【摘 要】气体放电是一种重要的放电现象，广泛地存在于人们的日常生活中，并且在工业中获得了广泛地应用，研究气体放电对于认识和了解科技发展水平具有重要的意义。本文阐述了气体放电的产生条件和气体放电等离子体的特性，并且介绍了气体放电的典型的应用领域。
【关键词】气体放电 辉光放电 电弧放电
【中图分类号】TN13 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）04-0196-01
众所周知，对气体施加一定的电压后，气体会发生放电现象，也就是说气体发生导电，不具有绝缘的特性，此时形成了等离子体。气体放电被广泛地应用于科学研究和工业中，同时，气体放电在人们的日常生活中也广泛地存在，例如闪电、日光灯等。因此，研究和认识气体放电对于了解当今的科学技术发展水平具有重要意义。
一 气体放电的产生条件
目前世界上的物质存在四种状态，即固体、液体、气体以及等离子体，其中等离子体是通过气体放电产生的，因此等离子体又称为气体放电等离子体。
通过一定的物理机制使气体原子或分子失去一个或多个电子而形成的气体媒质称为电离气体。当在两个电极之间施加外部电场时，通过电场提供能量产生电离气体（气体成分包括：离子、电子、中性原子），其中的带电粒子在电极定向流动时形成电流，这种现象称之为气体放电现象。
气压击穿条件。气体放电一般分为两大类，非自持放电和自持放电。气体放电从非自持过渡到自持的现象，称之为气体的击穿，它是气体放电产生等离子体的基础。
非自持放电是指存在外在电离源的条件下放电才能维持的现象。如用紫外光照射放电管，管内气体就可产生少量的带电粒子数，当电极上施加某一电压时，电极之间的带电粒子形成电流，即产生了气体放电现象。若去掉外电离源，由于无带电粒子，电极之间无电流，气体放电消失。自持放电是指去掉外加电离源时放电仍能维持的现象，气体放电的形成与外电离源的存在与否无关，这种状态称自持放电。这种气体击穿现象又称之为汤生放电。
无外加电场的情况下，这些带电粒子与气体分子作杂乱无章的运动。当放电管的电极之间施加较低的电压时，在电场作用下电子和离子作定向运动，宏观上表现为电流从零逐渐开始增加。随着电压的逐渐增加，所有的带电粒子均可以到达电极位置，这时电流达到某一最大数值。剩余电离产生的带电粒子密度一般较弱，所有饱和电流数值较小。（约为10～12A数量级）
当作用在电极之间的电压大于某一临界数值Vs时，电流突然迅速增加。这时即使去掉外加电离源，放电仍然能够正常维持，气体发生了自持放电，如辉光放电或弧光放电。这时称气体击穿或着火，其临界电压数值Vs称为击穿电压或着火电压。
气体击穿后的放电形式与电极的形状、极间距离、气压以及外电路的特性等有关。气体放电的形式很多，可按放电参量是否随着时间变化分为稳态放电和非稳态放电，根据阴极的工作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；根据工作气压的高低分为低气压放电、高气压放电和超高压气体放电；此外，还可以根据气体的种类进行分类。而能够稳定存在的气体放电等离子体主要是辉光放电等离子体和弧光放电等离子体，并且这两种等离子体在科学研究和工业中获得了深入研究和广泛应用。
二 辉光放电及其应用
辉光放电是气体放电现象中的一种重要形式，放电时呈现出光辉。辉光放电可分为亚辉光放电、正常辉光放电和异常辉光放电三种类型。
在圆形玻璃管两端的两平板电极之间通入适当流量的气体，使得电极之间的气压保持几百帕，当电极之间的电压增加到击穿电压Vs时，气体击穿，电流开始迅速增长，在外电路电阻的限流作用下，放电稳定在辉光放电区，此时整个放电管呈现明暗相间的分布。这种放电等离子体在宏观上具有电压较高、电流较低的电压—电流特性。
辉光放电是一种稳定的气体放电形式，因此它在科学研究和工业中获得了广泛的应用。大家所熟悉的白色光的日光灯就是辉光放电的应用，而最为典型和成熟的工业应用是磁控溅射真空镀膜工艺，如材料表面处理、微电子、光学薄膜等。通过辉光放电产生等离子体，利用等离子体的离子（氩离子）轰击靶材，产生靶材原子和离子，同时在一定工艺下沉积至基体表面，进而形成所需要的薄膜。磁控溅射可以在工具表面沉积TiN金属陶瓷涂层，使得刀具使用寿命显著提高。
三 弧光放电及其应用
气体放电过程中，当电压增加至一定数值后，放电电流显著增加，此时电压快速降低，并且电压保持近似于恒定，此时就是电弧放电阶段。
电弧放电被广泛地应用于材料的焊接与连接工艺中，如焊条电弧焊、惰性气体钨极氩弧焊接等焊接工艺。不仅如此，通过一定的工艺，电弧放电还可以在真空环境下稳定燃烧，被广泛地应用于宇宙空间站的太空焊接与切割工艺。
综上所述，气体放电是一种重要的放电现象，只有在一定的条件下，气体才会发生击穿，形成气体放电现象。在气体放电中，辉光放电和弧光放电是可控性较好的气体放电类型，在民用和工业中获得了广泛地应用。
参考文献
[1]徐学基、诸定昌.气体放电物理[M].上海：复旦大学出版社，1996
[2]刘倩、刘莹、朱秀榕等.氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响[J].机械工程材料，2009（3）
〔责任编辑：林劲〕
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