CN105101603A - 一种介质阻挡放电等离子体射流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体射流装置，包括绝缘介质柱、放电电极和供电电源；绝缘介质柱的轴心开有通孔，通孔作为介质腔；介质腔的一端为载气入口，另一端为等离子体喷射口；沿绝缘介质柱的外壁周向均匀分布有至少两个与放电电极相适配的扇形槽，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极；其中相邻的两个放电电极分别连接供电电源的两端。本发明通过把放电电极嵌入绝缘介质柱的扇形槽中保证了放电电极的同轴度，并增大了放电面积，提高了放电性能和放电效率，避免了放电不稳定现象；同时放电电极位于介质腔的外侧，避免了放电电极与离子源直接接触，进而防止放电电极在放电过程中因蒸发或溅射污染离子源。
Description
技术领域
发明涉及等离子体射流技术领域，尤其涉及应用于质谱电离源、等离子体表面处理等领域的一种介质阻挡放电等离子体射流装置。
背景技术
大气压等离子体射流是一种新型大气压类辉光等离子体发生技术，是目前等离子体应用领域的研究热点。等离子体中存在大量的活性粒子，而且种类繁多，活性强，因此在很多领域有着极其广泛的应用前景，如臭氧合成、材料表面改性、污染控制以及材料加工等领域。
介质阻挡放电是一种特殊的气体放电形式，通过在电极间引入阻挡介质，可在放电发生时限制放电电流的自由增长，阻止了电极间火花放电或弧光放电的形式，其放电功率密度适中，并可采用多种放电结构、混合气体和工作条件，具有较强的实用性，非常适合工业化应用。
传统的介质阻挡放电包括平板式、共面式和轴心式，其中轴心式在工业应用中较为常见，但现有的轴心式介质阻挡放电装置存在电极因放电污染离子源的问题，同时轴向的中心电极与介质外侧的电极之间的同轴度难以保证，容易造成局部过热，导致放电不稳定，难以获得理想的离子流。
发明内容
发明的目的在于提供一种介质阻挡放电等离子体射流装置，以解决局部放电不稳定的问题，同时避免电极在放电过程中污染离子源。
为达此目的，发明采用以下技术方案：
一种介质阻挡放电等离子体射流装置，包括绝缘介质柱、放电电极和供电电源；所述绝缘介质柱的轴心开有通孔，所述通孔作为介质腔；所述介质腔的一端作为载气入口，另一端作为等离子体喷射口；沿所述绝缘介质柱的外壁周向均匀分布有至少两个与放电电极相适配的扇形槽，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极；其中相邻的两个放电电极分别连接供电电源的两端。
优选的，所述扇形槽的个数为四个，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极，其中两个相对分布的放电电极分别连接供电电源的一端，另外两个相对分布的放电电极分别连接供电电源的另一端。
进一步的，每个所述扇形槽的内径为4mm～8mm，其外径为14mm～16mm，其弧度为20°～40°。
进一步的，所述绝缘介质柱由聚四氟材料制成，且所述绝缘介质柱的直径为14mm～16mm，长度为80mm～120mm。聚四氟材料具有良好的绝缘性能以及耐老化性能，且易加工，价格低。
进一步的，所述介质腔的直径为2mm～3mm。
进一步的，每个所述扇形槽所在圆柱的中心轴线与绝缘介质柱的中心轴线重合。
进一步的，所述供电电源为高压交流电源，其频率为5KHz～20KHz，其峰值电压为5KV～30KV,其工作功率为5W～50W。
进一步的，所述放电电极由不锈钢制成。
进一步的，每个所述放电电极的长度为60mm～100mm。
在使用上述介质阻挡放电等离子体射流装置进行材料表面改性处理或作为质谱电离源时，首先从介质阻挡放电等离子体射流装置的载气入口通入载气，启动供电电源，然后将待处理材料放置到等离子体喷射口进行材料表面改性或将等离子体喷射口连接质谱口用于质谱电离源。
所述载气为压缩空气和高纯度惰性气体、氮气、氧气中一种或一种以上的混合气体；所述载气的流速为200ml/min～600ml/min。
发明的有益效果：本发明通过把放电电极嵌入绝缘介质柱的扇形槽中保证了放电电极的同轴度，并增大了放电面积，提高了放电性能和放电效率，避免了放电不稳定现象；同时放电电极位于介质腔的外侧，避免了放电电极与离子源直接接触，进而防止放电电极在放电过程中因蒸发或溅射污染离子源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明用于材料表面改性处理的结构示意图；
图3是本发明用于质谱电离源的结构示意图。
图中：1、绝缘介质；2、放电电极；3、供电电源；4、等离子体射流；5、待处理材料；6、质谱口；7、介质腔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明发明的技术方案。
如图1所示的一种介质阻挡放电等离子体射流装置，包括绝缘介质柱1、放电电极2和供电电源3；所述绝缘介质柱1的轴心开有直径为2mm通孔，所述通孔作为介质腔7；所述介质腔7的一端作为载气入口，另一端作为等离子体喷射口；沿所述绝缘介质柱1的外壁周向均匀分布有四个与放电电极2相适配的扇形槽，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极2；所述放电电极2由不锈钢制成，其长度为100mm，其中两个相对分布的放电电极2分别连接供电电源3的一端，另外两个相对分布的放电电极2分别连接供电电源3的另一端。
每个所述扇形槽的内径为8mm，其外径为16mm，其弧度为30°；每个所述扇形槽所在圆柱的中心轴线与绝缘介质柱的中心轴线重合；通过扇形槽保证放电电极与介质腔的同轴度，避免了放电不稳定现象；同时避免了放电电极与介质腔中的离子源直接接触，进而防止放电电极在放电过程中因蒸发或溅射污染离子源。
所述绝缘介质柱1由聚四氟材料制成，且所述绝缘介质柱1的直径为16mm，长度为120mm。聚四氟材料具有良好的绝缘性能以及耐老化性能，且易加工，价格低。
所述供电电源3为高压交流电源，其频率为10KHz，其峰值电压为20KV,其工作功率为40W。
在本发明工作时，首先从介质阻挡放电等离子体射流装置的载气入口以400ml/min的流速通入氩气和压缩空气的混合气体，启动供电电源3，放电电极2产生的电压使空气电离，产生相应的离子；将待处理材料5放置到等离子体喷射口或将等离子体喷射口与质谱口6连接，继续通入载气，可以将产生的等离子体吹出形成等离子体射流4，等离子体射流4的宏观温度约为300K，如图2和图3所示，可用于材料的表面改性处理或与质谱口6连接用于质谱电离源。
显然，发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明发明所作的举例，而并非是对发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种介质阻挡放电等离子体射流装置，包括绝缘介质柱(1)、放电电极(2)和供电电源(3)；所述绝缘介质柱(1)的轴心开有通孔，所述通孔作为介质腔(7)；所述介质腔(7)的一端作为载气入口，另一端作为等离子体喷射口；其特征在于，沿所述绝缘介质柱(1)的外壁周向均匀分布有至少两个与放电电极(2)相适配的扇形槽，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极(2)；其中相邻的两个放电电极(2)分别连接供电电源(3)的两端。
2.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，所述扇形槽的个数为四个，每个扇形槽内分别嵌入一个放电电极(2)，其中两个相对分布的放电电极(2)分别连接供电电源(3)的一端，另外两个相对分布的放电电极(2)分别连接供电电源(3)的另一端。
3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，每个所述扇形槽的内径为4mm～8mm，其外径为14mm～16mm，其弧度为20°～40°。
4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，所述绝缘介质柱(1)由聚四氟材料制成，且所述绝缘介质柱(1)的直径为14mm～16mm，长度为80mm～120mm。
5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，所述介质腔(7)的直径为2mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，每个所述扇形槽所在圆柱的中心轴线与绝缘介质柱(1)的中心轴线重合。
7.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，所述供电电源(3)为高压交流电源，其频率为5KHz～20KHz，其峰值电压为5KV～30KV,其工作功率为5W～50W。
8.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，所述放电电极(2)由不锈钢制成。
9.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体射流装置，其特征在于，每个所述放电电极的长度为60mm～100mm。
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