CN107335553B - 喷嘴单元以及包括其的涂布装置 - Google Patents

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Abstract

一个实施方式包括涂布装置，所述涂布装置包括：支撑单元，用于支撑涂布对象；以及喷射组件，用于喷射流体，所述流体包括待涂布在所述支撑单元上所支撑的涂布对象上的涂布材料。喷射组件包括：喷嘴单元，经由所述喷嘴单元喷射流体；和流体供应单元，用于将流体供应到喷嘴单元。喷嘴单元包括：主体，其包括用于主体中的流体的通道和设置有介电材料的介电单元；和等离子体源，用于从流到与介电单元的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体。等离子体源包括：施加电力的功率电极；和用于接地的地电极。

Description

喷嘴单元以及包括其的涂布装置
技术领域
本公开涉及一种经其喷射包括涂布材料的流体的喷嘴单元，以及包括喷嘴单元的涂布装置。
背景技术
冷喷涂是通过喷涂需要涂布的粉末来施以涂布的喷涂方法之一。冷喷涂是通过使用在室温下(在该室温下，基材材料进行反应或其配位性(coordination)不改变)或在低温下与基材的碰撞能量以高速喷射来向材料施以涂布的工艺。
图1是简要示出传统涂布装置的喷嘴1内部的侧向横截面图。参考图1，冷喷涂装置向喷嘴1供应粉末和气体。气体提供压力以喷射粉末。包含粉末的气体的流速根据其粘度而在喷嘴1的中心2处为最高。随着移向喷嘴1的内侧壁3，气体的速度降低，并且当气体到达与喷嘴1的内侧壁3相邻的区域时速度接近于0。由于速度的降低，需要具有较高压力的气体，因而降低了能量效率。此外，沿着内侧壁3而邻近该内侧壁运动的粉末颗粒具有较低的动量。当与基材撞击时，颗粒经历弹性碰撞，这并不引起涂布或引起一些涂布，从而导致空隙并损失涂布材料。因此，由于涂布材料的损失，冷喷涂需要很长时间才能形成涂层，并且不容易形成超过一定厚度的涂层。
发明内容
一个实施方式包括用于防止在邻近于喷嘴内侧壁的区域中的流速降低的装置。
一个实施方式包括一种提高能量效率的装置。
一个实施方式包括一种用于使不良涂布最小化的装置。
一个实施方式包括一种用于使涂层形成时间最小化的装置。
一个实施方式包括一种用于容易形成较厚涂层的装置。
本发明构思的目的不限于上述公开内容。本领域技术人员根据以下描述和附图将可以理解本发明构思的其它目的。
本发明构思的示例性实施方式可以提供一种涂布装置，包括：用于支撑涂布对象的支撑单元；以及喷射组件，用于喷射流体，所述流体包括待涂布在支撑单元上所支撑的涂布对象上的涂布材料。所述喷射组件包括：喷嘴单元，经由所述喷嘴单元喷射流体；和流体供应单元，用于将流体供应到喷嘴单元。所述喷嘴单元包括：主体，其包括用于主体中的流体的通道和设置有介电材料的介电单元；以及等离子体源，用于从流到与介电单元的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体。所述等离子体源包括：施加电力的功率电极；以及用于接地的地电极。
在示例性实施方式中，功率电极和地电极在介电单元中彼此隔开放置。
在示例性实施方式中，功率电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是具有沿着主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状。地电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是具有沿着主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状。
在示例性实施方式中，当从侧面观察时，功率电极的每个匝和地电极的每个匝彼此隔开。
在示例性实施方式中，功率电极的匝被设置成更接近于地电极的匝当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体的流体)的匝。
在示例性实施方式中，功率电极的彼此相邻的匝之间的距离可以都相同，并且地电极的彼此相邻的匝之间的距离可以都相同。
在示例性实施方式中，功率电极的彼此相邻的匝之间的距离与地电极的彼此相邻的匝之间的距离可以相同。
在示例性实施方式中，功率电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是沿着主体的纵向布置的多个环。地电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是沿着主体的纵向布置的多个环。
在示例性实施方式中，当从侧面观察时，功率电极的每个环和地电极的每个环交替布置。
在示例性实施方式中，功率电极的环被设置成更接近于地电极的环当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体的流体)的环。
在示例性实施方式中，功率电极的彼此相邻的环之间的距离可以都相同，并且地电极的彼此相邻的环之间的距离可以都相同。
在示例性实施方式中，功率电极的彼此相邻的环之间的距离与地电极的彼此相邻的环之间的距离可以相同。
在示例性实施方式中，功率电极可以放置成使得其外侧表面相对于主体的中心轴进一步远离介电单元的内侧表面。
在示例性实施方式中，功率电极可以设置在介电单元的内侧表面，并且地电极可以设置在介电单元的外侧表面。
在示例性实施方式中，介电单元可以在内侧表面中形成插入有功率电极的功率电极槽，并且可以在外侧表面中形成插入有地电极的地电极槽。
在示例性实施方式中，功率电极和地电极可以设置在介电单元的外侧表面中。
在示例性实施方式中，介电单元在外侧表面中可以包括插入有功率电极的功率电极槽和插入有地电极的地电极槽。
在示例性实施方式中，喷嘴单元还包括围绕介电单元的外侧表面的绝缘体，使得功率电极和地电极可以不暴露于外部。
在示例性实施方式中，流体供应单元包括：涂布材料供应构件，用于供应涂布材料；以及气体供应构件，其用于供应加压气体以施加用于喷射涂布材料的动力。
在示例性实施方式中，涂布材料可以是粉末形式。
本发明构思的示例性实施方式可以提供一种喷嘴单元，经其喷射包括待涂布于涂布对象上的涂布材料的流体。所述喷嘴单元包括：主体，其包括用于主体中的流体的通道和设置有介电材料的介电单元；以及用于从流到与介电单元的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体的等离子体源。所述等离子体源包括：被施加以电力的功率电极；以及用于接地的地电极。
在示例性实施方式中，功率电极和地电极在介电单元中彼此隔开放置。
在示例性实施方式中，功率电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是具有沿着主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状。地电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是具有沿着主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状。
在示例性实施方式中，当从侧面观察时，每个功率电极的每个匝和地电极的每个匝彼此隔开。
在示例性实施方式中，功率电极的匝被设置成更接近于地电极的匝当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体的流体)的匝。
在示例性实施方式中，功率电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是沿着主体的纵向布置的多个环。地电极可以围绕主体的中心轴，并且可以是沿着主体的纵向布置的多个环。
在示例性实施方式中，当从侧面观察时，功率电极的每个环和地电极的每个环交替布置。
在示例性实施方式中，功率电极的环被设置成更接近于地电极的环当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体的流体)的环。
本发明构思的实施方式可以提供一种用于防止在邻近于喷嘴内侧壁的区域中流速降低的装置。
一个实施方式可以提供一种用于提高能量效率的装置。
一个实施方式可以提供一种用于使不良涂布最小化的装置。
一个实施方式可以提供一种用于使涂层形成时间最小化的装置。
一个实施方式可以提供一种用于容易形成较厚涂层的装置。
附图说明
图1是简要示出传统涂布装置的喷嘴内部的侧向横截面图。
图2图示出根据一个实施方式的涂布装置。
图3是图2的喷嘴单元的一部分的立体图。
图4是图2的喷嘴单元的一部分的侧向横截面图。
图5是图4的一部分的放大图。
图6是根据一个实施方式的图2的喷嘴单元的一部分的侧向横截面图。
图7是根据另一个实施方式的图2的喷嘴单元的一部分的侧向横截面图。
具体实施方式
下面将参考附图更详细地描述实施方式。然而，实施方式可以采取不同的形式，并且不应被构造为限于本文所阐述的特定实施方式。而是提供这些实施方式以使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达其范围。在附图中，为了清楚起见，形状被夸大。
在示例性实施方式中，一种冷喷涂装置，其用于在室温下(材料反应或其配位性不改变)或在低温下以高速喷射需要涂布的涂布材料。然而，本发明构思在下文中不受限制，而可以是应用于包括喷射材料的喷嘴的多种装置。
图2图示出根据一个实施方式的涂布装置10。参考图2，涂布装置10包括支撑单元100和喷射组件200。
支撑单元100支撑涂布对象20。支撑单元100可以以多种方式支撑涂布对象20。例如，支撑单元100可以通过机械夹紧或通过真空提升来支撑涂布对象20。此外，支撑单元100可以以各种角度支撑涂布对象20。在一个实施方式中，支撑单元100可以将涂布对象20支撑为，使得将被涂布的涂布对象20的表面可以垂直于平面。然而，支撑单元100可以将涂布对象20支撑为，使得将被涂布的涂布对象20的表面可以平行于该平面。支撑单元100可以以各种角度选择性地支撑涂布对象20。
喷射组件200向在支撑单元100上支撑的涂布对象20喷射流体。在一个实施方式中，喷射组件200包括喷嘴单元1000和流体供应单元2000。
通过喷嘴单元1000喷射流体。图3是图2的喷嘴单元1000的一部分的立体图。图4是图2的喷嘴单元1000的一部分的侧向横截面图。参考图3和图4，喷嘴单元1000包括主体1100和等离子体源1200。
主体1100在其中包括通道。主体1100包括设置有介电材料的介电单元1110。整个主体1100可以是介电单元1110。然而，主体1100的一些部分可以是介电单元1110。在这种情况下，主体1100的对应于围绕功率电极1210和地电极1220的区域可以是介电单元1110。
图5是图4的一部分的放大图。参考图3至图5，等离子体源1200从流动到与介质单元1110的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体30。在一个实施方式中，等离子体源1200包括功率电极1210和地电极1220。功率电极1210和地电极1220在介电单元1110中彼此隔开放置。功率电极1210可以放置成使得其外侧表面相对于主体1100的中心轴进一步远离介电单元1110的内侧表面。
在功率电极1210中，施加电力以形成从功率电极1210到地电极1220的电场。在一个实施方式中，功率电极1210围绕主体1100的中心轴并且具有沿主体1100的纵向布置的具有多个匝的螺旋形状。功率电极1210的彼此相邻的匝之间的距离可以相同。
地电极1220接地。在一个实施方式中，地电极1220围绕主体1100的中心轴并且具有沿主体1100的纵向布置的具有多个匝的螺旋形状。地电极1220的彼此相邻的匝之间的距离可以相同。
当从侧面观察时，功率电极1210的匝和地电极1220的匝中的每个彼此隔开。功率电极1210的匝被设置成更接近于地电极1220的匝当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体1100的流体)的匝。因此，电场的方向看上去从功率电极1210的每个匝朝向喷射孔，并且将等离子体30的正离子31朝向喷射孔加速。
功率电极1210的彼此相邻的匝之间的距离和地电极1220的彼此相邻的匝之间的距离可以相同。功率电极1210可以设置于介电单元1110的内侧表面，并且地电极1220可以设置于介电单元1110的外侧表面。由于功率电极1210设置在介电单元1110的内侧表面中，其可以比设置在介电单元1110的外侧表面中产生更强的电场。因此，设置在介电单元1110的内侧表面中的功率电极1210可以更有效地加速等离子体30的正离子31。由于地电极1220设置在介电单元1110的外侧表面中，或者功率电极1210和地电极1220均设置在内侧表面中，所以可以防止在介电单元1110的内侧表面中可能产生的电弧。
在介电单元1110的内侧表面中形成有插入功率电极1210的功率电极槽1111。在介电单元1110的外侧表面中形成有插入地电极1220的地电极槽1112。将功率电极1210和地电极1220固定地连接到介电单元1110的内侧表面或外侧表面并不容易。通过在介电单元1110中形成功率电极槽1111和地电极槽1112并分别插入功率电极1210和地电极1220，功率电极1210和地电极1220可以容易地固定连接到介电单元1110。当功率电极1210插入介电单元1110中时，功率电极1210的朝向主体1100的中心的表面暴露。因此，与将功率电极1210全部插入介电单元1110中相比，可以产生更强的电场。
图6是根据一个实施方式的图2的喷嘴单元1000a的一部分的侧向横截面图。参考图6，功率电极1210和地电极1220可以设置在介电单元1110的外侧表面中。功率电极槽1111和地电极槽1112可以形成在介电单元1110的外侧表面中。当功率电极1210和地电极1220设置在介电单元1110的内侧表面中时，或者当功率电极1210设置在介电单元1110的内侧表面中而地电极1220设置在介电单元1110的外侧表面中时，电场可以变弱，并且可以防止电弧。当功率电极1210和地电极1220均设置在介电单元1110的外侧表面中时，在介电单元1110的外侧表面中可能产生电弧。因此，喷嘴单元1000还可以包括绝缘体1300。绝缘体1300围绕介电单元1110的外侧表面，使得功率电极1210和地电极1220不暴露于外部。为了防止来自介电单元1110的外侧表面的电弧，暴露于外部的功率电极1210和地电极1220的表面用绝缘体1300绝缘。这相比于通过在其内侧表面中形成功率电极槽1111来安装功率电极1210，更容易形成功率电极槽1111和安装功率电极1210。喷嘴单元1000a的组成、结构、形状和功能类似于图5的喷嘴单元1000。
图7是根据另一个实施方式的图2的喷嘴单元1000b的一部分的侧向横截面图。参考图7，功率电极1210可以围绕主体1100的中心轴，并且可以是沿着主体1100的纵向布置的多个环。功率电极1210的环电连接。功率电极1210的彼此相邻的环之间的距离可以相同。
地电极1220可以围绕主体1100的中心轴，并且可以是沿主体1100的纵向布置的多个环。地电极1220的环电连接。地电极1220的彼此相邻的环之间的距离可以相同。
当从侧面观察时，功率电极1210的每个环和地电极1220的每个环交替布置。功率电极1210的环被设置成更接近于地电极1220的环当中的、更靠近喷射孔(经其喷射主体1100的流体)的环。功率电极的彼此相邻的环之间的距离和地电极1220的彼此相邻的环之间的距离可以相同。喷嘴单元1000b的组成、结构、形状和功能类似于图5的喷嘴单元1000。
除了图5至图7的情况之外，喷嘴单元可以设置有各种部件，以将等离子体30的正离子31朝向主体1100的喷射孔加速。
如上所述，利用功率电极1210和地电极1220，将邻近介电单元1110的内侧表面的流体应用于等离子体30。并且，沿着相对于功率电极1210的匝或环更靠近喷射孔的地电极1220的环或匝形成电场。因此，从靠近介电单元1110的内侧表面的流体产生的等离子体30的正离子31通过电场被加速。由于上述等离子体30的正离子31被加速，因此可以防止在邻近主体1100的内侧表面的区域中的流速降低。因此，不需要附加的压力能量来防止流速的降低，从而可以提高能量效率。此外，提供了用于涂布材料与涂布对象20碰撞所需的速度，从而使不良涂布最小化并且容易形成较厚的涂层。
再次参考图2，流体供应单元2000将流体供应至喷嘴单元1000。在一个实施方式中，流体供应单元2000包括涂布材料供应构件2100和气体供应构件2200。流体可以包括施加动力以喷射涂布材料的加压气体和待涂布的涂布材料。
涂布材料供应构件2100通过主体1100中的通道供应涂布材料。涂布材料可以是粉末形式。例如，涂布材料可以包括Y2O3、Al2O3或SiO2。
气体供应构件2200通过主体1100中的通道供应加压气体。加压气体可以是惰性气体。例如，加压气体可以是He、Ar、N2或H2。

Claims (14)

1.一种涂布装置，包括：
支撑单元，用于支撑涂布对象；以及
喷射组件，用于喷射流体，所述流体包括待涂布在所述支撑单元上所支撑的所述涂布对象上的涂布材料，
其中，所述喷射组件包括：
喷嘴单元，经由所述喷嘴单元喷射流体；和
流体供应单元，用于将流体供应到所述喷嘴单元，
其中，所述喷嘴单元包括：
主体，所述主体包括：用于主体中的所述流体的通道，和设置有介电材料的介电单元；和
等离子体源，用于从流到与所述介电单元的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体，
其中，所述等离子体源包括：
施加电力的功率电极；和
用于接地的地电极，
其中，所述功率电极围绕所述主体的中心轴，并且是具有沿着所述主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状，
其中，所述地电极围绕所述主体的中心轴，并且是具有沿着所述主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状，
其中，当从侧面观察时，所述功率电极的每个匝与所述地电极的每个匝彼此隔开，
所述功率电极的所述匝被设置成更接近于所述地电极的所述匝当中的、更靠近喷射所述主体的所述流体的喷射孔的匝。
2.根据权利要求1所述的涂布装置，其中，所述功率电极和所述地电极在所述介电单元中彼此隔开放置。
3.根据权利要求1所述的涂布装置，其中，所述功率电极的彼此相邻的匝之间的距离都相同，并且所述地电极的彼此相邻的匝之间的距离都相同。
4.根据权利要求3所述的涂布装置，其中，所述功率电极的彼此相邻的匝之间的距离与所述地电极的彼此相邻的匝之间的距离相同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涂布装置，其中，所述功率电极被放置成使得其外侧表面相对于所述主体的中心轴进一步远离所述介电单元的所述内侧表面。
6.根据权利要求3至4中任一项所述的涂布装置，其中，所述功率电极设置于所述介电单元的内侧表面，并且所述地电极设置于所述介电单元的外侧表面。
7.根据权利要求5所述的涂布装置，其中，所述介电单元在所述内侧表面中形成插入有所述功率电极的功率电极槽，并且在所述外侧表面中形成插入有所述地电极的地电极槽。
8.根据权利要求3至4中任一项所述的涂布装置，其中，所述功率电极和所述地电极设置在所述介电单元的外侧表面中。
9.根据权利要求8所述的涂布装置，其中，所述介电单元在所述外侧表面中包括插入有所述功率电极的功率电极槽和插入有所述地电极的地电极槽。
10.根据权利要求9所述的涂布装置，其中，所述喷嘴单元还包括围绕所述介电单元的所述外侧表面的绝缘体，使得所述功率电极和所述地电极不暴露于外部。
11.根据权利要求3至4中任一项所述的涂布装置，其中，所述流体供应单元包括：
涂布材料供应构件，用于供应涂布材料；和
气体供应构件，用于供应加压气体以施加用于喷射所述涂布材料的动力。
12.根据权利要求11所述的涂布装置，其中，所述涂布材料具有粉末形式。
13.一种喷嘴单元，经其喷射包括待涂布于涂布对象上的涂布材料的流体，包括：
主体，包括：用于主体中的所述流体的通道，和设置有介电材料的介电单元；以及
等离子体源，用于从流到与所述介电单元的内侧表面邻近的区域的流体产生等离子体，
其中，所述等离子体源包括：
被施加有电力的功率电极；以及
要接地的地电极，
其中，所述功率电极围绕所述主体的中心轴，并且是具有沿着所述主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状，
其中，所述地电极围绕所述主体的中心轴，并且是具有沿着所述主体的纵向布置的多个匝的螺旋形状，
其中，当从侧面观察时，所述功率电极的每个匝和所述地电极的每个匝彼此隔开，
其中，所述功率电极的所述匝被设置成更接近于所述地电极的所述匝当中的、更靠近喷射所述主体的所述流体的喷射孔的匝。
14.根据权利要求13所述的喷嘴单元，其中，所述功率电极和所述地电极在所述介电单元中彼此隔开放置。
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