CN101360384A - 等离子体发生器及其阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子体发生器及其阴极。本发明提出的复合式阴极包括管形阴极主体、安装在阴极主体上的阴极头以及在阴极主体内的冷却水管，冷却水从冷却水管进入，由冷却水管端部的喷嘴喷到阴极头的尾部以对阴极头进行冷却，并经由冷却水管和阴极主体之间的空间回流，其特征在于，所述阴极头在阴极主体轴线方向上的尺寸大于其直径。本发明的等离子体发生器包括上述复合式阴极。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体发生器及其阴极。
背景技术
等离子体发生器的核心部件是阳极和阴极。其产生等离子体的原理是：阴极联接于电源负极，阳极联接于电源正极，首先使阴极和阳极接触，电源输送出稳恒电流。当阴极缓缓离开阳极时，随着电压的建立，两极之间形成高温等离子体火炬，具体地讲是阴极发射的电子将空气击穿形成等离子火炬。阴极作为发射电子的一极，长时间的工作会在阴极的表面烧蚀出一个凹坑。为了降低阴极在高温下的烧蚀速度，已经提出了采用冷却水来冷却阴极的复合式阴极，来延长阴极的使用寿命。
如图1所示，传统的水冷复合式阴极包括管形的阴极主体12安装在阴极主体前段的阴极头14以及在阴极主体内部的冷却水管16。阴极头14是狭义上的阴极，亦即被消耗的部分。阴极头14的工作端，也就是用来与阳极相对的一端为其头部，另一端则为尾部。管形阴极主体的前端由阴极头封闭。也就是说，阴极头尾部暴露于管形阴极主体的内部。冷却水从图1中的右端进入冷却水管16，由冷却水喷嘴18喷射到阴极头14的尾部上，对阴极头14产生冷却作用。冷却水沿着图中的单箭头方向从冷却水管和管形阴极主体之间的空间中回流。
这种结构的复合式阴极的阴极头为扁平形状，其使用寿命仍然有待提高。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种改进的用于等离子体发生器的寿命更长的阴极，以及使用这种阴极的等离子体发生器。
为此，本发明的阴极通过增加补偿的方法，增加了阴极的可烧蚀体积。
具体地，本发明提供了一种复合式阴极，包括管形阴极主体、安装在阴极主体上的阴极头以及在阴极主体内的冷却水管，冷却水从冷却水管进入，由冷却水管端部的喷嘴喷到阴极头的尾部以对阴极头进行冷却，并经由冷却水管和阴极主体之间的空间回流，其特征在于，所述阴极头在阴极主体轴线方向上的尺寸大于其直径。
在优选实施方案中，通过将阴极头尾部设计为渐缩的形状，减少了阻力，增加了阴极的冷却面积，强化了对阴极的冷却，从而大大的提高了阴极的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。附图中：
图1是现有技术的阴极的剖面图；
图2为根据本发明的阴极的一种优选实施方式的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在传统的等离子体发生器中，阴极作为发射电子的一极，长时间的工作会在阴极的阴极体表面烧蚀出一个凹坑。分析认为烧蚀有两个原因：一是在高温下介质气体与阴极材料发生复杂的化学反应，造成腐蚀；二是因为阳离子轰击造成局部过热，使阴极的表面的温度升高到甚至超过材料的熔点而发生的材料蒸发以及溅射之类的过程造成的。强化冷却可以在相当程度上抑制或减缓这类过程，从而可以延长阴极的使用寿命。另外，大量的试验和工程应用表明，在同样功率和水冷条件下，阴极头的使用寿命和阴极头的消耗量具有一定的函数关系，如果提高阴极的阴极体的可用消耗量，即扩大阴极的可烧蚀体积，则预示着阴极工作寿命的提高。
考虑到上述因素，发明人提出通过在阴极上增加补偿的凸出部分，增加了阴极可烧蚀的体积。同时，利用阴极的凸出形状，对冷却水喷嘴加以改造从而强化阴极的冷却，从而提高阴极的使用寿命。
图2图示了本发明的一种优选实施方式。按照本发明的复合式阴极的阴极头24装配在管形的阴极主体22上，冷却水管26通过支撑结构(未图示)安装在阴极主体22中。在该实施方式中，与传统方式不同的是，阴极头加厚，使得其在阴极主体轴线方向上的尺寸接近或大于其直径。这样，加大了阴极头14的可消耗量，提高了其寿命。鉴于阴极的烧蚀点在中央或其附近，并且为了便于冷却，阴极头14的尾部最好为渐缩的形状，比如总体上为倒锥形，或者半球形、半椭球形等等。
在上述结构中，冷却水管和冷却水喷嘴的结构及其与阴极头和阴极主体的相对位置可以与图2所示的现有技术一样，即阴极头在冷却水喷嘴的外部。但是，根据本发明的进一步的优选实施方式，为了加强对阴极头24的冷却，如图2所示，可以使冷却水喷嘴28罩住阴极头24的尾部，为此，可以使冷却水喷嘴28膨大。这样，来自冷却水管26的冷却水在阴极头24的渐缩形尾部和冷却水喷嘴28之间围绕阴极头24的渐缩形尾部一直流动到阴极头渐缩形尾部的根部，然后从冷却水管26(包括冷却水喷嘴28)和阴极主体22之间的空间中回流(图中单箭头所示)，形成循环。这样，整个阴极头的尾部全都浸在冷却水中，增加了阴极与冷却水的接触面积，强化了阴极的冷却。
以上结合附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于这些实施方式，其一切变型和替代方案都在所附权利要求的范围内。
Claims (5)
1.一种复合式阴极，包括管形阴极主体、安装在阴极主体上的阴极头以及在阴极主体内的冷却水管，冷却水从冷却水管进入，由冷却水管端部的喷嘴喷到阴极头的尾部以对阴极头进行冷却，并经由冷却水管和阴极主体之间的空间回流，其特征在于，所述阴极头在阴极主体轴线方向上的尺寸接近或大于其直径。
2.如权利要求1所述的复合式阴极，其特征在于，所述阴极体的尾部为渐缩形状。
3.如权利要求1或2所述的复合式阴极，其特征在于所述阴极头的尾部延伸到所述冷却水喷嘴中。
4.如权利要求3所述的复合式阴极，其特征在于所述冷却水喷嘴膨大。
5.一种等离子体发生器，包括阴极、阳极和电源，其特征在于所述阴极为如权利要求1到4之一所述的复合式阴极。
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