等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，包括腔體、射流陣列、支架和載物臺。其中，射流陣列產(chǎn)生的多個均勻等離子體射流通過荷電粒子間的相互作用耦合為大面積均勻的低溫等離子體；該等離子體發(fā)生器利用支架固定于載物臺上方，可以實現(xiàn)方向、位置和間距的多維度調(diào)節(jié)；載物臺內(nèi)集成了速度可調(diào)的電動轉(zhuǎn)盤，可實現(xiàn)待處理材料的勻速旋轉(zhuǎn)運動；等離子體的產(chǎn)生及材料處理可根據(jù)實際需求在腔體內(nèi)進行。本發(fā)明通過產(chǎn)生等離子體射流陣列，協(xié)同電學、光學和機械工程，實現(xiàn)對材料進行大面積、均勻的處理，可以應用于材料表面改性方面的研究、教學和工業(yè)生產(chǎn)推廣。
【專利說明】
等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置
技術(shù)領域
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[0001]本發(fā)明屬于等離子體材料處理技術(shù)領域，涉及一種放電等離子體的產(chǎn)生和應用技術(shù)，具體涉及一種等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置?！颈尘凹夹g(shù)】:
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，各種工業(yè)應用中對材料表面性能的要求也越來越高， 人們采用了多種方法改善材料的表面性能使其滿足不同的應用場合。近年來，基于大氣壓低溫等離子體技術(shù)進行材料改性已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用。由于低溫等離子體中含有大量的激發(fā)態(tài)原子、分子、0H自由基等活性粒子，其反應活性極強，易于和所接觸的材料表面發(fā)生物理和化學反應，改善材料的表面性質(zhì)，同時又不改變材料的基體性能。同時，低溫等離子體技術(shù)是一種干式工藝，具有高效、節(jié)能、無污染、無公害等特點，在材料表面改性領域有獨特的應用價值。
[0003]大氣壓等離子體射流是一種重要的低溫等離子體產(chǎn)生方法，其通過氣體放電驅(qū)動等離子體，在工作氣體的輔助下將等離子體引導至開放空間的工作區(qū)域，這種方法可以在大氣壓開放氣體中產(chǎn)生低溫等離子體，無需昂貴的真空設備，同時可以避免待處理材料表面的電損傷，在材料表面處理方面有著獨特的優(yōu)勢。等離子體射流一般是在一個介質(zhì)管內(nèi)產(chǎn)生，并由氣流將其引出，其作用面積通常較小，難以實現(xiàn)對材料表面進行大面積、均勻的處理，而工業(yè)應用中，對材料表面性質(zhì)的均勻性有較高的要求。將等離子體射流擴展成射流陣列是擴大等離子體面積的一種常用方式，上海交通大學的劉景全(CN201510333396.6)設計了一種大氣壓低溫等離子體射流陣列可調(diào)裝置，可實現(xiàn)等離子體射流從點到線的擴展， 但是仍然無法實現(xiàn)對材料進行大面積、均勻的處理。因此，如何實現(xiàn)對材料表面進行大面積、均勻的處理，是亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其能夠利用多個等離子體射流耦合成射流陣列的形式，在大氣壓下產(chǎn)生低溫等離子體， 并協(xié)同機械結(jié)構(gòu)和機械運動，實現(xiàn)對材料表面進行大面積、均勻的處理。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，包括腔體，設置在腔體內(nèi)底部的載物臺，以及通過支架設置在載物臺上方的射流陣列;其中，
[0007]腔體的側(cè)壁上開設有通孔，用于電源線和導線的引入;工作時，射流陣列產(chǎn)生多個均勻的等離子體射流耦合的大面積等離子體，并利用支架固定和調(diào)整射流陣列的方向、位置和間距，載物臺實現(xiàn)待處理材料不同速度的旋轉(zhuǎn)運動，協(xié)同等離子體射流，實現(xiàn)對待處理材料進行大面積、均勻的處理。
[0008]本發(fā)明進一步的改進在于，射流陣列包括氣體緩沖腔，氣體緩沖腔的頂部設置有氣體入口，底部設置有氣體出口，氣體緩沖腔均勻連接若干個等離子體射流單元，每個等離子體射流單元的外壁上均設置有高壓電極和地電極，工作時，工作氣體由氣體入口進入，經(jīng)過氣體緩沖腔分配到各個等離子體射流單元內(nèi)，高壓電極和地電極用于產(chǎn)生放電等離子體，最后等離子體經(jīng)由氣體出口噴射到下游，用于待處理材料的表面處理。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于，氣體緩沖腔內(nèi)設置有蜂窩材料或?qū)Я鞴?，使工作氣體均勻分配到各個等離子體射流單元內(nèi)。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于，支架用于調(diào)整等離子體射流陣列的下端與待處理材料的距離在0.5-50mm范圍內(nèi)，以便處理不同尺寸的片狀和塊狀樣品。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于，載物臺內(nèi)設置了電動轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對待處理材料的勻速旋轉(zhuǎn)運動。
[0012]本發(fā)明進一步的改進在于，工作氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣、氨氣、四氟化碳、甲烷、乙烯和乙炔的一種或多種的混合氣體。[0〇13]本發(fā)明進一步的改進在于，通孔為門型孔。
[0014]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置， 其優(yōu)點在于:
[0015]1、繼承了等離子體射流的優(yōu)點，可以在大氣壓下產(chǎn)生，經(jīng)濟高效，并且放電區(qū)域和工作區(qū)域分開，用于材料處理方面可以避免對材料造成電、熱損傷；
[0016]2、克服了等離子體射流面積小的缺點，利用等離子體射流陣列的方式，并協(xié)同機械結(jié)構(gòu)和機械運動，可以實現(xiàn)對材料表面的大面積、均勻處理。【附圖說明】:
[0017]圖1為本發(fā)明等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置的模型圖。
[0018]圖中:1一腔體;2—射流陣列;3 —支架;4一載物臺；5 —通孔。
[0019]圖2為圖1的正視圖。[〇〇2〇]圖3為圖1的俯視圖。[0021 ]圖4為射流陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇22]圖中:201—氣體入口；202 —氣體緩沖腔;203 —等離子體射流單元;204 —高壓電極;205—地電極;206—氣體出口?！揪唧w實施方式】:[〇〇23]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的詳細說明。
[0024]參照圖1至圖3,本發(fā)明等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，包括腔體1、射流陣列2、支架3和載物臺4等部分。其中，射流陣列2產(chǎn)生的多個均勻等離子體射流通過荷電粒子間的相互作用耦合為大面積均勻的低溫等離子體;該等離子體發(fā)生器利用支架3固定于載物臺4上方，可以實現(xiàn)方向、位置和間距的多維度調(diào)節(jié);載物臺4內(nèi)集成了速度可調(diào)的電動轉(zhuǎn)盤，可實現(xiàn)待處理材料的勻速旋轉(zhuǎn)運動；等離子體的產(chǎn)生及材料處理可根據(jù)實際需求在腔體1內(nèi)進行。最終可以實現(xiàn)用等離子體對材料進行大面積、均勻的處理。
[0025]參見圖4,射流陣列2的結(jié)構(gòu)如圖4所示，工作氣體經(jīng)外部軟管由氣體入口 201進入， 經(jīng)過氣體緩沖腔202,在氣體緩沖腔202內(nèi)設置蜂窩材料或?qū)Я鞴?，使工作氣體均勻的分配到各個等離子體射流單元203內(nèi)，應用鋁箱或銅片作為高壓電極204和地電極205貼在等離子體射流單元203的外壁，用于產(chǎn)生放電等離子體，最后等離子體經(jīng)由氣體出口 206噴射到下游，用于材料的表面處理。
【主權(quán)項】
1.等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特征在于，包括腔體(1)， 設置在腔體(1)內(nèi)底部的載物臺(4)，以及通過支架(3)設置在載物臺(4)上方的射流陣列 (2);其中，腔體(1)的側(cè)壁上開設有通孔(5)，用于電源線和導線的引入;工作時，射流陣列(2)產(chǎn) 生多個均勻的等離子體射流耦合的大面積等離子體，并利用支架(3)固定和調(diào)整射流陣列 (2)的方向、位置和間距，載物臺(4)實現(xiàn)待處理材料不同速度的旋轉(zhuǎn)運動，協(xié)同等離子體射 流，實現(xiàn)對待處理材料進行大面積、均勻的處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，射流陣列(2)包括氣體緩沖腔(202)，氣體緩沖腔(202)的頂部設置有氣體入口 (201)，底部設置有氣體出口(206)，氣體緩沖腔(202)均勻連接若干個等離子體射流單元 (203)，每個等離子體射流單元(203)的外壁上均設置有高壓電極(204)和地電極(205)，工 作時，工作氣體由氣體入口(201)進入，經(jīng)過氣體緩沖腔(202)分配到各個等離子體射流單 元(203)內(nèi)，高壓電極(204)和地電極(205)用于產(chǎn)生放電等離子體，最后等離子體經(jīng)由氣體 出口( 206)噴射到下游，用于待處理材料的表面處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，氣體緩沖腔(202)內(nèi)設置有蜂窩材料或?qū)Я鞴?，使工作氣體均勻分配到各個等離子 體射流單元(203)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，支架(3)用于調(diào)整等離子體射流陣列(2)的下端與待處理材料的距離在0.5-50mm范 圍內(nèi)，以便處理不同尺寸的片狀和塊狀樣品。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，載物臺(4)內(nèi)設置了電動轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對待處理材料的勻速旋轉(zhuǎn)運動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，工作氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣、氨氣、四氟化碳、甲烷、乙烯和乙炔的一種或多種 的混合氣體。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體射流陣列協(xié)同機械旋轉(zhuǎn)運動的材料處理裝置，其特 征在于，通孔(5)為門型孔。
【文檔編號】H05H1/24GK106034371SQ201610438344
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】常正實, 陳思樂, 姚聰偉, 王帥, 張冠軍
【申請人】西安交通大學