CN108990245B - 一种小型面积可调等离子体源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型面积可调等离子体源，包括放电腔体，所述放电腔体上端面通过阴极密封盖密封，放电腔体的腔体壁上开有抽气孔，抽气孔中安装抽气组件，放电腔体底部连接副励磁线圈组支撑座，放电腔体的内底面上固定阳极板，所述阴极密封盖顶面设置凹槽并在凹槽中设置盘形加热丝，阴极密封盖底面固定阴极板，所述放电腔体上部外侧面固定主励磁线圈，副励磁线圈组支撑座上固定若干个尺寸不同的副励磁线圈。本发明通过手工抽气方式在放电腔体内部形成真空环境，进而通过加热电源加热阴极以发射电子，在阴极板和阳极板之间连接放电电源形成放电，等离子体面积的调节是通过选择不同尺寸的副励磁线圈来形成不同的磁场构型，进而控制等离子体面积。

Description

一种小型面积可调等离子体源
技术领域
本发明属于等离子体应用技术领域，具体涉及一种小型面积可调等离子体源。
背景技术
等离子体是由带正、负电荷的离子和电子，也可能还有一些中性的原子和分子所组成的集合体，在宏观上一般呈电中性。物质的状态通常分为固态、液态和气态，而电离气体被称为物质的第四态，在等离子体产生的过程中伴随着各种物理过程，粒子会处于各种形态，如中性态、激发态、电离态、活性分子及自由基。等离子体以易于控制，能量可调等诸多优点，广泛应用于能源，化工，材料等领域，现已构成了电工发展的一个新领域。
现有等离子体源形式多样，而等离子体的产生需要配备较大的真空设备，其放电产生的等离子体面积固定，无法根据需要进行调节。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种结构精巧、操控简便、等离子体面积可调的小型等离子体源。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种小型面积可调等离子体源，包括放电腔体，所述放电腔体上端面通过阴极密封盖密封，放电腔体的腔体壁上开有抽气孔，抽气孔中安装抽气组件，放电腔体底部连接副励磁线圈组支撑座，放电腔体的内底面上固定阳极板，所述阴极密封盖顶面设置凹槽并在凹槽中设置盘形加热丝，阴极密封盖底面固定阴极板，所述放电腔体上部外侧面固定主励磁线圈，副励磁线圈组支撑座上固定若干个尺寸不同的副励磁线圈。
进一步的，所述放电腔体的腔体壁上还设有压力表安装孔。
进一步的，所述阴极密封盖底面与放电腔体的接触面上设有用于放置密封圈的密封圈槽，阴极密封盖通过固定螺母固定阴极板并通过固定螺母引出阴极引线；所述阴极板为电子发射率较高的六硼化镧材料。
进一步的，所述抽气组件包括主进气螺杆、主回位弹簧和主固定螺母，所述主进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有主进气孔，主进气螺杆通过杆体与主固定螺母连接，将抽气组件固定于抽气孔中，主回位弹簧位于主固定螺母和盘体之间。
进一步的，所述放电腔体腔体壁上对应抽气孔外围的位置设有活塞腔，活塞腔中设有手动活塞，所述手动活塞由活塞杆和活塞组成，活塞上设置活塞进气孔，活塞进气孔中安装活塞进气组件。所述活塞进气组件主要由副进气螺杆、副回位弹簧和副固定螺母组成，所述副进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有副进气孔，副进气螺杆通过杆体与副固定螺母连接，将活塞进气组件固定于活塞进气孔中，副回位弹簧位于副固定螺母和盘体之间。
进一步的，所述放电腔体底部设置螺纹盲孔，副励磁线圈组支撑座通过其顶部的螺柱与螺纹盲孔连接固定于放电腔体下方，所述副励磁线圈组支撑座为多级台阶状支撑座，每级台阶状支撑座上设置一个副励磁线圈。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过手工抽气方式在放电腔体内部形成真空环境，进而通过加热电源加热阴极以发射电子，在阴极板和阳极板之间连接放电电源形成放电，等离子体面积的调节是通过选择不同尺寸的副励磁线圈来形成不同的磁场构型，进而控制等离子体面积，本发明具有体积小，操作简单，等离子体面积可调等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2A、图2B是本发明放电腔体的结构示意图；
图3A、图3B是本发明阴极密封盖的结构示意图；
图4是本发明盘形加热丝结构示意图；
图5是本发明手动活塞及活塞进气组件组合结构示意图；
图6是本发明手动活塞侧视结构示意图；
图7A、图7B是本发明抽气组件结构示意图；
图8A、图8B是本发明副励磁线圈组支撑座结构示意图；
图9是本发明小面积等离子体工作原理图；
图10是本发明大面积等离子体工作原理图；
附图标号说明：1、放电腔体，2、阴极密封盖，3、密封圈，4、盘形加热丝，5、主励磁线圈，6、活塞进气组件，7、手动活塞，8、抽气组件，9、小型副励磁线圈，10、中型副励磁线圈，11、大型副励磁线圈，12、副励磁线圈组支撑座，13、压力表，14、阳极固定螺母，15、阳极板，1-1、腔体壁，1-2、压力表安装孔，1-3、活塞腔，1-4、抽气孔，1-5、螺纹盲孔，1-6、螺钉孔，2-1、密封盖本体，2-2、密封圈槽，2-3、阴极板，2-4、固定螺母，2-5、阴极引线，4-1、加热丝引出线，4-2、加热丝本体，6-1、副进气螺杆，6-2、副回位弹簧，6-3、副固定螺母，6-1-1副进气孔，7-1、活塞杆，7-2、活塞进气孔，8-1、主进气螺杆，8-2、主回位弹簧，8-3、主固定螺母，8-1-1、主进气孔，12-1、台阶状支撑座，12-2、螺柱。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
本发明提供一种小型面积可调等离子体发生器，通过手工抽取形式形成真空环境，利用磁场束缚等离子体，根据励磁线圈的选取来得到不同作用面积的等离子体，满足不同应用场合的需要。
如图1、图2A、图2B、图3A、图3B所示，本发明主要由放电腔体1、阴极密封盖2以及副励磁线圈组支撑座5构成；其中放电腔体1上端面通过阴极密封盖2密封，阴极密封盖2和放电腔体上端面之间设置密封圈3，放电腔体的腔体壁1-1上开有抽气孔1-4，抽气孔中安装抽气组件8，抽气组件用于给放电腔体抽真空，所述阴极密封盖顶面设置凹槽并在凹槽中设置盘形加热丝4，阴极密封盖底面固定阴极板2-3，如图4所示，盘形加热丝的加热丝本体4-2两端通过加热丝引出线4-1连接加热电源，用于加热阴极板，放电腔体的内底面上均匀设置4个螺钉孔1-6，通过螺钉固定阳极板15，阳极板通过螺钉固定在阴极板和阳极板之间形成放电区域，所述放电腔体上部外侧面固定主励磁线圈5，放电腔体底部下方固定连接副励磁线圈组支撑座12，副励磁线圈组支撑座上固定若干个尺寸不同的副励磁线圈，通过选择不同尺寸的副励磁线圈来形成不同的磁场构型，进而控制放电区域的等离子体面积，实现等离子体面积的调节。
为了便于观察放电腔体的真空状态，如图1、图2A、图2B所示，所述放电腔体的腔体壁上还设有压力表安装孔1-2，孔中安装压力表13。
为了保证放电腔体的密封性，如图2A、图2B所示，所述阴极密封盖2的密封盖本体2-1底面与放电腔体的接触面上设有用于放置密封圈的密封圈槽2-2，阴极密封盖通过均匀设置的4个固定螺母2-4固定阴极板2-3并通过固定螺母引出阴极引线2-5；所述阴极板为电子发射率较高的六硼化镧材料。
如图7A、图7B所示，为了实现抽气并保证在正常状态下放电腔体的密封，所述抽气组件8包括主进气螺杆8-1、主回位弹簧8-2和主固定螺母8-3，所述主进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有均匀分布的4个主进气孔8-1-1，主进气螺杆通过杆体与主固定螺母连接，将抽气组件固定于抽气孔中，主回位弹簧位于主固定螺母和盘体之间。
如图2A、图2B、图5、图6所示，为了不借助专用抽气工具抽气，本发明的放电腔体腔体壁上对应抽气孔外围的位置设有活塞腔1-3，该活塞腔的腔壁与放电腔体是一体成型的，活塞腔中设有手动活塞7，所述手动活塞由活塞杆7-1和活塞组成，活塞上设置活塞进气孔7-2，活塞进气孔中安装活塞进气组件6。所述活塞进气组件主要由副进气螺杆6-1、副回位弹簧6-2和副固定螺母6-3组成，所述副进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有均匀分布的4个副进气孔6-1-1，副进气螺杆通过杆体与副固定螺母连接，将活塞进气组件固定于活塞进气孔中，副回位弹簧位于副固定螺母和盘体之间。
如图2A、图2B、图8A、图8B所示，所述放电腔体1的底部设置螺纹盲孔1-5，副励磁线圈组支撑座通过其顶部的螺柱12-2与螺纹盲孔连接固定于放电腔体下方，所述副励磁线圈组支撑座为多级台阶状支撑座12-1，每级台阶状支撑座上设置一个副励磁线圈。
如图1所示，本发明的副励磁线圈组支撑座为3级台阶结构，3级台阶上自上至下为尺寸逐渐增大的小型副励磁线圈9、中型副励磁线圈10及大型副励磁线圈11。
工作原理
本发明在工作过程中首先将处理件放置在阳极上，然后通过手工抽气方式在放电腔体内部形成真空环境，当向右侧拉动手动活塞过程中，活塞腔内部压力降低，外接大气压大于活塞腔压力，因此活塞进气组件封闭，当放电腔压力减去活塞腔压力小于抽气组件中主回位弹簧压力时，抽气组件的主进气螺杆向右移动，抽气组件打开，气体由放电腔被吸入活塞腔，完成抽气；当手动活塞向左压缩过程中，活塞腔压力大于放电腔体内部气体压力，抽气组件关闭。随着压缩的进行，当活塞腔体的压力减去大气压力大于活塞进气组件副回位弹簧压力情况下，副进气螺杆向右运动，打开活塞进气组件，气体由活塞腔排入外界，完成活塞的回位过程。反复以上过程，并根据压力表的读数得到放电腔体内的真空度。在真空度达到要求后(一般以200pa以下)，停止抽气。
抽真空完成后，首先连接主励磁电源和副励磁电源，进而连接加热电源，当加热丝温度稳定后，连接放电电源即可形成放电等离子体，并对处理件表面进行处理。本发明等离子体面积的调节是通过磁场进行的，接通主励磁电源后需要根据处理件所需要的等离子体面积选择副励磁线圈组支撑座上的副励磁线圈。在小型副励磁线圈、中型副励磁线圈及大型副励磁线圈三者之间选择一个作为副励磁线圈。当选择小型副励磁线圈时，主励磁线圈和副励磁线圈形成的磁场如图9所示，电子受磁场束缚沿磁力线运动，在静电力的作用下跟随电子运动，在处理件表面形成小面积等离子体。当选择大型副励磁线圈时，主励磁线圈和副励磁线圈形成的磁场如图10所示，相对于图9的磁场形式，其磁场曲率较小，可在阳极表面形成大面积等离子体。本发明具有体积小，操作简单，等离子体面积可调等优点。

Claims (8)

1.一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：包括放电腔体(1)，所述放电腔体上端面通过阴极密封盖(2)密封，放电腔体的腔体壁(1-1)上开有抽气孔(1-4)，抽气孔中安装抽气组件(8)，放电腔体底部连接副励磁线圈组支撑座(12)，放电腔体的内底面上固定阳极板(15)，所述阴极密封盖顶面设置凹槽并在凹槽中设置盘形加热丝(4)，阴极密封盖底面固定阴极板(2-3)，所述放电腔体上部外侧面固定主励磁线圈(5)，副励磁线圈组支撑座上固定若干个尺寸不同的副励磁线圈。
2.根据权利要求1所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述放电腔体的腔体壁上还设有压力表安装孔(1-2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述阴极密封盖底面与放电腔体的接触面上设有用于放置密封圈的密封圈槽(2-2)，阴极密封盖通过固定螺母(2-4)固定阴极板(2-3)并通过固定螺母(2-4)引出阴极引线(2-5)。
4.根据权利要求3所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述阴极板为电子发射率较高的六硼化镧材料。
5.根据权利要求4所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述抽气组件(8)包括主进气螺杆(8-1)、主回位弹簧(8-2)和主固定螺母(8-3)，所述主进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有主进气孔(8-1-1)，主进气螺杆通过杆体与主固定螺母连接，将抽气组件固定于抽气孔中，主回位弹簧位于主固定螺母和盘体之间。
6.根据权利要求4所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述放电腔体腔体壁上对应抽气孔外围的位置设有活塞腔，活塞腔中设有手动活塞(7)，所述手动活塞(7)由活塞杆(7-1)和活塞组成，活塞上设置活塞进气孔(7-2)，活塞进气孔中安装活塞进气组件(6)。
7.根据权利要求6所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：活塞进气组件主要由副进气螺杆(6-1)、副回位弹簧(6-2)和副固定螺母(6-3)组成，所述副进气螺杆由盘体和杆体组成，杆体位于盘体一侧的中心，盘体上设有副进气孔(6-1-1)，副进气螺杆通过杆体与副固定螺母连接，将活塞进气组件固定于活塞进气孔中，副回位弹簧位于副固定螺母和盘体之间。
8.根据权利要求4所述的一种小型面积可调等离子体源，其特征在于：所述放电腔体底部设置螺纹盲孔(1-5)，副励磁线圈组支撑座通过其顶部的螺柱(12-2)与螺纹盲孔连接固定于放电腔体下方，所述副励磁线圈组支撑座为多级台阶状支撑座，每级台阶状支撑座上设置一个副励磁线圈。
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