)在以上产生的雾态气体 AI (m) 中，启动电源系统（4) ，两电极间或阴阳极间产生电压，在电场作用下，电极间产生气体放电。

N)启动（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)的两极间电压、电流，在雾态气体放电产生的热效应下，特定装置（5)或被改性材料 C温度不断上升，依工艺要求升至指定温度，雾态放电保持一定时间（依工艺要求而定）。在雾态气体放电的物理化学作用下得到新材料。或被改性材料 C得到不同的物理化学性能，成为新的材料。

雾态气体放电不限于单一的雾态放电，而是多种雾态放电多次进行，如：

A ( m )放电 + J ( m )放电 + D ( m )放电 + 雾态气体放电和通常的气体放电、 PVD、 CVD、溅射等、能够与本发明的方法交替进行。如：普通气体放电等 + J (m)放电。

多种雾态放电与多种普通气体放电多次进行，如：

A (m)放电 +普通气体放电等 + J (m)放电 + D (m) 放电 +另一种普通气体放电等 +……

通常的 PVD、 CVD、溅射、离子鍍、等能在本发明的设备中进行。

材料 C是单质或化合物，包括但不限于金属及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、石墨、金刚石、碳纤维、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等聚合物、橡胶、棉、麻、毛、丝、木材等天然纤维；粘胶纤维、蛋白质纤维等人造纤维、氨纶、涤纶、芳纶、尼龙等合成纤维，以及上述材料的镀层、涂层、渗层、复合层等。本发明的优点在于由于雾态气体 AI (in) 的存在，在密闭容器中，单位体积的雾态气体中 A的浓度，远远高于单位体积的气体中 A的浓度；在一些特定条件下物理化学反应更容易进行，能形成新的材料并有更高的效率。

与单一气体比较，雾态气体 AI (m) 由多种物质形态组成，单质及化合物选择范围更宽，

又由于雾态形成时， P不变 Τ<Τ。， Τ不变 Ρ>Ρ。，雾态气体放电与常规气体放电比较，可以在更低温度或更高压力下进行。实施例：

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，这些实施例仅在于举例说明而并不意图限制本发明的范围。实施例 1. 通过雾态氯化铝气体放电在金属材料表面形成渗铝层雾态气体 A (m) : A1C1₃ , 在 T。=96.7°C下，饱和蒸气压 P。=133Pa 改性材料 C: 模具钢 HI 3

A) 第一容器（1) 中，将特定装置（5)放在在阴极上，其中待改性材料模具钢 HI 3放在第一容器（ 1 )内面。加热或冷却装置（6) , 由材料温度测量和控制系统（7) (以下简称材料温度系统）进行温度控制，可使材料 C: 模具钢 HI 3达到并保持在指定温度 1\。

B) 固态化合物 A1C1₃装在第二容器（22)中放在第一容器（1) 内部或外面。为了使 A1C1₃达到并保持在指定温度 T₄, 由加热或冷却装置（23) 电源及温度测量控制由化合物系统（24) (以下简称化合物温度系统）承担。

0 笫一容器（1) 中，有充气、抽气装置（11) 自控仪器及阀组成的压力控制系统（12) (以下筒称容器压力系统），使整个容器达到并保持在指定压力。

并有充气、抽气装置（11，）自控仪器及阀组成的压力控制系统（12，）（以下简称区域压力系统），使容器某区域达到并保持在指定压力。

D) 在第一容器内或外，设置加热或冷却装置（8) , 温度测量和控制由系统（9) (以下简称容器温度系统）使容器达到并保持在指定温度。

并在某区域设置加热或冷却装置（8，），温度测量和控制由系统（9，）（以下简称区域温度系统）使某区域达到并保持在指定温度。

E) 第一容器（1)有气体入口（10) ；可供指定的气体由此进入。

F) 启动抽气装置（11)压力控制系统（12) , 使密闭容器中成为负压。

当密闭容器达到中达到 1.3Pa; 启动容器压力控制系统（11) ( 12) , 经过气体入口 ( 10 )通入预处理 Ar。

G) 第一容器（1) 中，设置阴极（2) 、阳极（ 3) , 阴极与阳极之间由高压电源系统（ 4 )提供 0-1500V可调节的直流或脉冲高压电，并对电压、电流进行测量与控制。

H) 启动电源系统（4) ，电极间产生辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3 Pa~ 50 Pa, 对被改性材料 C: 模具钢 H13表面进行预处理。

I) 启动容器压力控制系统（11) (12)使容器达到 133Pa。 J) 采用雾态气体形成方法得到 A1C1₃雾态气体 AI (m)，方法如下：

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器温度达 100°C。

启动化合物温控系统（²3 ) ( 24 )使放在第二容器 Π2) 中的 A: A1C1₃的温度达 120°C超过 T。，由于容器（22) 出口处与第一容器（1)相同，其压力已达到 133Pa，等于 P。， A: A1C1₃气化迸入笫一容器（1) 。此时，容器中压力增大。

启动容器压力控制系统（11) (12)使密闭容器压力保持在 133Pa。预处理气体逐渐减少并接近为零；第一容器中只有 A1C1₃ 气体。

(a) 启动容器温度系统（8，）（9，）使第一容器内材料 C附近或第一容器外壳温度达 80°C小于 T。，部分气态 Α转变为微纳米液态 A或固态 A。悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (m)

^l⁷ P = Po, T<T₀时， A (g) A (s、 1) +A (g) → A (m) 。

(b) 或当第一容器温度维持 100°C，启动化合物温控系统 ( 23 ) ( 24 )使放在第二容器（22) 中 A1C1₃的温度达 120°C超过

T„, 由于容器（22) 出口处与第一容器（1)相同，其压力已达到 133Pa, 等于 Po, MC1₃气化进入第一容器（1)。容器中压力增大，此时启动容器的气体入口处（10，）的区域压力系统（11，）（12，）及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) ，使该区域的压力为 150Pa, 大于 P。部分气态 A转变为微纳米液态 A或固态 A。悬浮在气体 A 中，形成雾态气体 A (m) ；

即 T - T。， Ρ < Ρ。时， A (g) → A (s、 1 ) + A ( g) → A (m) 。

K) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )、化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 及容器温度系统 ) (9) 、容器压力系统（11) (12) ，使第一容器中的化合物 A1C1₃按工艺保持一定数量。

L) 启动高压电源系统（4) ，电压 350 ~ 1⁵00伏，随模具钢的渗层要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

M) 启动（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度、并启动电源系统（ 4 )的两极间电压、电流，雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电，在辉光放电的热效应下，模具钢 C温度不断上升，依模具钢渗层的要求升至指定温度 Tl，如为 ⁵⁵0°C。 N) 在雾态放电的作用下，雾态 A1C1₃在 550°C模具钢附近分解： 2A1C1₃→2A1+3C1₂ 成为雾态 D (m) , 雾态放电保持 2小时（依钢渗层的要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下，模具钢（5)表面形成 F e、 Al固溶体 Fe₂Al₅、 Fe₃A FeAK FeAl₂、 FeAl₃等。用上述相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Ni、 Cr、 Ti、 Cu、 Mo、 Nb、 W、 Mg等各种金属及其合金，表面形成 Al的多种合金、化合物层。实施例 2. 通过雾态氯化铵气体放电在金属材料表面形成氮化物渗层

雾态气体 A (m) : NH₄C1 T。=162°C下，饱和蒸气压 P。=133Pa 改性材料 C: 35CrMo氮化钢。

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料 35CrMo氮化钢放在阴极上的特定装置（5) 中。

B) 固体化合物 NH₄C1装在第二容器（ 22 ) 中，放在第一容器 (1) 内部或外面。

C) 启动容器压力控制系统（11) (12) , 使第一容器中形成负压。

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动控制系统（11) (12) , 经过气体入口（10) 通入预处理气体 N₂。

E) 启动电源系统（4) , 产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3 Pa ~50 Pa, 对材料 C: 35CrMo氮化钢。表面进行预处理。 F) 材料 C35CrMo 预处理后，启动容器压力系（11) (12) 使第一容器的压力达到 50Pa。

G) 形成雾态气体：

启动升、降温及温控系统（8) (9)使第一容器（1)温度 T 保持在 170°C。

由于第二容器（ ²² )出口处压力与第一容器（1)的压力已达到 50Pa。启动升、启动化合物温度系统（ 23 ) ( 24 )使在第二容器（22) 中的 A：固态 NH₄C1的温度超过 190°C, A气化进入第一容器，气态化合物 NH₄C1 在笫一容器的浓度逐渐增加；此时，笫一容器中压力增大。

启动容器压力控制系统（11) ( 12)使第一容器压力保持在 133Pa; 惰性气体逐渐减少 l据渗层要求达到一定比例，如， 40 %。笫一容器（1) 中有气态 NH₄C1、 N_2o

启动区域温度系统（8，）（9，）使容器内材料 C附近材料 C 附近或第一容器外壳温度小于 T。为 120°C。部分气态 A: NH₄C1转变为微纳米液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A(m) ; 或启动温度系统（ 8 ) (9)使第一容器温度小于 T_Q形成雾态气体 A (m) 。

H)化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 及容器温度系统（8) (9) 、容器压力系统（11) (I²) , 使第一容器中的化合物 NH₄C1保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) , 电压 3⁵0 ~ 1⁵00伏，随 3⁵CrMo 钢的渗层要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 启动（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。 35CrMo 钢 C温度不断上升。依 3⁵CrMo 钢渗层的要求升至指定温度，如为 550。C。

) 在雾态放电的作用下，雾态 NH₄C1在模具钢附近分解：

2NH₄C1→N₂ + 3H₂ + 2HC1 雾态放电保持 4小时（依钢渗层的要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下， 35CrMo氮化钢表面形成

Fe₄N、 Fe₂N、等渗层。较通常渗氮，厚度提高％20以上。

用上迷相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Ni、 Cr、 Ti、

Cu、 Al、 Mg、 W、 Mo等金属及其合金，表面形成氮的化合物层。实施例 3. 通过雾态硫气体放电在金属表面形成渗硫层或碗与硫化物的复合层

雾态气体 A ( m ) ：单质硫 T。=144. 5 °C下，饱和蒸气压 P。=13. 3Pa 改性材料 C: GCrl5轴承钢

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料 GCrl5钢放在阴极上的特定装置（5 ) 中。

B) 固体化合物单质硫装在第二容器（ 22 )中，放在第一容器 ( 1 ) 内部或外面。

0 启动抽气装置（11 )压力控制系统（12 ) , 使第一容器中形成负压。

D) 当第一容器达到 1. 3Pa; 启动充气系统（11 ) ，经过气体入口（10 )通入预处理气体 NH₃ 。

E) 启动电源系统（4 ) , 产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在容器指定压力下：如 1. 3Pa ~ 50Pa , 对材料 GCrl5钢的表面进行预处理。

F) 材料 GCrl5钢预处理后，启动容器压力控制系统（ 11 X 12 ) 使第一容器的压力达到 1. 3Pa。 G) 形成雾态气体：

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器（1)温度 T保持在 90°C。

由于第二容器（ ²² )出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa₀ 启动化合物温度系统（ 23 ) ( ²⁴ )使放在第二容器（22) 中的 A: 单质硫的温度超过 190°C, A气化进入容器。

由于第一容器（ 1 )温度低于 T。，气体硫进入第一容器（ 1 ) 后，部分^ <即成为微纳米的液、固体，即雾态硫 A (m) , 雾态硫在密闭容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器（1) 中压力增大。

启动容器压力控制控制系统（11) ( 12)使容器压力保持在 13.3Pa; 气体 NH₃逐渐减少；低压容器中雾态硫 AI ( m )增多。

H) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 及容器温度系统（8) (9) 、容器压力系统（11) (I²) , 使第一容器中的单 ^硫保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) , 电压 350 ~ 1500伏，可随 GCrl5 钢性能要求来确定，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 运用（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度及电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。 GCrl5钢 C温度不断上升。依 GCrl5钢渗层的要求升至指定温度 T1, 如为 140°C。雾态放电保持 2小时（依钢渗层的要求而定）。

K) 启动化合物温度系统（ 23 ) ( 24 )使硫快速升至 300°C，雾态硫大量进入，第一容器，压力升高。

L) 启动容器压力控制系统（11) (12) , 化合物温度系统 ( 23 ) ( 24 )使压力保持 500Pa。

m)微纳米（或溅射等产生的）钼通入第一容器 S₂. +Mo→ Mo S₂ 或直接通入 Mo S₂, 形成雾态 J (m) 。

N) 运用电源系统（4)化合物温度系统（ 23 ) ( 24 )容器温度系统（8) (9) ，区域温度系统（8，）（9，），材料温度系统 (6) (7)使轴承钢温度保持 14G°C 保温 10 ~ 50分钟。

0) 关闭电源（4) , 容器加热系统（8) (9) 。

P) 当第一容器压力达 2000 Pa (依复合层厚度而定）。关闭化合物加热系统（ 24 ) ( 23 ) 。

这样，在雾态气体放电的物理化学作用下，轴承钢（5)表面形成 F e、 S的固溶体及化合物 FeS、 FeS₂等。并在其上形成了 S+MoS₂ 复合材料。

用上述相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Ni、 Ti、 Cu、 Mo、 Nb、 W、 Mg、 Al等金属及其合金，表面形成 S的固溶体、化合物层及复合材料层。

硫的化合物之上，除 MoS₂以外，还可以通入 WS₂、石墨、等微纳米固体或液体，形成相应的复合材料。

根据需要，可以减少 J、 K、 L、 M、 N、 0 步骤，则轴承钢（5) 表面只形成 Fe、 S的固溶体及化合物 FeS、 FeS₂等。实施例 4. 雾态丙烯酸气体放电对化纤改性

雾态气体 A (m) : 液态丙烯酸。 T。=39°C, 饱和蒸气压 P。=1330Pa 改性材料 C: 化学合成纤维涤纶。

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料涤纶放在两极之间的特定装置（5，）中。

B) 液体化合物 A ：液态丙烯酸放在第一容器（1)外面。

C) 启动容器压力控制系统（11) (12) , 使第一容器中形成负压

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动充气系统（11) ，经过气体入口（ 10)通入预处理气体空气。

E) 启动电源系统（4) ，产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在第一容器指定压力下：如 1.3 Pa ~ 50 Pa, 对材料涤纶表面进行预处理。

F) 材料涤纶預处理后，启动容器压力控制系统（11) (12) 使第一容器的压力达到 1.3Pa。

G) 形成雾态气体：

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器（1)温度 T保持在 40°C。

由于第二容器（2²) 出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa。启动化合物温度系统（ 23 ) ( ²⁴ )使放在第二容器（²²) 中的 A: 丙烯酸的温度超过 40°C, A气化进入容器。

气态丙烯酸在第一容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器中压力增大。

启动容器压力控制系统（11) (12)使第一容器压力保持在 600Pa; 空气逐渐减少并接近为零；第一容器（1)中只有丙烯酸。

启动区域温度系统（8，）（9，）使第一容器内局部（材料 C 附近）温度 T小于 15°C。部分气态 A: 丙烯酸转变为微细米液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (m) 。

H) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 及容器温度系统（8) ( 9) 、容器压力系统（11) (12) , 使第一容器中的丙烯酸保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（⁴) , 电压 350 ~ 1⁵00伏，在电场作用下，电极间产生雾态火花、孤光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 启动（6) (7) (8) (9) ( 11) (12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。涤纶 C温度不断上升。依涤纶性能的要求升至指定温度 110°C。雾态放电保持 1 小时（依涤纶性能要求而定）。在雾态气体放电的物理化学作用下，纤维表面接枝亲水性的含氧极性基团，如- 0H基等。

用上述相同的方法，在阴极和阳极之间放置合成纤维、天然纤维、玻璃及纤维制品、碳纤维及制品、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等高聚物，并采用含有双键或三键的不饱和有机酸或有机化合物等作为雾态气体放电反应物，进行表面改性。改性后的合成纤维，高聚物、玻璃纤维、碳纤维等表面的吸湿性显著提高。

本实施中的电源（4)也可以是射频、微波、交流、高频电源。实施例 5. 雾态硫气体放电对塑料、橡胶的表面改性

雾态气体 A (m) ：单质硫 T_Q=144.5°C下，饱和蒸气压 P_Q=13.3Pa 改性材料 C: 聚氯乙烯

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料聚氯乙烯放在两极间的特定装置（5，）中。

B) 即将固体化合物单质^ <放在第一容器（1) 内部或外面。

C) 启动容器压力控制系统（11) (12) ，使第一容器中形成负压；

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动充气系统（11) ，经过气体入口（10)通入预处理气体 NH₃。

E) 启动电源系统（4) , 产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3 Pa~ 50 Pa, 对材料 C: 聚氯乙烯表面进行预处理。

F) 材料聚氯乙烯预处理后，启动容器压力控制系统（ HX 12) 使第一容器的压力达到 1· 3Pa。

G) 形成雾态气体：启动容器温度系统（8) (9)使笫一容器（1)温度 T保持在 40°C！。

由于第二容器（2²)出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa,启动升、降温及温控系统（ 23 ) ( 24 )使放在第二容器（22) 中的 A: 单质硫的温度超过 200°C, A气化进入容器，由于第一容器（ 1 )温度低于 T。，气体硫进入第一容器（ 1 )后即成为雾态 A (m) , 雾态硫在密闭容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器（1) 中压力增大。

启动容器压力控制系统（ 11 ) ( 12 吏容器压力保持在 133Pa; 气体 NH₃逐渐减少；第一容器（1) 中雾态硫增多。

H) 启动化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) (25)及容器温度系统（8) (9) 、容器压力系统（11) (12) , 使第一容器中的硫保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) ，启动高压电源系统（4) , 电压 350 ~ 1500 伏，可随聚氯乙烯性能要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 运用（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度及电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。依聚氯乙烯温度不断上升。依聚氯乙浠的性能要求升至指定温度 T1, 如为 80°C！。雾态放电保持 2小时（依聚氯乙烯的要求性能而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下，经过表面改性的聚氯乙烯电阻显著增大， 20°C时体电阻系数由 1 X 10"欧姆 ·厘米提高到 4 1Q¹⁴欧姆 .厘米，韧性增加。

用上述相同的方法，在阴极和阳极之间放置聚乙烯、聚丙烯、橡胶等材料，采用采用硫单盾作为雾态气体放电反应物，进行表面改性得到异常的性能。本实施中的电源（4)也可以是射频、微波、交流、高频电源。实施例 6. 雾态气体放电使蚕丝具有抗菌性能

雾态气体 A (m) : 固态碘， T。-43.7°C下，饱和蒸气压 P。=133Pa 改性材料 C: 蚕丝纤维。

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料蚕丝纤维放在两极之间的特定装置（ 5 )中。

B) 将固体化合物固态碘放在第一容器（1) 外面。

0 启动容器压力控制系统（11) (12)使第一容器的压力达到 133Pa。

D) 形成雾态气体：

启动系统（8) (9)使第一容器（1) 温度 T保持在 20°C。启化合物温度系统（²3 ) ( 2⁴ )使放在第二容器（²²) 中的 A: 单质換的温度超过 60°C, 容器的压力已达到 1.3Pa。固态碘气化进入容器，由于第一容器（1) 温度低于！¹。，碘气体进入第一容器（1)后即成为雾态 A (m) , 雾态碘在第一容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器（1) 中压力增大。

启动容器压力控制系统（ 11 ) ( 12 吏容器压力保持在 133Pa; 空气在容器中逐渐减少；

E) 化合物温度系统（ 2² ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 使第一容器中的单质砩保持指定数量。

F) 启动高压电源系统（4) , 电压 350 ~ 1500伏，随工艺要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

G) 启动（6) (7) (8) (9) ( 11) ( 12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。蚕丝温度不断上升。依蚕丝性能的要求升至指定温度 100°C。雾态放电保持 0.5 小时（依蚕丝性能要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下，经过表面改性的丝纤维制品具有明显抑制葡萄球菌、大肠杆菌的作用。

用上述相同的方法，在阴极和阳极之间放置其它合成纤维、天然纤维等进行表面改性，得到类似效果。

本实施中的电源（4)也可以是射频、微波、交流、高频电源。实施例 7. 雾态气体放电在金属材料表面形成渗钛层

雾态气体 A(m): TiCl₃ 在 T。=531°C下，饱和蒸气压 P₀=133Pa 改性材料 C: 高速钢 W18Cr4V。

所用设备与实施例 1相同。

A) 将待改性材料 W18Cr4V钢放在阴极上的特定装置（5)中。

B) 将固体化合物 TiCl₃放在第一容器（1) 内部或外面。

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动充气系统（11) , 经过气体入口（10)通入预处理气体 Ar。

E) 启动电源系统（4) ，产生 0-1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3Pa~50Pa，对材料 C: W18C.r4V钢的表面进行预处理。

F) 材料 C l 8Cr4V钢预处理后，启动容器压力控制系统（ 11 ) ( 12 )使第一容器的压力达到 1.3Pa₀

G) 形成雾态气体：

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器（1)温度 T保持在 450°C 由于第二容器、11、出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa₀ 启动化合物温度系统（ ²³ ) ( 24 )使在第二容器（ 22 ) 中的 A: TiCl₃的温度超过 560°C， A气化进入容器。

气态化合物 1^(1₃在第一容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器中压力增大，启动容器压力控制系统（11) (12)使容器压力保持在 133Pa; 惰性气体逐渐减少，气体 Ar逐渐减少并接近为零；第一容器（1) 中只有 TiCl₃。

启动区域温度系统（8，）（9，）使第一容器内局部（如容器外壳附近）温度 T小于 T。如 400°C。部分气态 A: TiCl₃转变为液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (m) ; 或启动升、降温及温控系统（8) (9)使第一容器温度小于 T。形成雾态气体 A (m) 。

H) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 使第一容器中的化合物 TiCl₃保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) ，电压 350 ~ 1500伏，随高速钢的渗层要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 启动（6) (7) (8) (9) (11) ( 12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。高速钢 C温度不断上升。依钢渗层的要求升至指定温度 T1, 如为 560°C。

K) 在雾态放电的作用下，雾态 TiCl₃在 560°C钢附近分解： 2TiCl₃→2Ti+3Cl₂、雾态放电保持 4小时（依钢渗层的要求而定）。

采用 TiCl₄作为反应化合物亦可，在高温气体放电下

3TiCl₄+Fe → 3TiCl₃+FeCl₃ 在雾态气体放电的物理化学作用下，高速钢（5)表面形成 Fe₂Ti、 FeTi、 TiC等渗层，用上述相同的方法及不同的工艺，在阴极上放置各种钢铁以及 Ni、 Cu、 Mo、 Nb、 Al、 Co等金属及其合金，表面形成钛的固溶体及化合物渗层。实施例 8. 雾态气体放电在金属表面渗铝后渗氮

雾态气体 A (m) : A1C1₃在 T。=96.7°C下，饱和蒸气压 P。-133Pa 改性材料 C: 模具钢 HI 3

与实施例 1所用设备相同。

A) 将待改性材料 H13钢放在阴极上的特定装置（5) 中。

B) 将固体化合物 A1C1₃第一容器（1) 内部或外面。

0 启动第一容器压力控制系统（11) (12) , 使第一容器中形成负压。

Ε) 启动电源系统（4) ，产生 0- 1500V可调节的直流或脉沖高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在第一容器指定压力下：如 1.3 Pa -50 Pa, 对材料 H13钢的表面进行预处理。

F) 对材料 HI 3钢预处理后，启动容器压力控制系统（ 11 X 12 ) 使第一容器的压力达到 1.3Pa。

G) 形成雾态气体：

启动容器温度系统（8) (9)使第一容器（1)温度 T保持在 300°C

由于第二容器（22) 出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa_D 启动化合物温度系统（ 23 ) ( 24 )使在第二容器（2²) 中的 A: A1C1₃的温度超过 100°C， A气化进入容器。

气态化合物 A1C1₃在密闭容器的浓度逐渐增加；此时，密闭容器中压力增大，启动容器压力控制系统（11) ( I²)使第一容器压力保持在 133Pa; 惰性气体逐渐减少，气体 Ar逐渐减少并接近为零；第一容器（1) 中只有 A1C1₃气体。

启动区域温度系统（8，）（9，）使容器内，第一容器外壳附近温度 T为 80°C小于 T。。部分气态 A: ALC1₃转变为液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A(m); 或启动容器温度系统（8) (9)使第一容器温度小于 T_Q形成雾态气体 A (m) ；

H) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 使第一容器中的化合物人1(1₃保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) , 电压 350 ~ 1500伏，随模具钢的渗层要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟，

J) 启动（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节压力、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、弧光放电转为雾态辉光放电。模具钢 C温度不断上升，依钢渗层的要求升至指定温度 T1, 如为 560°C。雾态人1(1₃在 560°C模具钢附近分解： 2A1C1₃→2A1+3C1₂、成为雾 D (m)雾态放电保持 1小时（依钢渗层的要求而定）。

K) 通入 NH₃,第一容器中压力增大，启动容器压力系统使第一容器压力保持在 133Pa; 气体 A1C1₃逐渐减少达到一定比例，根据渗层要求，如， 10%A1C1₃: 90%NH_3o

L) 依模具钢渗层的要求在指定温度，如为 550°C。保持 6小时（依高速钢渗层的要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下，模具钢（⁵) 表面形成 Fe₄N、 Fe₂N、等，较一般离子渗氮，同样的时间温度，厚度增加 50%以上。

用上述相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Ni、 Ti、 Cu、 Mo、 Nb、 W等金属及其合金，表面形成氮的化合物渗层。实施例 9. 雾态气体放电在金属表面形成碳、氮渗层

雾态气体 A (m) : NH4CI, T。-162°C下，饱和蒸气压 P。=133Pa 改性材料 C: 35CrMo钢

与实施例 1所用设备相同。

A) 将待改性材料 35CrMo钢放在阴极上的特定装置（5) 中。

B) 将固体化合物 NH₄C1 放在第一容器（1) 内部或外面。

C) 启动容器压力控制系统（11) (12) , 使密闭容器中形成负压。

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动充气系统（11) ，经过气体入口（ 10)通入预处理气体 N₂。

E) 启动电源系统（4) , 产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在笫一容器指定压力下：如 1.3Pa ~ 50Pa, 对材料 35CrMo钢的表面进行预处理。

F) 材料 35CrMo钢预处理后，启动容器压力控制系统（11) ( 12 )使第一容器的压力达到 1.3Pa_D

G) 形成雾态气体：

启动容器温度系统（8) (9)使笫一容器（1)温度 T保持在 170°C;

由于第二容器（22) 出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa。启动化合物温度系统（23) (2 使在第二容器（²2) 中的 A: NH₄C1温度超过 190°C; A气化进入容器。

气态化合物 NH₄C1 在第一容器的浓度逐渐增加；此时，第一容器中压力增大，启动材料压力控制系统（11) ( 12)使容器压力保持在 133Pa;气体 N₂逐渐减少，第一容器（ 1 )中有气态 NH₄C1、 N₂。

启动区域温度系统（8，）（9，）使容器内，第一容器外壳附近低于临界温度，为 150°C。部分气态 A: NH₄C1转变为液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A (m) ; 或启动容器温度系统（8) (9)使第一容器温度小于 T_Q形成雾态气体 A (m) 。

H)化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 使第一容器中的化合物 NH 1保持指定数量。

I)通入乙醇 CH₃CH₂OH ( 100Pa，沸点- 31.3°C ) , 并根据渗层要求达到一定比例：如 CH₃CH₂0H: 40% , NH₄C1: 30% , N₂: 30% , 压力保持在 133Pa。

J) 启动高压电源系统（4)，电压 350 ~ 1500伏，可随 35CrMo 钢的渗层要求来调节，电极间产生火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟，启动（6) (7) (8) (9) ( 11) ( 12)调节压力、温度、两极间电压，火花、弧光放电转为辉光放电， 35CrMo钢温度不断上升，依钢渗层的要求升至指定温度，如为 550°C。

K) 在雾态放电的作用下，雾态 NH₄C1 、 CH₃CH₂OH在 550°C的 35CrMo钢附近分解：雾态放电保持 4小时（依 35CrMo钢渗层的要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下， 35CrMo 钢（5)表面形成氮碳渗层。

用上述相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Cr、 Ti、 Cu、 Al、 Mg等金属及其合金，表面形成氮碳的化合物层。实施例 10. 雾态气体放电在金属表面形成氮化铁、氮化钛层雾态气体 A (m) : NH₄C1 T。-162°C下，饱和蒸气压 P。=133Pa 改性材料 C: W18Cr4V钢

与实施例 1所用设备相同。 A) 将待改性材料 W18Cr⁴V钢放在阴极上的特定装置（5)中。

B) 将固体化合物 NH₄C1 放在第一容器（1) 内部或外面。

C) 启动容器压力控制系统（11) (I²) , 使第一容器中形成负压。

D) 当第一容器达到 1.3Pa; 启动充气系统（11) , 经过气体入口（ 10)通入预处理气体 Ar。

Ε) 启动电源系统（4) ，产生 0- 1500V可调节的直流或脉冲高压电，电极间产生火花、弧光放电后转为辉光放电，在容器指定压力下：如 1.3 Pa~ 50 Pa, 对待改性材料 W18Cr4V钢。表面进行预处理。

F) 待改性材料 W18Cr4V钢预处理后，启动容器压力控制系统 (11) (12)使第一容器的压力达到 1.3Pa。

G) 形成雾态气体：

由于第二容器（22) 出口处压力与第一容器（1)的压力已达 1.3Pa。启动升、启动化合物温度系统（23) 4)使在第二容器 (22) 中的 A: 固态 NH₄C1的温度超过 190°C, A气化进入第一容器，气态化合物 NH₄C1 在密闭容器的浓度逐渐增加；此时，密闭容器中压力增大。

启动容器压力控制系统（ 11 ) ( 12 吏容器压力保持在 133Pa; Ar气体逐渐减少，容器中仅有 NH₄C1。

启动区域温度系统（8，）（9，）使第一容器内材料 C附近或容器外壳温度小于 T。为 120°C。部分气态 A: NH₄C1转变为微纳米液态或固态，悬浮在气体 A中，形成雾态气体 A(m) ; 或启动升、降温及温控系统（ 8 ) ( 9 )使容器温度小于 T。形成雾态气体 A( m)。 H) 化合物温度系统（ 22 ) ( 23 )及化合物压力系统（ 24 ) ( 25 ) 使第一容器中的化合物 NH₄C1保持指定数量。

I) 启动高压电源系统（4) , 电压 350 ~ 1500伏，随 W18Cr4V 钢的渗层要求来调节，在电场作用下，电极间产生雾态火花、弧光放电，经过数分钟至数十分钟。

J) 启动（6) (7) (8) (9) (11) (12)调节、温度、并启动电源系统（4)调节两极间电压、电流，使雾态火花、孤光放电转为雾态辉光放电， W18Cr4V钢温度不断上升。依 W18Cr4V钢渗层的要求升至指定温度 Tl，如为 550°C。

K) 在雾态放电的作用下，雾态 NH₄C1在钢附近分解：

2NH₄C1→N₂+ 3H₂ + 2HC1 雾态放电保持 4小时（依钢渗层的要求而定）。

L) 通入 TiCl₄气体, 通入 NH₃, 使与 TiCl₄、 NH₄C1、 NH₃达到一定比例，根据渗层要求，如， 60%TiCl 30%NH₃: 20%NH₄CU

M) 依模具钢渗层的要求在指定温度，如为 550°C。放电保持 20分钟（依高速钢渗层的要求而定）。

在雾态气体放电的物理化学作用下，模具钢（⁵)表面形成 Fe₄N、 Fe₂N、 TiN等。

用上述相同的方法，在阴极上放置各种钢铁以及 Cr、 Ti、 Cu、 Al、 Mg等金属及其合金，表面形成氮的化合物层。

Claims

权利要求

1. 一种产生雾态气体的方法，该方法包括步骤：

1 )提供第一容器，容器或容器局部某特定区域的压力和温度是可设定的；

2 )在第二容器中提供固态、液态的单质或 /和化合物，所述第二容器位于第一容器之内或之外；

3 ) 改变第二容器中的温度或 /和压力，使位于第二容器中的固态、液态的单质或 /和化合物进入第一容器产生雾态气体，该雾态气体弥散在第一容器或第一容器局部区域。

2. 权利要求 1所述的方法，其中通过选自如下的一种或多种产生雾态气体：固态、液态的单质或 /和化合物溅射、离子注入、直接通入；单质或 /和化合物分解；单质或 /和化合物合成。

3. 一种通过雾态气体放电形成新材料或材料改性的方法，该方法包括步驟：

1 )提供有待在其中形成新材料的装置或有待改性的材料，将其放入第一容器中；

4 )按权利要求 1 所述方法产生单质或 /和化合物的雾态气体；

5 )启动电源设备，在第一容器两极间产生雾态气体放电，在第一容器的指定压力下：如 1. 3Pa ~ 50Pa , 在特定装置中产生新材料或被改性材料进行雾态气体放电处理。

4. 根据权利要求 3的雾态气体放电方法，其中所述的雾态气体放电不限于单一的雾态放电，而是多种雾态气体放电多次进行。

5. 根据权利要求 3的雾态气体放电方法，其中可以使通常的气体放电、 PVD、 CVD, 溅射等与本发明的雾态气体放电方法交替进行。

6. 根据权利要求 3的雾态气体放电方法，其中多种雾态气体放电与多种普通气体放电多次进行。

7. 根据权利要求 3的雾态气体放电方法，其中所述待改性材料是单质或化合物，包括：金属及其合金、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、石墨、金刚石、碳纤维、聚乙烯等聚合物、天然纤维、人造纤维、合成纤维，以及上述材料的镀层、涂层、渗层和 /或复合层。

8. 一种用于产生雾态气体并进行雾态气体放电的设备，该设备主要包括下列部分：

1 )第一容器，所述第一容器包括：使容器或某区域达到指定压力的压力系统或区域压力系统；使容器或某区域达到指定温度的温度系统或区域温度系统；气体入口，通过该气体入口通入指定的气体并可通入微纳固体或液体；

2 )第二容器，该第二容器位于第一容器之内或之外并且装有单质或化合物，该第二容器包含使该第二容器达到指定压力的笫二压力系统；

3 )—个或多个加热或冷却装置，这些装置分别用于加热或冷却材料、单质和 /或化合物、容器或局部区域的温度，以便使材料、单质和 /或化合物、容器或容器局部区域达到指定温度；

4 )在第一容器内的电极或阴极和阳极，并且有待产生新材料的装置或有待处理的材料放在两电极间或电极上；以及产生电流和电压的电源，并可以对电压电流进行调节，供给两电极以产生雾态气体放电。

9. 根据权利要求 8的设备，其中所述电源可以为直流、直流脉冲、交流、微波、射频或高频电源。

10. 根据权利要求 8的设备，其中通常的 PVD、 CVD、离子镀和 /或溅射可以在本发明的设备中进行。