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