[发明专利]大气压中空基底电极等离子体射流发生装置

说明书

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，涉及一种等离子体发生装置，尤其涉及一种大气压中空基底电极等离子体射流发生装置，可以用于金属材料的表面处理。

背景技术

近年来，等离子体技术在物理学、化学、电子学、材料学，以及冶金化工等广泛领域以应用为中心的研究十分活跃。低温等离子体因其密度高，气体温度低，成份可控，并能产生各种活性物种，可以用来改变金属材料的表面特性。用于金属材料表面改性，传统的低温等离子体发生装置需要高频电源(射频13.56MHz或微波2.45GHz)来维持放电能量的供给，并在低气压环境下工作，需要真空泵来抽真空。因而，处理设备投资大，成本高。

相对带有真空设备的低气压放电等离子体发生装置而言，大气压气体放电等离子体表面处理设备省去了真空装置，在常压大气环境中，就能对样品进行表面处理。此表面处理技术不仅降低了运行成本，而且提高了工作效率。其中，大气压等离子体射流(APPJ)潜在的应用价值最大。它一般采用交流和脉冲放电方式，在有绝缘介质隔离的两电极直接(有时使用单电极)发生放电产生等离子体，凭借气体的流动将等离子体带出放电腔体之外，形成等离子体射流。虽然APPJ很容易与被处理物体表面接触，有利于提高活性物种的利用率，但等离子体中的活性物种，尤其是金属或非金属离子，仅是在气流的作用下轰击被处理样品表面。因而，活性物种轰击的速度和能量受到一定的限制，降低了等离子体表面扩渗的效率，不利于APPJ在金属表面改性和去污方面的应用。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种大气压中空基底电极等离子体射流发生装置，以解决现有技术中大气压等离子体射流(APPJ)工作时，金属或非金属离子轰击速度和能量较低，金属材料表面改性和去污效率低下的问题。

本发明的技术方案是：一种大气压中空基底电极等离子体射流发生装置，包括直流放电单元和用于提供直流放电单元放电电压的电源；上述直流放电单元包括导气管和电极组；上述电极组包括一个为圆柱形的高压电极和一个接地电极；所述导气管为中空管，上下两端分别设置有进气端口和出气端口；上述高压电极置于导气管轴向中心位置，其特殊之处在于：上述接地电极处还设置有用以形成窄小气流通道的中空金属基底单元；上述中空金属基底单元呈圆柱体，且沿轴向设置有一个通孔；中空金属基底单元的通孔与导气管同轴；上述接地电极呈L形，一直角边为圆柱体并与高压电极同轴，其端面在导气管出气端口处与高压电极端面相互正对，另一直角边为长方体，与中空金属基底单元端面相接；

上述直流放电单元与电源之间还串联有限流电阻；

上述电源采用直流或脉冲电源，脉冲电源的频率为50Hz至13.56MHz；

上述导气管的材质为云母、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯；

上述高压电极和接地电极相互正对的端面为平面；所述高压电极和接地电极的材质为铝、铁、铜、钨、镍、钽、铂、铝合金、铁合金、铜合金、钨合金、镍合金、钽合金；

上述中空金属基底单元的材质为铝或铜或铝合金或铜合金，中空金属基底单元通孔部分的孔径为4～100mm。

本发明的优点是：

1.相对传统的低气压放电等离子体发生装置，本发明在大气环境下产生等离子体射流，用于金属材料表面处理，免去了真空设备，简化了操作流程，降低了运行成本。

2.相对传统的低气压放电等离子体发生装置的高频电源，本发明的供给电源可以为直流电源，降低了对电源设备的要求。

3.相对于传统的大气压等离子体射流(APPJ)，本发明装置所产生的等离子体射流在气体流场和直流电场的共同作用下有更高的电子密度、更高的离子轰击速度和更高的离子能量。

附图说明

图1为本发明的中空金属基底单元结构示意图；

图2为本发明的直流放电单元结构俯视图；

图3为本发明的直流放电单元结构仰视图；

图4为本发明大气压中空基底电极等离子体射流发生装置主体俯视图；

图5为本发明大气压中空基底电极等离子体射流发生装置主体仰视图；

图6为本发明工作示意图；

其中：11-通孔、10-中空金属基底单元、20-直流放电单元、21-导气管、22-高压电极、23-接地电极、31-进气端口、32-出气端口、40-发生装置主体结构、41-电源、42-限流电阻、51-处理样品、52-等离子体射流。

具体实施方式