CN106034371A - 等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，包括腔体、射流阵列、支架和载物台。其中，射流阵列产生的多个均匀等离子体射流通过荷电粒子间的相互作用耦合为大面积均匀的低温等离子体；该等离子体发生器利用支架固定于载物台上方，可以实现方向、位置和间距的多维度调节；载物台内集成了速度可调的电动转盘，可实现待处理材料的匀速旋转运动；等离子体的产生及材料处理可根据实际需求在腔体内进行。本发明通过产生等离子体射流阵列，协同电学、光学和机械工程，实现对材料进行大面积、均匀的处理，可以应用于材料表面改性方面的研究、教学和工业生产推广。

Description

等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置
技术领域：
本发明属于等离子体材料处理技术领域，涉及一种放电等离子体的产生和应用技术，具体涉及一种等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置。
背景技术：
随着工业生产的迅速发展，各种工业应用中对材料表面性能的要求也越来越高，人们采用了多种方法改善材料的表面性能使其满足不同的应用场合。近年来，基于大气压低温等离子体技术进行材料改性已经得到了越来越广泛的应用。由于低温等离子体中含有大量的激发态原子、分子、OH自由基等活性粒子，其反应活性极强，易于和所接触的材料表面发生物理和化学反应，改善材料的表面性质，同时又不改变材料的基体性能。同时，低温等离子体技术是一种干式工艺，具有高效、节能、无污染、无公害等特点，在材料表面改性领域有独特的应用价值。
大气压等离子体射流是一种重要的低温等离子体产生方法，其通过气体放电驱动等离子体，在工作气体的辅助下将等离子体引导至开放空间的工作区域，这种方法可以在大气压开放气体中产生低温等离子体，无需昂贵的真空设备，同时可以避免待处理材料表面的电损伤，在材料表面处理方面有着独特的优势。等离子体射流一般是在一个介质管内产生，并由气流将其引出，其作用面积通常较小，难以实现对材料表面进行大面积、均匀的处理，而工业应用中，对材料表面性质的均匀性有较高的要求。将等离子体射流扩展成射流阵列是扩大等离子体面积的一种常用方式，上海交通大学的刘景全(CN201510333396.6)设计了一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，可实现等离子体射流从点到线的扩展，但是仍然无法实现对材料进行大面积、均匀的处理。因此，如何实现对材料表面进行大面积、均匀的处理，是亟待解决的问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其能够利用多个等离子体射流耦合成射流阵列的形式，在大气压下产生低温等离子体，并协同机械结构和机械运动，实现对材料表面进行大面积、均匀的处理。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，包括腔体，设置在腔体内底部的载物台，以及通过支架设置在载物台上方的射流阵列；其中，
腔体的侧壁上开设有通孔，用于电源线和导线的引入；工作时，射流阵列产生多个均匀的等离子体射流耦合的大面积等离子体，并利用支架固定和调整射流阵列的方向、位置和间距，载物台实现待处理材料不同速度的旋转运动，协同等离子体射流，实现对待处理材料进行大面积、均匀的处理。
本发明进一步的改进在于，射流阵列包括气体缓冲腔，气体缓冲腔的顶部设置有气体入口，底部设置有气体出口，气体缓冲腔均匀连接若干个等离子体射流单元，每个等离子体射流单元的外壁上均设置有高压电极和地电极，工作时，工作气体由气体入口进入，经过气体缓冲腔分配到各个等离子体射流单元内，高压电极和地电极用于产生放电等离子体，最后等离子体经由气体出口喷射到下游，用于待处理材料的表面处理。
本发明进一步的改进在于，气体缓冲腔内设置有蜂窝材料或导流管，使工作气体均匀分配到各个等离子体射流单元内。
本发明进一步的改进在于，支架用于调整等离子体射流阵列的下端与待处理材料的距离在0.5-50mm范围内，以便处理不同尺寸的片状和块状样品。
本发明进一步的改进在于，载物台内设置了电动转盘结构，实现对待处理材料的匀速旋转运动。
本发明进一步的改进在于，工作气体为惰性气体、氮气、氧气、氨气、四氟化碳、甲烷、乙烯和乙炔的一种或多种的混合气体。
本发明进一步的改进在于，通孔为门型孔。
相对于现有技术，本发明等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其优点在于：
1、继承了等离子体射流的优点，可以在大气压下产生，经济高效，并且放电区域和工作区域分开，用于材料处理方面可以避免对材料造成电、热损伤；
2、克服了等离子体射流面积小的缺点，利用等离子体射流阵列的方式，并协同机械结构和机械运动，可以实现对材料表面的大面积、均匀处理。
附图说明：
图1为本发明等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置的模型图。
图中：1－腔体；2－射流阵列；3－支架；4－载物台；5－通孔。
图2为图1的正视图。
图3为图1的俯视图。
图4为射流阵列的结构示意图。
图中：201－气体入口；202－气体缓冲腔；203－等离子体射流单元；204－高压电极；205－地电极；206－气体出口。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的详细说明。
参照图1至图3，本发明等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，包括腔体1、射流阵列2、支架3和载物台4等部分。其中，射流阵列2产生的多个均匀等离子体射流通过荷电粒子间的相互作用耦合为大面积均匀的低温等离子体；该等离子体发生器利用支架3固定于载物台4上方，可以实现方向、位置和间距的多维度调节；载物台4内集成了速度可调的电动转盘，可实现待处理材料的匀速旋转运动；等离子体的产生及材料处理可根据实际需求在腔体1内进行。最终可以实现用等离子体对材料进行大面积、均匀的处理。
参见图4，射流阵列2的结构如图4所示，工作气体经外部软管由气体入口201进入，经过气体缓冲腔202，在气体缓冲腔202内设置蜂窝材料或导流管，使工作气体均匀的分配到各个等离子体射流单元203内，应用铝箔或铜片作为高压电极204和地电极205贴在等离子体射流单元203的外壁，用于产生放电等离子体，最后等离子体经由气体出口206喷射到下游，用于材料的表面处理。

Claims (7)

1.等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，包括腔体(1)，设置在腔体(1)内底部的载物台(4)，以及通过支架(3)设置在载物台(4)上方的射流阵列(2)；其中，
腔体(1)的侧壁上开设有通孔(5)，用于电源线和导线的引入；工作时，射流阵列(2)产生多个均匀的等离子体射流耦合的大面积等离子体，并利用支架(3)固定和调整射流阵列(2)的方向、位置和间距，载物台(4)实现待处理材料不同速度的旋转运动，协同等离子体射流，实现对待处理材料进行大面积、均匀的处理。
2.根据权利要求1所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，射流阵列(2)包括气体缓冲腔(202)，气体缓冲腔(202)的顶部设置有气体入口(201)，底部设置有气体出口(206)，气体缓冲腔(202)均匀连接若干个等离子体射流单元(203)，每个等离子体射流单元(203)的外壁上均设置有高压电极(204)和地电极(205)，工作时，工作气体由气体入口(201)进入，经过气体缓冲腔(202)分配到各个等离子体射流单元(203)内，高压电极(204)和地电极(205)用于产生放电等离子体，最后等离子体经由气体出口(206)喷射到下游，用于待处理材料的表面处理。
3.根据权利要求2所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，气体缓冲腔(202)内设置有蜂窝材料或导流管，使工作气体均匀分配到各个等离子体射流单元(203)内。
4.根据权利要求1所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，支架(3)用于调整等离子体射流阵列(2)的下端与待处理材料的距离在0.5-50mm范围内，以便处理不同尺寸的片状和块状样品。
5.根据权利要求1所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，载物台(4)内设置了电动转盘结构，实现对待处理材料的匀速旋转运动。
6.根据权利要求1所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，工作气体为惰性气体、氮气、氧气、氨气、四氟化碳、甲烷、乙烯和乙炔的一种或多种的混合气体。
7.根据权利要求1所述的等离子体射流阵列协同机械旋转运动的材料处理装置，其特征在于，通孔(5)为门型孔。
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