CN103237404A - 同轴放电模式的大气等离子体发生装置 - Google Patents

同轴放电模式的大气等离子体发生装置 Download PDF

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金会良
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李娜
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Abstract

同轴放电模式的大气等离子体发生装置，它属于光学加工领域。它为了解决受电极与工作台间距离的限制，工件的厚度对等离子体的产生以及等离子体活性有直接影响的问题。它的内电极的上端镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块的内孔的上端中，圆环形绝缘固定套套接在内电极中部，圆环形绝缘固定套外圆面的上部镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块的内孔的下端处，圆管形陶瓷喷嘴的上端套接在圆环形绝缘固定套外圆面的下部上，使圆管形陶瓷喷嘴的内圆面与内电极的外圆面下部之间有一圈均匀的间隙，中空圆环形外电极的上端与圆环形聚四氟乙烯连接块的下端连接。本发明实现了非接触式的高效加工去除表面及亚表面损伤，层射流模式不受工件形状的影响，便于数控化加工。

Description

同轴放电模式的大气等离子体发生装置
技术领域
本发明属于光学加工领域。
背景技术
大气等离子体加工技术依靠在大气压条件下激发产生的活性粒子，与工件表面原子发生化学反应的非接触加工方式实现了高效的加工去除率和无表面损伤的要求，大气等离子体加工技术凭借其独特的优势成为先进光学加工领域的一项创新。
大气等离子体发生装置作为大气等离子体加工的工具，其结构的设计决定着大气等离子体的加工应用范围。大气等离子体发生装置设计主要依据于介质阻挡放电原理。介质阻挡放电是在两个形状相似的电极之间接入射频电场，并在两个电极间加入了绝缘体作为介质防止产生拉弧现象，介质阻挡放电形式有两平行电极的平板式或两管线式同轴电极的射流式和非对称电极的接触式。平板式放电广泛应用于大面积放电和材料表面改性。同轴式放电结构由两个同轴电极组成，射频电源作用在两个同轴电极间电场使之间的气体电离，产生等离子体射流。
目前，基于大气压下的等离子体加工方法分为射流和接触式加工，射流式即由阳极和阴极中产生的等离子体喷射而出作用于工件表面进行加工，接触式即工件直接置于阴极和阳极之间进行工件的表面加工，两种加工模式有各自的应用。接触式放电模式下工件处于电场中间时激发态反应原子的浓度更高，化学反应进行地更充分，虽然接触式放电模式下工件的去除率较高，但是，在接触模式下，等离子体在内电极和工作台之间放电，受电极与工作台间距离的限制，工件的厚度对等离子体的产生以及等离子体活性有直接的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种同轴放电模式的大气等离子体发生装置，为了解决受电极与工作台间距离的限制，工件的厚度对等离子体的产生以及等离子体活性有直接影响的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种同轴放电模式的大气等离子体发生装置，它由内电极、圆环形聚四氟乙烯连接块、圆环形绝缘固定套、中空圆环形外电极、圆管形陶瓷喷嘴组成；
圆环形聚四氟乙烯连接块的上端面上开有与圆环形聚四氟乙烯连接块内孔连通的进气孔，圆环形绝缘固定套上设置有多个通气孔，中空圆环形外电极内部设置有冷却空腔；内电极的上端镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块的内孔的上端中，圆环形绝缘固定套套接在内电极的中部，圆环形绝缘固定套外圆面的上部镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块的内孔的下端处，圆管形陶瓷喷嘴的上端套接在圆环形绝缘固定套外圆面的下部上，使圆管形陶瓷喷嘴的内圆面与内电极的外圆面下部之间有一圈均匀的间隙，使进气孔通过内孔、通气孔与间隙导气连通，中空圆环形外电极的上端与圆环形聚四氟乙烯连接块的下端连接，中空圆环形外电极的内孔套接在圆管形陶瓷喷嘴的下端外圆面上，中空圆环形外电极的下端面与圆管形陶瓷喷嘴的下端面、内电极的下端面平齐；所述内电极连接射频电源负载输出作为阳极，中空圆环形外电极接地作为阴极，圆管形陶瓷喷嘴为介质阻挡层，放电为同轴式大气等离子体射流模式，在阳极与阴极平行部分之间产生等离子体，并以射流形式从圆管形陶瓷喷嘴喷出，对待加工工件表面进行加工。
本发明的优势：
1. 本发明提供了一种中口径同轴放电射流模式大气等离子体发生装置，实现了非接触式的高效加工去除表面及亚表面损伤层。
2. 射流模式大气等离子体发生装置运动控制灵活，不受工件形状的影响，便于数控化加工。
3. 本发明的大气等离子体发生装置，不需要拆卸大气等离子体发生装置，只需更换接线方式就可以实现射流和接触不同放电模式下不同去除函数的加工。
4.本发明采用双夹紧块两端定位的方式，保证内外电极的同轴度。
5.本发明在外电极外围增加了冷却腔，通过循环水来降低大气等离子体加工的温度影响。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，它是由内电极1、圆环形聚四氟乙烯连接块2、圆环形绝缘固定套3、中空圆环形外电极4、圆管形陶瓷喷嘴5组成；
圆环形聚四氟乙烯连接块2的上端面上开有与圆环形聚四氟乙烯连接块2内孔2-1连通的进气孔2-2，圆环形绝缘固定套3上设置有多个通气孔3-1，中空圆环形外电极4内部设置有冷却空腔4-1；内电极1的上端镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块2的内孔2-1的上端中，圆环形绝缘固定套3套接在内电极1的中部，圆环形绝缘固定套3外圆面的上部镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块2的内孔2-1的下端处，圆管形陶瓷喷嘴5的上端套接在圆环形绝缘固定套3外圆面的下部上，使圆管形陶瓷喷嘴5的内圆面与内电极1的外圆面下部之间有一圈均匀的间隙5-1，使进气孔2-2通过内孔2-1、通气孔3-1与间隙5-1导气连通，中空圆环形外电极4的上端与圆环形聚四氟乙烯连接块2的下端连接，中空圆环形外电极4的内孔套接在圆管形陶瓷喷嘴5的下端外圆面上，中空圆环形外电极4的下端面与圆管形陶瓷喷嘴5的下端面、内电极1的下端面平齐；所述内电极1连接射频电源负载输出作为阳极，中空圆环形外电极4接地作为阴极，圆管形陶瓷喷嘴5为介质阻挡层，放电为同轴式大气等离子体射流模式，在阳极与阴极平行部分之间产生等离子体，并以射流形式从圆管形陶瓷喷嘴5喷出，对待加工工件6表面进行加工。
所述内电极1的材质为铝，中空圆环形外电极4的材质为铝，圆环形绝缘固定套3的材质为聚四氟乙烯。
所述内电极1的直径范围为：2-10mm，其表面用微弧氧化技术或等离子体喷涂技术覆盖一层绝缘介质层，绝缘介质层成分为三氧化二铝。
所述圆管形陶瓷喷嘴5的下端部与内电极1和中空圆环形外电极4平行部分的内径范围为：8-20mm，壁厚范围为：3-5mm，长度范围为：6-20mm。
工作原理：内电极1连接射频电源负载输出作为阳极，中空圆环形外电极4接地作为阴极，圆管形陶瓷喷嘴5为介质阻挡层，气体通过进气孔2-2、内孔2-1、通气孔3-1进入放电间隙5-1，放电为同轴式大气等离子体射流模式，在阳极与阴极平行部分之间产生等离子体，并以射流形式从圆管形陶瓷喷嘴5喷出，对工件6表面进行加工。

Claims (3)

1.同轴放电模式的大气等离子体发生装置，其特征在于它由内电极（1）、圆环形聚四氟乙烯连接块（2）、圆环形绝缘固定套（3）、中空圆环形外电极（4）、圆管形陶瓷喷嘴（5）组成；
圆环形聚四氟乙烯连接块（2）的上端面上开有与圆环形聚四氟乙烯连接块（2）内孔（2-1）连通的进气孔（2-2），圆环形绝缘固定套（3）上设置有多个通气孔（3-1），中空圆环形外电极（4）内部设置有冷却空腔（4-1）；内电极（1）的上端镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块（2）的内孔（2-1）的上端中，圆环形绝缘固定套（3）套接在内电极（1）的中部，圆环形绝缘固定套（3）外圆面的上部镶嵌在圆环形聚四氟乙烯连接块（2）的内孔（2-1）的下端处，圆管形陶瓷喷嘴（5）的上端套接在圆环形绝缘固定套（3）外圆面的下部上，使圆管形陶瓷喷嘴（5）的内圆面与内电极（1）的外圆面下部之间有一圈均匀的间隙（5-1），使进气孔（2-2）通过内孔（2-1）、通气孔（3-1）与间隙（5-1）导气连通，中空圆环形外电极（4）的上端与圆环形聚四氟乙烯连接块（2）的下端连接，中空圆环形外电极（4）的内孔套接在圆管形陶瓷喷嘴（5）的下端外圆面上，中空圆环形外电极（4）的下端面与圆管形陶瓷喷嘴（5）的下端面、内电极（1）的下端面平齐；所述内电极（1）连接射频电源负载输出作为阳极，中空圆环形外电极（4）接地作为阴极，圆管形陶瓷喷嘴（5）为介质阻挡层，放电为同轴式大气等离子体射流模式，在阳极与阴极平行部分之间产生等离子体，并以射流形式从圆管形陶瓷喷嘴（5）喷出，对待加工工件（6）表面进行加工。
2.根据权利要求1所述的同轴放电模式的大气等离子体发生装置，其特征在于所述内电极（1）的直径范围为：2-10mm，其表面用微弧氧化技术或等离子体喷涂技术覆盖一层绝缘介质层，绝缘介质层成分为三氧化二铝。
3.根据权利要求1所述的同轴放电模式的大气等离子体发生装置，其特征在于所述圆管形陶瓷喷嘴（5）的下端部与内电极（1）和中空圆环形外电极（4）平行部分的内径范围为：8-20mm，壁厚范围为：3-5mm，长度范围为：6-20mm。
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