專利名稱：一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體加工光學(xué)零件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣等離子體加工技術(shù)是近年來興起的一種新穎的加工方法，尤其適合傳統(tǒng)機械方法難以加工的二氧化硅、碳化硅等硬脆材料，它采用非接觸式的大氣等離子體射流作為加工工具，利用等離子體所激發(fā)出來的活性粒子與工件表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)工件材料原子量級化學(xué)去除的加工方法。與傳統(tǒng)拋光方法相比，大氣等離子體加工的優(yōu)勢是:能夠?qū)鹘y(tǒng)難加工的材料實現(xiàn)高效快速加工，加工過程中又可避免機械作用力，使加工不存在對表面及亞表面造成機械損傷，非常適合高性能表面的加工要求；加工是在常壓環(huán)境下進行，不需要真空反應(yīng)容器，大大降低了加工成本，擴展了大氣等離子體的應(yīng)用范圍。目前，大氣等離子體加工技術(shù)可以實現(xiàn)高效快速去除，但是在加工過程中會出現(xiàn)電離的原子基團在工件表面的沉積現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了大氣等離子體加工的表面質(zhì)量。目前，大氣等離子體發(fā)生裝置作為大氣等離子體加工的核心工具，大多采用包含等離子體電離的活性反應(yīng)原子射流直接與工件表面反應(yīng)的形式，由于射流直接與空氣接觸，空氣中的雜質(zhì)成分會與等離子體射流結(jié)合并附著在工件表面；另一方面，由于加工區(qū)域氣體流速較低，不利于反應(yīng)產(chǎn)物盡快從表面排出，所以會沉積在工件表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前大氣等離子體加工過程中存在的表面沉積問題。而提出了一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置。所述的目的是通過以下方案實現(xiàn)的:所述的一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，它由中空管電極、·第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套、射頻線接頭、第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套、帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套、地電極、錐形噴嘴組成；
所述噴嘴的下端中心部開有噴口 ；第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在中空管電極上部的外圓面上，地電極上部套接在第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套的外圓面上，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在射頻線接頭外表面上，射頻線接頭的一端與中空管電極的中部導(dǎo)電連接，射頻線接頭的另一端為射頻電源的陽極接線端，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套的中部定位套與地電極側(cè)面的孔相連，外部定位套穿過地電極側(cè)面的孔后露出一段，使中空管電極、射頻線接頭與地電極之間電氣絕緣；地電極側(cè)面還設(shè)置有保護氣體進氣孔，帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在中空管電極下部的外圓面上，錐形噴嘴套接在帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套的外圓面上，并使錐形噴嘴的上端與地電極的下端導(dǎo)電和密封連接，中空管電極的下端設(shè)置在錐形噴嘴內(nèi)部，使中空管電極的下端外圓面與錐形噴嘴內(nèi)圓面之間有一圈均勻的間隙，使中空管電極的下端面與錐形噴嘴的噴口之間有一定間隙，使地電極的保護氣體進氣孔通過帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套與中空管電極的下端外圓面與錐形噴嘴內(nèi)圓面之間的間隙導(dǎo)氣連通，中空管電極上端口為工作氣體和反應(yīng)氣體的入口。
本發(fā)明采用中空管電極作為大氣等離子體放電陽極，方形中空外殼及端部錐形噴嘴作為陰極，在管電極中心通道通入等離子體激發(fā)工作氣體和反應(yīng)氣體，在管電極周圍和地電極形成的空腔通入保護氣體，在激發(fā)的大氣等離子體周圍形成保護層，防止大氣等離子體中原子團與空氣中雜質(zhì)結(jié)合發(fā)生復(fù)合，同時保護氣體也加速了反應(yīng)區(qū)域內(nèi)氣體的流動，促進生成的可揮發(fā)性產(chǎn)物及時脫離工件表面，提高了大氣等離子體加工的表面質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:如圖1所示，它是由中空管電極1、第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套2、射頻線接頭3、第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套4、帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5、地電極6、錐形噴嘴7組成；
所述噴嘴7的下端中心部開有噴口 7-1 ;第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套2套接在中空管電極I上部的外圓面上，地電極6上部套接在第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套2的外圓面上，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套4套接在射頻線接頭3外表面上，射頻線接頭3的一端與中空管電極I的中部導(dǎo) 電連接，射頻線接頭3的另一端為射頻電源的陽極接線端，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套4的中部定位套4-1與地電極6側(cè)面的孔6-1相連，外部定位套4-2穿過地電極6側(cè)面的孔6-1后露出一段，使中空管電極1、射頻線接頭3與地電極6之間電氣絕緣；地電極6側(cè)面還設(shè)置有保護氣體進氣孔6-2，帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5套接在中空管電極I下部的外圓面上，錐形噴嘴7套接在帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5的外圓面上，并使錐形噴嘴7的上端與地電極6的下端導(dǎo)電和密封連接，中空管電極I的下端設(shè)置在錐形噴嘴7內(nèi)部，使中空管電極I的下端外圓面與錐形噴嘴7內(nèi)圓面之間有一圈均勻的間隙7-2，使中空管電極I的下端面與錐形噴嘴7的噴口 7-1之間有一定間隙7-3，使地電極6的保護氣體進氣孔6-2通過帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5與中空管電極I的下端外圓面與錐形噴嘴7內(nèi)圓面之間的間隙7-2導(dǎo)氣連通，中空管電極I上端口為工作氣體和反應(yīng)氣體的入口。所述中空管電極I的內(nèi)徑為夕卜徑為3mm-10mm。所述中空管電極I的材料為不銹鋼或鋁。所述錐形噴嘴7的材料為不銹鋼、鋁或銅。所述工作氣體包括:大氣等離子體激發(fā)氣體為氦氣或氬氣；反應(yīng)氣體為六氟化硫、四氟化碳或三氟化氮；保護氣體為氮氣。工作原理:
本發(fā)明的使用方法做簡單說明，步驟為:
步驟一、如采用石英玻璃作為待加工物件，首先對待加工的石英玻璃進行預(yù)處理，所述預(yù)處理主要采用標(biāo)準(zhǔn)的RCA工藝對該石英玻璃清洗，然后將該石英玻璃放置在工作臺上；步驟二、預(yù)熱射頻電源，預(yù)熱時間為5-10分鐘；并打開中量程質(zhì)量流量計及其控制器和大量程質(zhì)量流量計及其控制器。步驟三、完成射頻電源預(yù)熱后，打開大氣等離子體激發(fā)氣體瓶、反應(yīng)氣體瓶和保護氣體瓶，通過中量程質(zhì)量流量計及其控制器和大量程質(zhì)量流量計及其控制器調(diào)節(jié)大氣等離子體激發(fā)氣體、反應(yīng)氣體及保護氣體的流量，大氣等離子體激發(fā)氣體的流量為I升/分鐘 20升/分鐘，反應(yīng)氣體與大氣等離子體激發(fā)氣體的流量比為1:1(T1:1000 ;保護氣體的流量為10升/分鐘 60升/分鐘；
步驟四、啟動射頻電源，逐步增加射頻電源的功率，使功率達到120W飛00W，同時控制反射功率為零，在射頻電源工作的過程中持續(xù)穩(wěn)定的通入混合氣體和保護氣體，使放電區(qū)域之間產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體放電；
步驟五、運用上述產(chǎn)生的大氣等離子體對石英玻璃表面加工10-30分鐘，關(guān)閉電源，關(guān)閉各氣體，取出樣品工件，對石英玻璃表面粗糙度和加工去除深度進行測試，以判斷是否達到加工要求。工作原理:中空管電極I通過射頻線接頭3的與射頻電源的陽極接線端相連接，錐形噴嘴7的上端與地電極6的通過螺紋相連接并同時與地電極導(dǎo)電相連，第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套2、第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套4、帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5除定位作用外同時使中空管電極I與地電極6之間電氣絕緣，工作氣體和反應(yīng)氣體通過中空管電極I上端口的入口進入，在射頻電場的作用下在中空管電極I的下端口產(chǎn)生等離子體，經(jīng)過錐形噴嘴7的噴口 7-1約束形成等離子體射流；保護氣體通過地電極6的進氣孔6-2進入地電極6的內(nèi)部空腔，通過帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套5進入中空管電極I的下端外圓面與錐形噴嘴7內(nèi)圓面之間的間 隙7-2，在激發(fā)的大氣等離子體射流周圍形成保護氣體。
權(quán)利要求
1.一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，其特征在于它由中空管電極(I)、第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(2)、射頻線接頭(3)、第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(4)、帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(5)、地電極(6)、錐形噴嘴(7)組成； 所述噴嘴(7)的下端中心部開有噴口(7-1);第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(2)套接在中空管電極(I)上部的外圓面上，地電極(6)上部套接在第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(2)的外圓面上，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(4)套接在射頻線接頭(3)外表面上，射頻線接頭(3 )的一端與中空管電極(I)的中部導(dǎo)電連接，射頻線接頭(3 )的另一端為射頻電源的陽極接線端，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(4)的中部定位套(4-1)與地電極(6)側(cè)面的孔(6-1)相連，外部定位套(4-2)穿過地電極(6)側(cè)面的孔(6-1)后露出一段，使中空管電極(I)、射頻線接頭(3)與地電極(6)之間電氣絕緣；地電極(6)側(cè)面還設(shè)置有保護氣體進氣孔(6-2)，帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(5)套接在中空管電極(I)下部的外圓面上，錐形噴嘴(7)套接在帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(5)的外圓面上，并使錐形噴嘴(7)的上端與地電極(6)的下端導(dǎo)電和密封連接，中空管電極(I)的下端設(shè)置在錐形噴嘴(7)內(nèi)部，使中空管電極(I)的下端外圓面與錐形噴嘴(7)內(nèi)圓面之間有一圈均勻的間隙(7-2)，使中空管電極(I)的下端面與錐形噴嘴(7)的噴口(7-1)之間有一定間隙(7-3)，使地電極(6)的保護氣體進氣孔(6-2)通過帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套(5)與中空管電極(I)的下端外圓面與錐形噴嘴(7)內(nèi)圓 面之間的間隙(7-2)導(dǎo)氣連通，中空管電極(I)上端口為工作氣體和反應(yīng)氣體的入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述中空管電極(I)的內(nèi)徑為外徑為3mm-10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述中空管電極(I)的材料為不銹鋼或鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述錐形噴嘴(7)的材料為不銹鋼、鋁或銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述保護氣體為氮氣。
全文摘要
一種帶有保護氣體大氣等離子體發(fā)生裝置，它屬于等離子體加工光學(xué)零件的技術(shù)領(lǐng)域。它為了解決目前大氣等離子體加工過程中存在的表面沉積問題。它的第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在中空管電極上部的外圓面上，地電極上部套接在第一圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套的外圓面上，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在射頻線接頭外表面上，第二圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套穿過地電極側(cè)面的孔后露出一段，射頻線接頭的另一端為射頻電源的陽極接線端，帶孔圓環(huán)形聚四氟乙烯定位套套接在中空管電極下部的外圓面上，中空管電極的下端設(shè)置在錐形噴嘴內(nèi)部。本發(fā)明能在激發(fā)的大氣等離子體周圍形成保護層，防止大氣等離子體中原子團與空氣中雜質(zhì)結(jié)合發(fā)生復(fù)合。
文檔編號H05H1/30GK103237406SQ20131017718
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者王波, 金會良, 姚英學(xué), 李娜, 車琳, 辛強, 金江, 李鐸 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)