[发明专利]单极性低温等离子体电源

说明书

技术领域

本发明涉及到一种用于材料表面处理用电源，特别是涉及到一种单极性低温等离子体电源。

背景技术

气体放电产生的低温等离子体得到越来越广泛的应用,等离子体表面处理技术应运而生。低温等离子体可用于聚合物、纺织品和金属等的表面处理，通过表面处理来改善它们表面的吸湿性、可染性、粘接性及导电性等,从而提高它们的应用价值。常用的产生大气压空气等离子体的方法有电晕放电、介质阻挡放电和大气压辉光放电。介质阻挡放电的原理是绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，又称介质阻挡电晕放电或无声放电，在放电过程中会将空气电离，从而产生等离子体。该种方式可以在大气压下产生低温等离子体, 并且与其他两种方法相比,介质阻挡放电设备简单、能量高,且很容易在工业环境下实现。

目前基于介质阻挡放电的低温等离子体技术用于材料表面改性方面的研究工作在国际上已经广泛地开展起来，在聚合物材料中已被用于处理聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等的表面改性中，在纺织品中已被用于棉、麻、羊毛、化纤等的表面处理，在金属类材料中已被用于表面的辅助高能球磨处理、材料的表面金属化处理、金属材料的等离子体表面渗氮、碳处理等。低温等离子体处理是工业上非常有前途的处理材料表面的环保技术。

低温等离子改性与其他改性方法相比具有处理条件简单,耗能少,处理时间短,效率高,无污染等优点。此方法其对材料表面的作用仅涉及表面的几至几百纳米,在改善材料表面性能的同时又不影响材料的基体性能。相对于传统的表面改性方法，低温等离子体技术在显著提高聚合物材料表面能的同时，只改变材料表面的化学成分而不影响其基体结构，使得改性后的材料有着独特的物理和化学特性，并且这种无溶剂技术有助于保护环境。

现有的用于材料表面处理的低温等离子体电源，都是在两个平行的电极板上加压，预处理的材料或工件放置于两个电极板之间，通过两电极板之间的放电对工件进行处理，一般加在电极板上的电压都是双极性的，在极性变化时，电极板之间的放电不均匀，放电细丝会随机分布，导致材料或工件处理效果不佳，而且对电极板也产生很大的污染，大大降低了电极板的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种单极性低温等离子体电源，解决现有用于材料表面处理的低温等离子体电源采用双极性电压所带来的放电不均匀，材料或工件处理效果不佳和电极板污染的缺陷。

本发明的目的通过下述技术方案实现：单极性低温等离子体电源，包括依次连接的交流变换单元、波形整形单元和材料表面处理单元，所述的交流变换单元包括变压器T1和整流器D1，所述的变压器T1一端连接市电，另一端经整流器D1连接到波形整形单元，所述的波形整形单元包括变压器T3、功率开关管Q1和方波发生器T2，所述的变压器T3的原边的一个端口连接到交流变换单元，另一个端口经功率开关管Q1接地，功率开关管Q1的控制端连接到方波发生器T2，所述的材料表面处理单元包括两个平行相隔的电极板，该两个电极板分别连接到变压器T3的副边的两个端口上，两个电极板上还并联有一个放电电阻R2。本发明中，市电先输入到交流变换单元，先由变压器T1进行升压，然后经整流器整流，最后输出直流电，该直流输入到波形整形单元。波形整形单元中，功率开关管Q1由方波发生器T2驱动，功率开关管Q1断开时，变压器T3不工作，当功率开关管Q1连通时，变压器T3工作，方波发生器T2输出一个方波到功率开关管Q1的控制端，使得变压器T3输出的波形被该方波截断，形成一个有垂直上升沿和垂直下降沿的波形，该波形输入到二极管D2、二极管D3，滤掉脉冲中残留的负压部分，使得成为高压单极性的方波，再由调节电阻R1和调节电容X1整形为陡上升沿，慢下降沿的波形，最后输入到材料表面处理单元时的波形为单极性的三角波，该三角波波脉冲用于驱动材料表面处理单元，该电压加在两个电极板上，在电极板之间进行放电，因为本发明的电压为单极性，所以需要在两个电极板上并联一个放电电阻R2，由于材料表面处理单元为容性负载，在高压脉冲充电后电荷将保存，因此必须设置一放电电阻R2，放电电阻R2阻值较小，在三角波脉冲的低压间隔时间内，将材料表面处理单元的电荷全部释放，电压重新恢复到原始低电平。