CN104470182A - 一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，包括Y形石英管，金属激发器，金属支撑套筒和微波波导板；所述金属激发器的上端固定连接在两个所述Y形石英管的上端分支的交接处，所述金属激发器沿所述Y形石英管的下端分支的轴线延伸至所述Y形石英管的下端分支的下端面。本发明基于表面等离子激元技术，可以产生高电子密度和高活性的低温非平衡等离子体；采用固态微波源，微波功率源的功率为30W～100W，可以在低功率下实现放电，便于装置的集成化和小型化，并且携带方便、操作安全，经济性较好；可采用两路工质混合气体放电，实现特殊工况条件下的材料表面处理。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面处理及改性技术领域，尤其涉及一种大气压低温非平衡等离子体射流的放电装置。
背景技术
目前，材料表面处理及改性是通过多种表面工程技术复合处理改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等,以获得所需表面性能的系统工程。而等离子体技术的应用，有力地推动了表面工程的发展。
和传统方法相比，等离子体表面处理具有以下优点：
①等离子体具有更高的温度和能量密度。在等离子体辅助作用下易于产生活性成分，产生的活性成分包括紫外和可见光子、电子、离子和自由基，从而引发在常规化学反应中不能或难以实现的物理变化和化学变化；②精确地控制表面处理工艺参数；③节省能源，降低成本，符合可持续发展战略；④减少污染，在环境保护方面具有重要意义。
等离子体表面处理技术广泛用于优化金属材料的表面特性，即材料的抗磨损、增硬度、减摩擦、耐疲劳、耐腐蚀等。等离子体表面处理技术应用推广使其在国民经济领域中显得越来越重要。例如在大型工业装备领域中，现在大多数高运转强度主要部件，都需要采用等离子表面技术处理材料。如发动机系统、操纵系统，抗冲击系统中的零件表面都必须利用等离子体表面处理技术才能达到性能指标和满足应用需求。由于大气压等离子体技术在材料表面处理领域重要性日益增加，一些新型等离子体发生装置随之发展。
大气压下的等离子体技术正迅速发展。如空心阴极大气压等离子体源技术、大气压下微波持续的新型等离子体、大气压PE-CVD技术、介质阻挡放电大气压等离子体技术、射频大气压等离子体技术等。
当前，工业中常用的大气压微波等离子体射流装置，所使用的磁控管微波源产生功率达500W甚至上千瓦以上，其磁控管的阳极电压达5kV以上，因此微波放电系统体积庞大，设备笨重，经济性较差。
发明内容
根据上述提出的现有微波放电系统体积庞大，设备笨重，经济性较差的技术问题，而提供一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，包括Y形石英管，金属激发器，金属支撑套筒和微波波导板；
所述Y形石英管包括三个分支，其中两个位于所述Y形石英管的上端分支为气体进入通道，位于所述Y形石英管的下端分支为等离子体输出通道，所述Y形石英管的三个分支相互连通；
所述金属支撑套筒固定在所述微波波导板的上表面；
所述Y形石英管的下端分支与所述金属支撑套筒固定连接，并穿过所述金属支撑套筒，所述Y形石英管的下端分支的下端面与所述微波波导板的下表面在同一水平面内，所述微波波导板的下面为待处理材料；
所述金属激发器的上端固定连接在两个所述Y形石英管的上端分支的交接处，所述金属激发器沿所述Y形石英管的下端分支的轴线延伸至所述Y形石英管的下端分支的下端面。
所述金属激发器的材料为铂，所述金属激发器呈圆柱形，所述金属激发器的直径为2mm，所述金属激发器的长度为70mm，所述金属激发器的下端呈倒圆锥形，所述倒圆锥形的高度为3mm。
所述金属支撑套筒的材料为铜，所述金属支撑套筒的内表面镀银。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的微波等离子体大气压射流发生装置基于表面等离子激元技术，可以产生高电子密度和高活性的低温非平衡等离子体。
2、采用固态微波源，微波功率源的功率为30W～100W，可以在低功率下实现放电，便于装置的集成化和小型化，并且携带方便、操作安全，经济性较好。
3、可采用两路工质混合气体放电，实现特殊工况条件下的材料表面处理。
基于上述理由本发明可在材料表面处理及改性等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的具体实施方式中一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置的空间结构示意图。
图2是本发明的具体实施方式中Y形石英管与金属激发器的装配示意图。
图3是本发明的具体实施方式中金属激发器的结构示意图。
其中，1、Y形石英管，2、金属激发器，3、金属支撑套筒，4、微波波导板，101、Y形石英管的上端分支，102、Y形石英管的下端分支。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，包括Y形石英管1，金属激发器2，金属支撑套筒3和微波波导板4；
所述Y形石英管1包括三个分支，其中两个位于所述Y形石英管的上端分支101为气体进入通道，位于所述Y形石英管的下端分支102为等离子体输出通道；
所述金属支撑套筒3固定在所述微波波导板4的上表面；
所述Y形石英管的下端分支102与所述金属支撑套筒3固定连接，并穿过所述金属支撑套筒3，所述Y形石英管的下端分支102的下端面与所述微波波导板4的下表面在同一水平面内，所述微波波导板4的下面为待处理材料；
所述金属激发器2的上端固定连接在两个所述Y形石英管的上端分支101的交接处，所述金属激发器2沿所述Y形石英管的下端分支102的轴线延伸至所述Y形石英管的下端分支102的下端面。
所述金属激发器2的材料为铂，所述金属激发器2呈圆柱形，所述金属激发器2的直径为2mm，所述金属激发器2的长度为70mm，所述金属激发器2的下端呈倒圆锥形，所述倒圆锥形的高度为3mm。
所述金属支撑套筒3的材料为铜，所述金属支撑套筒3的内表面镀银。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，其特征在于：包括Y形石英管，金属激发器，金属支撑套筒和微波波导板；
所述金属支撑套筒固定在所述微波波导板的上表面；
所述Y形石英管的下端分支与所述金属支撑套筒固定连接，并穿过所述金属支撑套筒，所述Y形石英管的下端分支的下端面与所述微波波导板的下表面在同一水平面内；
所述金属激发器的上端固定连接在两个所述Y形石英管的上端分支的交接处，所述金属激发器沿所述Y形石英管的下端分支的轴线延伸至所述Y形石英管的下端分支的下端面。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，其特征在于：所述金属激发器的材料为铂，所述金属激发器呈圆柱形，所述金属激发器的直径为2mm，所述金属激发器的长度为70mm，所述金属激发器的下端呈倒圆锥形，所述倒圆锥形的高度为3mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于表面等离子激元的微波等离子体大气压射流装置，其特征在于：所述金属支撑套筒的材料为铜，所述金属支撑套筒的内表面镀银。
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