大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種等離子體發(fā)生裝置,尤其涉及一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置,可以用于金屬材料的表面處理。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái),等離子體技術(shù)在物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué),以及冶金化工等廣泛領(lǐng)域以應(yīng)用為中心的研宄十分活躍。低溫等離子體因其密度高,氣體溫度低,成份可控,并能產(chǎn)生各種活性物種,可以用來(lái)改變金屬材料的表面特性。用于金屬材料表面改性,傳統(tǒng)的低溫等離子體發(fā)生裝置需要高頻電源(射頻13.56MHz或微波2.45GHz)來(lái)維持放電能量的供給,并在低氣壓環(huán)境下工作,需要真空泵來(lái)抽真空。因而,處理設(shè)備投資大,成本高。
[0003]相對(duì)帶有真空設(shè)備的低氣壓放電等離子體發(fā)生裝置而言,大氣壓氣體放電等離子體表面處理設(shè)備省去了真空裝置,在常壓大氣環(huán)境中,就能對(duì)樣品進(jìn)行表面處理。此表面處理技術(shù)不僅降低了運(yùn)行成本,而且提高了工作效率。其中,大氣壓等離子體射流(APPJ)潛在的應(yīng)用價(jià)值最大。它一般采用交流和脈沖放電方式,在有絕緣介質(zhì)隔離的兩電極直接(有時(shí)使用單電極)發(fā)生放電產(chǎn)生等離子體,憑借氣體的流動(dòng)將等離子體帶出放電腔體之夕卜,形成等離子體射流。雖然APPJ很容易與被處理物體表面接觸,有利于提高活性物種的利用率,但等離子體中的活性物種,尤其是金屬或非金屬離子,僅是在氣流的作用下轟擊被處理樣品表面。因而,活性物種轟擊的速度和能量受到一定的限制,降低了等離子體表面擴(kuò)滲的效率,不利于APPJ在金屬表面改性和去污方面的應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型提供一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置,以解決現(xiàn)有技術(shù)中大氣壓等離子體射流(APPJ)工作時(shí),金屬或非金屬離子轟擊速度和能量較低,金屬材料表面改性和去污效率低下的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置,包括直流放電單元和用于提供直流放電單元放電電壓的電源;上述直流放電單元包括導(dǎo)氣管和電極組;上述電極組包括一個(gè)為圓柱形的高壓電極和一個(gè)接地電極;所述導(dǎo)氣管為中空管,上下兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣端口和出氣端口 ;上述高壓電極置于導(dǎo)氣管軸向中心位置,其特殊之處在于:上述接地電極處還設(shè)置有用以形成窄小氣流通道的中空金屬基底單元;上述中空金屬基底單元呈圓柱體,且沿軸向設(shè)置有一個(gè)通孔;中空金屬基底單元的通孔與導(dǎo)氣管同軸;上述接地電極呈L形,一直角邊為圓柱體并與高壓電極同軸,其端面在導(dǎo)氣管出氣端口處與高壓電極端面相互正對(duì),另一直角邊為長(zhǎng)方體,與中空金屬基底單元端面相接;
[0006]上述直流放電單元與電源之間還串聯(lián)有限流電阻;
[0007]上述電源采用直流或脈沖電源,脈沖電源的頻率為50Hz至13.56MHz ;
[0008]上述導(dǎo)氣管的材質(zhì)為云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯;
[0009]上述高壓電極和接地電極相互正對(duì)的端面為平面;所述高壓電極和接地電極的材質(zhì)為鋁、鐵、銅、鎢、鎳、鉭、鉑、鋁合金、鐵合金、銅合金、鎢合金、鎳合金、鉭合金;
[0010]上述中空基底單元的材質(zhì)為鋁或銅或鋁合金或銅合金,中空基底單元通孔部分的孔徑為4?100mm。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0012]1.相對(duì)傳統(tǒng)的低氣壓放電等離子體發(fā)生裝置,本實(shí)用新型在大氣環(huán)境下產(chǎn)生等離子體射流,用于金屬材料表面處理,免去了真空設(shè)備,簡(jiǎn)化了操作流程,降低了運(yùn)行成本。
[0013]2.相對(duì)傳統(tǒng)的低氣壓放電等離子體發(fā)生裝置的高頻電源,本實(shí)用新型的供給電源可以為直流電源,降低了對(duì)電源設(shè)備的要求。
[0014]3.相對(duì)于傳統(tǒng)的大氣壓等離子體射流(APPJ),本實(shí)用新型裝置所產(chǎn)生的等離子體射流在氣體流場(chǎng)和直流電場(chǎng)的共同作用下有更高的電子密度、更高的離子轟擊速度和更高的離子能量。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的中空金屬基底單元結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016]圖2為本實(shí)用新型的直流放電單元結(jié)構(gòu)俯視圖;
[0017]圖3為本實(shí)用新型的直流放電單元結(jié)構(gòu)仰視圖;
[0018]圖4為本實(shí)用新型大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置主體俯視圖;
[0019]圖5為本實(shí)用新型大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置主體仰視圖;
[0020]圖6為本實(shí)用新型工作示意圖;
[0021]其中:11-通孔、10-中空金屬基底單元、20-直流放電單元、21-導(dǎo)氣管、22-高壓電極、23-接地電極、31-進(jìn)氣端口、32-出氣端口、40-發(fā)生裝置主體結(jié)構(gòu)、41-電源、42-限流電阻、51-處理樣品、52-等離子體射流。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參見(jiàn)圖1-6,本實(shí)用新型提出了一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置,包括直流放電單元20和用于提供直流放電單元20放電電壓的電源41 ;直流放電單元20包括導(dǎo)氣管和電極組;電極組包括一個(gè)為圓柱形的高壓電極22和一個(gè)接地電極23 ;導(dǎo)氣管21為中空管,上下兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣端口 31和出氣端口 32 ;高壓電極22置于導(dǎo)氣管21軸向中心位置,接地電極23處還設(shè)置有用以形成窄小氣流通道的中空金屬基底單元10 ;中空金屬基底單元10呈圓柱體,且沿軸向設(shè)置有一個(gè)通孔;中空金屬基底單元10的通孔與導(dǎo)氣管21同軸;接地電極23呈L形,一直角邊為圓柱體并與高壓電極22同軸,其端面在導(dǎo)氣管出氣端口 32處與高壓電極22端面相互正對(duì),另一直角邊為長(zhǎng)方體,與中空金屬基底單元10端面相接;直流放電單元20與電源41之間還串聯(lián)有限流電阻;電源41采用直流或脈沖電源,脈沖電源的頻率為50Hz至13.56MHz ;導(dǎo)氣管21的材質(zhì)為云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯;高壓電極22和接地電極23相互正對(duì)的端面為平面;高壓電極22和接地電極23的材質(zhì)為鋁、鐵、銅、鎢、鎳、鉭、鉑、鋁合金、鐵合金、銅合金、鎢合金、鎳合金、鉭合金;中空基底單元10的材質(zhì)為鋁或銅或鋁合金或銅合金,中空基底單元10通孔部分的孔徑為4?100mm。
[0023]一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置,包括中空金屬基底單元和直流放電單元。所述中空金屬基底單元包括一個(gè)通孔;所述直流放電單元包括一個(gè)導(dǎo)氣管和兩個(gè)電極,其中一個(gè)為圓柱形高壓電極,另一個(gè)為接地電極。所述導(dǎo)氣管具有用以接入工作氣體的進(jìn)氣端口和讓氣體噴出的出氣端口。所述高壓電極置于導(dǎo)氣管中心位置處,所述接地電極呈L形,一直角邊為圓柱體,與高壓電極同軸,其端面在導(dǎo)氣管出氣端口處與高壓電極端面相互正對(duì);另一直角邊為長(zhǎng)方體,與基底端面相接。
[0024]工作氣體可選為惰性氣體、氧氣、丙烷、氨氣、氮?dú)夂蜌錃猓蛏鲜鰵怏w的混合氣體,工作氣體較適宜的流量為0.01?10L/min。中空金屬基底單元優(yōu)選銷、銅,以及選自這些金屬構(gòu)成的合金,中空通孔部分的孔徑為4?100mm,中空部分的高度為10?50mm。直流放電單元的導(dǎo)氣管由云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯等絕緣材料制成,導(dǎo)氣管內(nèi)徑為2?10mm,外徑為4?12mm。直流放電單元的放電電極由銷、鐵、銅、鶴、镲、鉭、鉬,以及這些金屬的合金制成,電極直徑為I?8mm。直流放電單元的放電間隙最好為5?15mm。對(duì)于高壓電極,提供直流或脈沖電壓,電壓幅值為100?10000V,其中脈沖頻率為50Hz至13.56MHz。
[0025]在導(dǎo)氣管出氣端口處,上述高壓電極端面與導(dǎo)氣管端面的間距不大于2mm。
[0026]本實(shí)用新型提供的大氣壓中空基底電極等離子體射流發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)了在大氣壓下產(chǎn)生高電子密度、高離子轟擊速度和高離子能量的低溫等離子體。工作時(shí),高壓電極通過(guò)限流電阻接電源的正極,接地電極接電源的負(fù)極,并接地。工作氣體從導(dǎo)氣管的進(jìn)氣端口流入,穿過(guò)導(dǎo)氣管與電極之間的環(huán)形區(qū)域,從導(dǎo)氣管的出氣端口噴出,噴出的工作氣體流入兩電極正對(duì)的放電空間。因與接地電極相接的金屬基底為中空結(jié)構(gòu),由于慣性的作用,當(dāng)工作氣體流速足夠大時(shí),工作氣體在流經(jīng)放電空間后繼續(xù)沿原來(lái)的方向流動(dòng),流經(jīng)金屬基底的通孔。此特征促使形成圍繞放電空間窄小的高速氣流通道。選擇合適的工作氣體,控制氣體的流量,當(dāng)兩電極外加電壓足夠高時(shí),放電間隙中