大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于等離子體技術領域，涉及一種等離子體發生裝置，尤其涉及一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置，可以用于金屬材料的表面處理。
【背景技術】
[0002]近年來，等離子體技術在物理學、化學、電子學、材料學，以及冶金化工等廣泛領域以應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，并能產生各種活性物種，可以用來改變金屬材料的表面特性。用于金屬材料表面改性，傳統的低溫等離子體發生裝置需要高頻電源(射頻13.56MHz或微波2.45GHz)來維持放電能量的供給，并在低氣壓環境下工作，需要真空泵來抽真空。因而，處理設備投資大，成本高。
[0003]相對帶有真空設備的低氣壓放電等離子體發生裝置而言，大氣壓氣體放電等離子體表面處理設備省去了真空裝置，在常壓大氣環境中，就能對樣品進行表面處理。此表面處理技術不僅降低了運行成本，而且提高了工作效率。其中，大氣壓等離子體射流(APPJ)潛在的應用價值最大。它一般采用交流和脈沖放電方式，在有絕緣介質隔離的兩電極直接(有時使用單電極)發生放電產生等離子體，憑借氣體的流動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滲的效率，不利于APPJ在金屬表面改性和去污方面的應用。
【實用新型內容】
[0004]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本實用新型提供一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置，以解決現有技術中大氣壓等離子體射流(APPJ)工作時，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題。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置，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氣管和電極組；上述電極組包括一個為圓柱形的高壓電極和一個接地電極；所述導氣管為中空管，上下兩端分別設置有進氣端口和出氣端口 ；上述高壓電極置于導氣管軸向中心位置，其特殊之處在于:上述接地電極處還設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，且沿軸向設置有一個通孔；中空金屬基底單元的通孔與導氣管同軸；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，其端面在導氣管出氣端口處與高壓電極端面相互正對，另一直角邊為長方體，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]上述導氣管的材質為云母、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的端面為平面；所述高壓電極和接地電極的材質為鋁、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]本實用新型的優點是:
[0012]1.相對傳統的低氣壓放電等離子體發生裝置，本實用新型在大氣環境下產生等離子體射流，用于金屬材料表面處理，免去了真空設備，簡化了操作流程，降低了運行成本。
[0013]2.相對傳統的低氣壓放電等離子體發生裝置的高頻電源，本實用新型的供給電源可以為直流電源，降低了對電源設備的要求。
[0014]3.相對于傳統的大氣壓等離子體射流(APPJ)，本實用新型裝置所產生的等離子體射流在氣體流場和直流電場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。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的中空金屬基底單元結構示意圖；
[0016]圖2為本實用新型的直流放電單元結構俯視圖；
[0017]圖3為本實用新型的直流放電單元結構仰視圖；
[0018]圖4為本實用新型大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置主體俯視圖；
[0019]圖5為本實用新型大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置主體仰視圖；
[0020]圖6為本實用新型工作示意圖；
[0021]其中:11-通孔、10-中空金屬基底單元、20-直流放電單元、21-導氣管、22-高壓電極、23-接地電極、31-進氣端口、32-出氣端口、40-發生裝置主體結構、41-電源、42-限流電阻、51-處理樣品、52-等離子體射流。
【具體實施方式】
[0022]參見圖1-6，本實用新型提出了一種大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置，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包括導氣管和電極組；電極組包括一個為圓柱形的高壓電極22和一個接地電極23 ;導氣管21為中空管，上下兩端分別設置有進氣端口 31和出氣端口 32 ;高壓電極22置于導氣管21軸向中心位置，接地電極23處還設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，且沿軸向設置有一個通孔；中空金屬基底單元10的通孔與導氣管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，其端面在導氣管出氣端口 32處與高壓電極22端面相互正對，另一直角邊為長方體，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 ;導氣管21的材質為云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯；高壓電極22和接地電極23相互正對的端面為平面；高壓電極22和接地電極23的材質為鋁、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通孔；所述直流放電單元包括一個導氣管和兩個電極，其中一個為圓柱形高壓電極，另一個為接地電極。所述導氣管具有用以接入工作氣體的進氣端口和讓氣體噴出的出氣端口。所述高壓電極置于導氣管中心位置處，所述接地電極呈L形，一直角邊為圓柱體，與高壓電極同軸，其端面在導氣管出氣端口處與高壓電極端面相互正對；另一直角邊為長方體，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、氮氣和氫氣，或上述氣體的混合氣體，工作氣體較適宜的流量為0.01?10L/min。中空金屬基底單元優選銷、銅，以及選自這些金屬構成的合金，中空通孔部分的孔徑為4?100mm，中空部分的高度為10?50mm。直流放電單元的導氣管由云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯等絕緣材料制成，導氣管內徑為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]在導氣管出氣端口處，上述高壓電極端面與導氣管端面的間距不大于2mm。
[0026]本實用新型提供的大氣壓中空基底電極等離子體射流發生裝置實現了在大氣壓下產生高電子密度、高離子轟擊速度和高離子能量的低溫等離子體。工作時，高壓電極通過限流電阻接電源的正極，接地電極接電源的負極，并接地。工作氣體從導氣管的進氣端口流入，穿過導氣管與電極之間的環形區域，從導氣管的出氣端口噴出，噴出的工作氣體流入兩電極正對的放電空間。因與接地電極相接的金屬基底為中空結構，由于慣性的作用，當工作氣體流速足夠大時，工作氣體在流經放電空間后繼續沿原來的方向流動，流經金屬基底的通孔。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，當兩電極外加電壓足夠高時，放電間隙中