CN103079328A

CN103079328A - 一种介质阻挡放电电极及其制作方法

Info

Publication number: CN103079328A
Application number: CN2012105898996A
Authority: CN
Inventors: 吴征威; 苏晓飞; 汪一楠; 傅劲裕; 杨继泉; 王建新
Original assignee: YUNNAN AEROSPACE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: YUNNAN AEROSPACE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103079328B

Abstract

本发明提供一种介质阻挡放电电极及其制作方法，采用微弧氧化技术制造介质阻挡放电的绝缘介质层及一侧放电电极，再利用镀膜技术在已制成的绝缘介质层的生成另一侧放电电极，从而实现制造紧密贴合、一体化的介质阻挡放电电极。本发明所述的介质阻挡放电电极制备方法简便易行，不涉及较多的机械工艺流程，可以保证绝缘介质层与金属电极之间的紧密贴合；可以根据需要设定电极的大小、形状，还可以通过调节微弧氧化时间来控制介质层的介电常数，从而达到实现更有效放电的目的。

Description

一种介质阻挡放电电极及其制作方法

技术领域

本发明属于等离子体放电技术领域，具体涉及介质阻挡放电电极的制作方法及利用该方法制成的电极。

背景技术

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是指绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。介质阻挡放电电极结构的设计形式多种多样。在两个放电电极之间充满某种工作气体,并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖,也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。

现有技术如中国专利CN200956366涉及的螺旋电极介质阻挡放电装置中电极采用螺旋形式紧密环绕在电介质的外表面上，在放电管内形成放电腔。又如中国专利CN101330794大气压介质阻挡放电产生低温等离子体射流装置中所提到的环状电极紧贴于介质管的外壁，工作气体由流量计、止回阀经连接头进入介质管，等离子体被吹出形成等离子体射流。以及中国专利CN201010113743介质阻挡放电等离子体旋流装置里的等离子体激励器由两个电极组成一电极对，这两个电极交错布置在稳燃锥罩两侧，稳燃锥罩接触火焰侧的电极为裸露电极，连接高压电源的高压端；稳燃锥罩的另一侧的电极为掩埋电极，连接高压电极的接地端；接通高压电后将等离子体激励器附近空气电离。

上述各种装置在实用性、安全性方面均有所欠缺，需进行进一步改进：（1）实际使用时，人们希望电极可以方便更换，但现有电极通常分成几个部分，更换时较麻烦。（2）介质阻挡放电中的绝缘导体与放电电极贴合的越紧密放电就越稳定，但目前技术中无论是缠绕还是压合都无法实现这一目的。（3）现有技术在放电空间发热导致介质或电极发生微小形变时不能继续保持紧密接触，而影响放电效率和效果。（4）考虑到介质阻挡放电的安全性问题，必须避免电极间产生的高压通道泄漏对操作人员产生的潜在威胁。（5）现有技术电极制作工艺和安装方式分成很多步骤，效率较低。

发明内容

本发明旨在提出一种制备介质阻挡放电电极的方法，以改进现有技术在实用性、安全性、制造效率等方面的不足，实现高效、安全的放电，同时减少能耗及人力成本。

本发明采用的技术方案为：一种介质阻挡放电电极，该电极采用微弧氧化技术制造介质阻挡放电的绝缘介质层及一侧放电电极，再利用镀膜技术在已制成的绝缘介质层的生成另一侧放电电极，从而实现制造紧密贴合、一体化的介质阻挡放电电极。

其中，该电极由下电极、绝缘介质层、镀膜上电极构成，下电极选取采用直径1毫米～50厘米的铝管或边长1毫米～500厘米的铝片。

其中，将不易发生电化学腐蚀的材料覆盖在经过初清洗和干燥处理的金属电极材料基底的一部分上，同时保留部分金属裸露在外，再通过微弧氧化技术将裸露的金属制备成绝缘的金属氧化物介质层；之后去除所覆的薄膜，再清洗经过微弧氧化后得到的电极材料，并进行干燥；接着在干燥后的电极材料被氧化的那一侧覆盖上模板，把模板和电极材料一起进行镀膜处理；镀膜结束之后将所覆的模板去掉，得到所需的介质阻挡放电电极材料。

另外提供一种介质阻挡放电电极的制作方法，该方法的步骤主要包括：初清洗、干燥、覆膜、微弧氧化、去膜、再清洗、干燥、覆版、镀膜、去版；其中，

将不易发生电化学腐蚀的材料覆盖在经过初清洗和干燥处理的金属电极材料基底的一部分上，同时保留部分金属裸露在外，再通过微弧氧化技术将裸露的金属制备成绝缘的金属氧化物介质层；之后去除所覆的薄膜，再清洗经过微弧氧化后得到的电极材料，并进行干燥；接着在干燥后的电极材料被氧化的那一侧覆盖上模板，把模板和电极材料一起进行镀膜处理；镀膜结束之后将所覆的模板去掉，得到所需的介质阻挡放电电极材料。

其中，该方法具体实施如下：

首先按需要选取大小合适的铝管或铝片，再将铝管或铝片浸泡于丙酮或酒精中进行超声振荡清理表面的杂质；将经过初清洗之后的铝材做干燥处理，如自然风干或烘干；

接着，按需要在铝管或铝片一侧表面的某些部分涂敷耐腐蚀的材料，涂敷部分的总面积小于铝材一侧的表面积；涂敷的方式根据选用材料的不同可采用直接涂敷、掺胶粘接、或贴膜的方法；把覆膜后的铝材放入电解液中，对电解液通入三相交流高压进行微弧氧化，该三相交流高压的电压范围为300～700V，电流范围为0.1A～20A，微弧氧化时间在3分钟至120分钟；将微弧氧化处理后的铝管或铝片取出，把表面涂敷的膜材料去除，再把铝管或铝片放入去离子水中，进行超声振荡清洗；取出铝管或铝片后进行干燥，这样，铝材表面有覆膜的部分未被微弧氧化，而没有覆膜的部分则变成了绝缘的氧化铝，在原先没有涂敷材料的材料一侧，即被氧化的铝部分覆盖模板，需要特别指出的是在另一侧仍有部分未被氧化的铝，模板的表面积小于铝材一侧的表面积，模板可以是网格、梳状、螺旋或其他需要的形状，模板材质可以是金属、有机物或金属氧化物，对铝材表面覆版的那一侧镀金属膜，镀膜可以选用高压阴极弧进行，在10^-1Pa气压环境里，向由铜制成的阴极通3000V电压，在铝材上通负偏压，处理1分钟至120分钟后取出；去掉覆盖在铝材上的模板，得到所需要的介质阻挡放电电极成品，其由下电极、绝缘介质层、镀膜上电极构成。

其中，铝管的直径5厘米，或所述的铝片为边长10厘米。

其中，所述的耐腐蚀的材料为NaSiO₃、聚四氟乙烯或SiO₂粉。

其中，所述的电解液可选用四硼酸钠。

其中，所述的把表面涂敷的膜材料去除可采用的方法有洗涤、刮擦或打磨。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明所述的介质阻挡放电电极制备方法简便易行，不涉及较多的机械工艺流程，可以保证绝缘介质层与金属电极之间的紧密贴合。

2、本发明可以根据需要设定电极的大小、形状，还可以通过调节微弧氧化时间来控制介质层的介电常数，从而达到实现更有效放电的目的。

附图说明

图1是本发明的总体流程图。

图2是本发明涉及的覆膜工艺结构示意图，(a)为侧视图，(b)为顶视图。

图3是本发明涉及的覆版工艺结构示意图。

图4是覆版工艺中涉及的模板造型示意图。

图5是本发明的介质阻挡放电电极成品结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

本发明实施例采用铝（也可选用镁、铜等金属或其合金）为电极材料。首先按需要选取大小合适的铝管（如直径5厘米）或铝片（如边长10厘米），再将铝材浸泡于丙酮或酒精中进行超声振荡清理表面的杂质。将经过初清洗之后的铝材做干燥处理，如自然风干或烘干。接着，如图2所示，按需要在铝材21一侧表面的某些部分涂敷耐腐蚀的材料22（如NaSiO₃、聚四氟乙烯、SiO₂粉等），涂敷部分的总面积小于铝材一侧的表面积。涂敷的方式根据选用材料的不同可采用直接涂敷、掺胶粘接、贴膜等方法。把覆膜后的铝材放入电解液中，对电解液通入三相交流高压（如300～700V，0.1A～20A）进行微弧氧化，电解液可选用四硼酸钠等。微弧氧化时间在3分钟至120分钟。将微弧氧化处理后的铝材取出，把表面涂敷的膜材料去除，可采用的方法有洗涤、刮擦、打磨等。再把铝材放入去离子水中，进行超声振荡清洗。取出铝材后进行干燥。这样，铝材表面有覆膜的部分未被微弧氧化，而没有覆膜的部分则变成了绝缘的氧化铝。如图3，在原先没有涂敷材料的材料一侧31，即被氧化的铝部分覆盖模板32，需要特别指出的是在另一侧仍有部分未被氧化的铝21。如图4，模板的表面积小于铝材一侧的表面积，模板可以是网格、梳状、螺旋或其他需要的形状，模板材质可以是金属（如铜、不锈钢、铅等）、有机物（聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等）、金属氧化物（氧化铝、氧化镁等）等。对铝材表面覆版的那一侧镀金属膜。镀膜可以选用高压阴极弧进行，如在10^-1Pa气压环境里，向由铜制成的阴极通3000V电压，在铝材上通负偏压，处理1分钟至120分钟后取出。去掉覆盖在铝材上的模板，得到所需要的电极。如图5，本发明涉及的介质阻挡放电电极成品由下电极21、绝缘介质层31、镀膜上电极51构成。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种介质阻挡放电电极，其特征在于，该电极采用微弧氧化技术制造介质阻挡放电的绝缘介质层及一侧放电电极，再利用镀膜技术在已制成的绝缘介质层的生成另一侧放电电极，从而实现制造紧密贴合、一体化的介质阻挡放电电极。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电电极，其特征在于，该电极由下电极（21）、绝缘介质层（31）、镀膜上电极（51）构成，下电极（21）选取采用直径1毫米～50厘米的铝管或边长1毫米～500厘米的铝片。

3.根据权利要求1或2所述的一种介质阻挡放电电极，其特征在于，将不易发生电化学腐蚀的材料覆盖在经过初清洗和干燥处理的金属电极材料基底的一部分上，同时保留部分金属裸露在外，再通过微弧氧化技术将裸露的金属制备成绝缘的金属氧化物介质层；之后去除所覆的薄膜，再清洗经过微弧氧化后得到的电极材料，并进行干燥；接着在干燥后的电极材料被氧化的那一侧覆盖上模板，把模板和电极材料一起进行镀膜处理；镀膜结束之后将所覆的模板去掉，得到所需的介质阻挡放电电极材料。

4.一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，该方法的步骤主要包括：初清洗、干燥、覆膜、微弧氧化、去膜、再清洗、干燥、覆版、镀膜、去版；其中，

5.根据权利要求4所述的一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，该方法具体实施如下：

接着，按需要在铝管或铝片一侧表面的某些部分涂敷耐腐蚀的材料（22），涂敷部分的总面积小于铝材一侧的表面积；涂敷的方式根据选用材料的不同可采用直接涂敷、掺胶粘接、或贴膜的方法；把覆膜后的铝材放入电解液中，对电解液通入三相交流高压进行微弧氧化，该三相交流高压的电压范围为300～700V，电流范围为0.1A～20A，微弧氧化时间在3分钟至120分钟；将微弧氧化处理后的铝管或铝片取出，把表面涂敷的膜材料去除，再把铝管或铝片放入去离子水中，进行超声振荡清洗；取出铝管或铝片后进行干燥，这样，铝材表面有覆膜的部分未被微弧氧化，而没有覆膜的部分则变成了绝缘的氧化铝，在原先没有涂敷材料的材料一侧（31），即被氧化的铝部分覆盖模板（32），需要特别指出的是在另一侧仍有部分未被氧化的铝（21），模板的表面积小于铝材一侧的表面积，模板可以是网格、梳状、螺旋或其他需要的形状，模板材质可以是金属、有机物或金属氧化物，对铝材表面覆版的那一侧镀金属膜，镀膜可以选用高压阴极弧进行，在10^-1Pa气压环境里，向由铜制成的阴极通3000V电压，在铝材上通负偏压，处理1分钟至120分钟后取出；去掉覆盖在铝材上的模板，得到所需要的介质阻挡放电电极成品，其由下电极（21）、绝缘介质层（31）、镀膜上电极（51）构成。

6.根据权利要求5所述的一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，铝管的直径5厘米，或所述的铝片为边长10厘米。

7.根据权利要求5所述的一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，所述的耐腐蚀的材料（22）为NaSiO₃、聚四氟乙烯或SiO₂粉。

8.根据权利要求5所述的一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，所述的电解液可选用四硼酸钠。

9.根据权利要求5所述的一种介质阻挡放电电极的制作方法，其特征在于，所述的把表面涂敷的膜材料去除可采用的方法有洗涤、刮擦或打磨。