[发明专利]一种提高电弧等离子体发生器运行稳定性和寿命的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高电弧等离子体发生器运行稳定性和寿命的方法和 装置。

背景技术

直流非转移式电弧等离子体发生器在工业制造、科学探索、环境保护、 医疗卫生、国防安全等广阔的领域已有数十年的应用和研究历史。发生器的 形式更是多种多样，从常用的最简单的仅有柱状阴极和管状阳极的结构、管 弧、叠片式，到种类繁多的特殊结构。无论何种结构和用途以及功率等级的 非转移式电弧，共同的特点是以气体放电电弧为电流通道连接阴极和阳极。 在流动的氩、氮、氢、空气等气体或混合气中，在阴极和阳极之间产生放电 电弧和加热工作气体，形成数千以至上万度的热等离子体射流。

电弧在电极表面贴附区的电流密度可能超过10⁸A/m²，电极烧蚀引起的 发生器寿命问题，一直是影响这类发生器高效使用、降低维护成本和技术要 求、推向更广的长时间连续运行应用的瓶颈因素。同时，电极烧蚀产物的污 染也限制了这类等离子体在精细组分材料的合成、风洞实验中材料热特性准 确评估等领域的应用。因此，数十年来，各种减少电极烧蚀以提高等离子体 发生器寿命的尝试从未间断。

工业应用上高效连续运转的大功率电弧等离子体发生器更需要高寿命 低烧蚀的发生器。目前，在发生器在阴极和阳极之间夹入较长的中间段，拉 大阴极与阳极之间的距离以提高电弧电压，使得在相同的电弧功率条件下降 低电弧电流，以减少电极烧蚀。或同时采用多对电极组来分散电弧在电极表 面的贴附，以降低贴附弧根的局域电流密度，减缓电极的局域恶性烧蚀。只 是这种结构的热等离子体发生器结构复杂，维护耗费大，电源需要高电压设 计。

发明内容

本发明的目的在于：针对直流非转移式电弧等离子体发生器阳极烧蚀问 题，提出一种可减少电极烧蚀、提高电弧等离子体发生器运行稳定性和寿命 的方法和装置。

本发明提供一种降低电弧等离子体发生器电极烧蚀的方法，包括如下步 骤：

第一步，对电弧等离子体发生器的阳极进行表面镀膜处理，用于影响电 弧贴附于电极表面的贴附反应能或分散微化贴附点，从而降低电极烧蚀；

第二步，外电压激发阴极和阳极间产生电弧，所述电弧沿阴极到阳极方 向传输；

第三步，所述电弧贴附进行过表面处理的阳极，电弧对阳极烧蚀减弱。

优选地，表面镀膜处理采用离子镀、磁控对靶溅射或热喷涂的方法。

优选地，所述表面镀膜处理为在阳极表面制备高反应活性材料分散嵌入 的复合材料涂层。

优选地，所述复合材料涂层为含铝、钛、锆、镁膜及其氧化物混合膜、 多层多混合结构复合膜或过渡结构膜。

优选地，所述复合材料涂层为电导体，使在涂层内形成由自由表面连接 电极基体的导电微通道。

根据以上方法，本发明还提出一种提高运行稳定性的电弧等离子体发生 器，其特征在于，包括：

阴极；

阳极，设置在所述阴极电弧传输方向下游；

涂层，附着在阳极表面，使阳极具有特定表面结构；

绝缘件，所述绝缘件两端分别连接所述阴极和阳极；

外套管，包裹所述绝缘件和所述阳极连接组合体。

优选地，还包括：中间段设置在所述阴极和阳极之间。

优选地，所述涂层采用离子镀、磁控对靶溅射或热喷涂的方法附着在所 述阳极表面。

优选地，所述涂层为高反应活性材料分散嵌入的复合材料涂层。

优选地，所述复合材料涂层为含铝、钛、锆、镁膜及其氧化物混合膜、 多层多混合结构复合膜及过渡结构膜，并为导电体。

本发明的有益效果：

按照实际应用气体的种类和流量以及工作条件，对发生器电极进行特殊 的镀膜处理，提高了电弧等离子体发生器的运行稳定性和寿命。

附图说明

图1为本发明电弧等离子体发生器结构示意图；

图2为图1中A区域放大图。

具体实施方式

本发明的基本思想是电弧等离子体发生器电极表面进行特殊的镀膜处 理，在电极表面制备高反应活性材料分散嵌入的复合材料涂层，促成电弧弧 根的扩散型贴附，从而降低电弧等离子体发生器的电极烧蚀，提高运行稳定 性。