[其他]具有可调径向和切向等离子气体流比的改进的等离子焰喷射枪的方法及装置

说明书

本发明涉及一种等离子枪装置以及其运用方法。通过改进等离子气体流的控制来提高效率。

等离子枪可特别使用于如热喷射那样的用途。热喷射涉及例如金属或陶瓷等热可熔材料的热软化，以及将软化材料以粒子的形状推射到要涂复的基片表面。热粒子撞到该表面上就粘结到那里。如等离子枪那样的常规的热射枪，既用来加热又用来推进粒子。在等离子喷射枪内，热可熔材料以粉状供给该枪，典型地由小粒子组成，例如低于每平方英寸100网眼数的美国标准筛筛孔大小至约5微米。

在典型的等离子装置中，电弧产生于水冷却喷管（阳极）与邻近配置的阴极之间。一种选用的惰性气体流经两电极之间并通过电弧后被电离并加热，就形成温度高达15，000℃的等离子体。在电极间的气体的运动有效地拉长了电弧，使更多的能量传递给电弧。由至少部分地电离的气体所组成的等离子体，从喷管射出，类似点燃的氧炔焰。

与本发明有关的通用类型的一种等离子“焰”喷射枪描述在1964年8月18日授给西宾（W.A.Siebein）等人的专利号为3，145，287、名为“等离子焰发生器和喷射枪”的美国专利中。这种类型的较新的枪结构在序号为646，734的美国专利申请中有揭示，该申请由狄拉西奥（Anthony    F.Dellassio）等人于1984年9月4日提出，申请的专利名称为“等离子喷射枪用的喷管组件”，已转让给与现在发明同一个受让人。现在的发明可以作为在西宾专利或狄拉西奥申请中所揭示的结构的变更来实行。

在这个时候，应当理解“径向”和“切向”是相对术语，正如在此使用的那样，“切向”不仅包括严格的切向流，而且也包括弦流，即具有有显著的切向分量的流。而且，使用的这些术语与等离子流径和/或者限定流径的结构例如孔或导管的轴线有关。

等离子枪习惯上能用氩或用氮作为主等离子气体来工作。对于氩来说，该气体以切向分量引入阴极附近的腔内，以便给予等离子体以涡流，这在例如专利号为3，823，302、名为“等离子喷射的装置和方法”的美国专利中有描述，该专利于1974年7月9日授给墨尔伯格（Muelberger）。那样做的理由是在不存在涡流情况下，电弧沿喷管携带得不够远（不能被气体流足够地拉长），这样就不会获得所要求的高电弧电压和高效率。

另一方面，在前述的美国专利3，145，287中所描述的径向气体流输入一般是用氮的，因为它较不容易电离，因涡流倾向于将电弧沿喷管延伸一个长距离，会导致电弧难以产生。

然而，如没有涡流，则对氮来说，电弧电压和效率是低的。因此，常将例如氢那样的辅助气体加给氮，具有易于起弧的效果，即使没有涡流也允许有效运行。氢在电弧起动后加入。控制氢辅助气体必然引起喷射运行复杂和花费大，也需要预防爆炸的特别措施。

甚至有涡流时，氩的效率亦是不合乎需要地低。在可能之处，氢再次利用作为添加物，但是，该气体由于其易燃性以及它会使喷射涂层脆裂，常常被认为不合乎要求的。氦是一种替代物，但是它是昂贵的和不太有效的。

一般地，每种等离子射枪是为一特定种类的形成等离子体的气体而造的，或具有径向进口，或具有切向进口。可以使用的任何一种气体的枪典型地有不同的气体分配环，这些环选择性地嵌在阴极附近，或提供径向流，或提供切向流;当变换气体时，就需要拆卸。几项尝试已经作出，以简化这种变换。美国专利3，313，908揭示了一种等离子焰炬，它具有给不同气体用的两种类型的气体进入口，利用两种外部气体导管接头中的任何一种，可择一地选择气体进入口。这种方法仍然需要改变那些枪接头，且没有提供涡流度的调节。

美国专利3，851，140号，名为“在基片上施加涂层的等离子喷射枪和方法”，于1974年11月26日授给考丘（Coucher），该专利显示了一种具有气体分配环的等离子喷射枪，该环具有枪的轴线倾斜的主开口以及径向定向的辅助开口。这两套进气开口同时地起作用。据认为该环控制气体流的变化，但是不改变环的话，决不会改变不同气体流;在运行期间，也决不会改变气体流的构造形式。