[发明专利]一种微波等离子体的温度控制方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及微波等离子体领域，具体涉及一种微波等离子体的温度控制方法及设备。

背景技术

微波等离子体的能力集中，反温度空间分布梯度较大，具有丰富的高能电子、带电粒子和活性自由基。近年来微波等离子体在材料合成、表面处理以及垃圾焚烧等方面均有广泛应用。微波等离子体的温度是影响等离子体化学反应的重要参数，通常微波等离子体的温度受微波功率影响较大。如申请公布号为CN104748122A、申请公布号为CN107185949A的中国专利所示。

采用微波等离子体作为加热源时，针对不同的反应，所需的温度范围不同，通常需要调整微波功率对微波等离子体的温度进行调整。但是通过微波功率对微波等离子体的温度进行调整时，微波等离子体的波动范围较大，不方便调节，影响微波等离子体输出温度的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波等离子体的温度控制方法，其具有方便调节微波等离子体的温度，且保持微波等离子体温度稳定性的特点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种微波等离子体的温度控制方法，包括如下步骤：

调节微波源的微波功率，在微波激发区产生微波等离子体；

采用混合工作气体，向微波激发区吹入混合工作气体，使微波等离子体形成微波等离子体羽流。

采用微波等离子体进行温度调节时，根据实际工况预先选择合适的微波功率；选择混合工作气体，并调整流速形成微波等离子体羽流，使其伸出激发区，便于提供稳定的工作温度区域。之后可依据实际应用工况的温度，调节混合工作气体的配比，进一步对温度进行微调。以实现在微波功率一定时，通过调节混合工作气体的配比，即可实现微波等离子体的输出温度在一定范围内的微调。

按照如上方法调节温度，微波功率确定后，不需要再对功率进行较大调整。仅需要通过调节工作气体配比，即可对工作温度进行微调。

进一步地，工作气体为氮气、氦气、氩气、空气或者氧气中至少两种。

采用氮气、氦气、氩气、空气或者氧气作为工作气体时，产生的等离子体羽流长度和温度均有不同。通过调整不同类型气体的配合，可以对等离子体的温度进行微调。

优选地，当功率为800W，氮气和空气作为混合气体时，氮气占混合工作气体的体积百分比为X1，等离子羽流输出温度为Y1，X1与Y1之间的关系为Y1＝-21.9X1+6260，其中0＜X1＜100。

优选地，当功率为800W，氩气和空气作为混合气体时，氩气占混合工作气体的体积百分比为X2，等离子羽流输出温度为Y2，X2与Y2之间的关系为Y2＝-36.25X2+6548，其中0＜X2＜100。

优选地，当功率为800W，氩气和氮气作为混合气体时，氩气占混合工作气体的体积百分比为X3，等离子羽流输出温度为Y3，X3和Y3之间的关系为Y3＝-9.828X3+3909，其中0＜X3＜100。

进一步地，混合工作气体的流速为1-15L/min。

采用以上技术方案，调节工作气体的流速在该范围内，微波等离子体的输出温度更加稳定。

进一步地，微波等离子体羽流的长度为8-10cm。

采用以上技术方案，调节工作气体的流速，调节微波等离子体羽流的长度在该范围内，可保证微波等离子体在一定温度范围内恒定。

优选地，微波等离子体羽流距离微波激发区5-8cm为等离子体羽流的工作段。

采用以上技术方案，微波等离子体距离激发区太近，温度不稳定；若微波等离子体距离激发区太远，温度较低，且不稳定，不便作为稳定的热源。微波功率、工作气体流速和工作气体的组成确定之后，以上等离子体羽流的工作段为温度稳定的工作区，在相应功率下可保持稳定的工作温度。

优选地，作为微波源的器件选自速调管、行波管、磁控管、返波管或者回旋管。

本发明的另一目的在于提供一种微波等离子体的温度控制设备，其具有方便调节微波等离子体的工作温度区。

本发明的上述目的通过以下技术方案得以实现：一种微波等离子体的温度控制设备，用于实现上述的微波等离子体的温度控制方法，包括微波等离子体发生器，微波等离子体发生器的微波激发区一侧连接有混合气路系统，另一侧连接有贯穿微波等离子体发生器、并且与混合气路系统相通的等离子体放电管，还包括与微波等离子体发生器相连的驱动件，驱使微波等离子体发生器沿微波等离子体羽流长度方向移动。