CN113709958B - 一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置 - Google Patents
一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置 Download PDFInfo
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Abstract
本公开揭示了一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：地电极、第一触发电极和第二触发电极，所述地电极和第一触发电极之间设置有聚四氟乙烯腔体，所述聚四氟乙烯腔体内设置有层叠排列的聚四氟乙烯薄片和金属薄片，所述聚四氟乙烯腔体的中间位置形成有喷射微腔，所述喷射微腔的一侧通过设置于地电极上的第一通孔与地电极连通，另一侧通过设置于第一触发电极上的第二通孔与第一触发电极连通并延伸至第二触发电极。
Description
技术领域
本公开属于高电压脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置。
背景技术
气体开关是高电压脉冲功率技术流域极为常见的开关类型之一，有着广泛的应用。但在工作系数很低的情况下，常规的电场畸变和紫外预电离等触发方式都无法保证开关稳定可靠地触发，而利用等离子体喷射即在间隙间注入等离子体来实现间隙导通，可以满足在极低工作系数下气体开关的可靠触发导通。
而传统的等离子体喷射采用微腔放电或毛细管放电，通过烧蚀高分子材料产生气体电离等离子体实现间隙导通，但由此产生的等离子体质量密度较低，在一些极端特殊要求下，如兆伏级SF6间隙在低工作系数下的触发，喷射能力较差，无法稳定触发导通。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置，通过将喷射微腔改进为聚四氟和金属薄片交替层叠的形式，增加因沿面闪络而烧蚀产生的等离子体质量密度，从而实现增强等离子体喷射能力的效果，进而达到气体间隙稳定可靠导通触发的目的。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极、第一触发电极和第二触发电极，
所述地电极和第一触发电极之间设置有聚四氟乙烯腔体，
所述聚四氟乙烯腔体内设置有层叠排列的聚四氟乙烯薄片和金属薄片，
所述聚四氟乙烯腔体的中间位置形成有喷射微腔，所述喷射微腔的一侧通过设置于地电极上的第一通孔与地电极连通，另一侧通过设置于第一触发电极上的第二通孔与第一触发电极连通并延伸至第二触发电极。
优选的，所述第一触发电极和第二触发电极在触发电压作用下产生气体电离等离子体，所述气体电离等离子体激发所述聚四氟乙烯腔体沿面放电产生含有金属等离子体和聚四氟汽化等离子体的混合等离子体并喷射至地电极外。
优选的，所述聚四氟薄片和金属薄片的厚度比为7∶3。
优选的，所述金属薄片的厚度为1mm-3mm。
优选的，所述金属薄片由以下任意一种材料制备：铜、铝、银和箔。
优选的，所述第一通孔和第二通孔的直径为2mm。
本公开还提供一种制备基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置的方法，包括如下步骤：
S100：利用机床加工出地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片；
S200：将地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片依次放置于钢制模具中，随后填充进熔融态的聚四氟乙烯；
S300：利用压力机向熔融态的聚四氟乙烯施加压制压力，并将聚四氟乙烯的温度下降到室温，即获得掺杂有金属薄片堆栈层叠结构的聚四氟乙烯腔体。
优选的，步骤S300中，向熔融态的聚四氟乙烯所施加的压制压力为150kN-170kN。
优选的，步骤S300中，聚四氟乙烯的温度是以10℃/min的速率下降到室温。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：通过使用层叠结构代替传统的单一微腔结构，能够大幅增加等离子体的密度，同时大幅提高喷射等离子体的触发能力和喷射装置的稳定性。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置的结构示意图；
附图中标记说明如下：
1-地电极；2-金属薄片；3-聚四氟乙烯腔体；4-喷射微腔；5-第一触发电极；6-第二触发电极。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1所示，一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极1、第一触发电极5和第二触发电极6，
所述地电极1和第一触发电极5之间设置有聚四氟乙烯腔体3，
所述聚四氟乙烯腔体3内设置有层叠排列的聚四氟乙烯薄片和金属薄片2，
所述聚四氟乙烯腔体3的中间位置形成有喷射微腔4，所述喷射微腔4的一侧通过设置于地电极1上的第一通孔与地电极1连通，另一侧通过设置于第一触发电极5上的第二通孔与第一触发电极5连通并延伸至第二触发电极6。
上述实施例构成了本公开的完整技术方案。本实施例通过在聚四氟乙烯腔体内设置层叠结构的金属薄片，相比传统的单一结构的喷射微腔，能够大幅增加所产生的等离子体的密度，同时，因金属薄片所产生的金属等离子体具有更高的导电率，间隙更容易导通，因此能够大幅提高喷射等离子体的触发能力，从而提高喷射装置的稳定性。
另一个实施例中，所述第一触发电极和第二触发电极在触发电压作用下产生气体电离等离子体，所述气体电离等离子体激发所述聚四氟乙烯腔体沿面放电产生含有金属等离子体和聚四氟汽化等离子体的混合等离子体并喷射至地电极外。
本实施例中，由于金属薄片所产生的金属等离子体的质量密度大于聚四氟汽化等离子体，因此更能抵抗环境气体的阻抗作用，同时因为金属蒸汽更容易电离，其等离子体的电导率也更高，可以实现更高的喷射等离子体高度，所以，本实施例通过在聚四氟乙烯腔体内堆栈层叠金属薄片，能够更好的解决气体间隙距离大、工作系数低导致的难触发问题。
另一个实施例中，所述聚四氟薄片和金属薄片的厚度比为7∶3。
本实施例中，由于金属薄片的导电性更强，为了保证腔体的绝缘强度维持在一个安全的范围内，就需要将每层聚四氟薄片和金属薄片的厚度比设置为7∶3，如果超过这个范围，就会对腔体的绝缘强度造成一定程度的破坏，从而影响装置的正常运作。
另一个实施例中，因掺杂腔体的整体高度有限，要保证一定的层叠次数，所述金属薄片的厚度为1mm-3mm。
另一个实施例中，所述金属薄片由以下任意一种材料制备：铜、铝、银和箔。
另一个实施例中，所述第一通孔和第二通孔的直径为2mm。
另一个实施例中，本公开还提供一种制备基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置的方法，包括如下步骤：
S100：利用机床加工出地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片；
S200：将地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片依次放置于钢制模具中，随后填充进熔融态的聚四氟乙烯；
S300：利用压力机向熔融态的聚四氟乙烯施加压制压力，并将聚四氟乙烯的温度下降到室温，即获得掺杂有金属薄片堆栈层叠结构的聚四氟乙烯腔体。
另一个实施例中，步骤S300中，向熔融态的聚四氟乙烯所施加的压制压力为150kN-170kN。
另一个实施例中，步骤S300中，聚四氟乙烯的温度是以10℃/min的速率下降到室温。
为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (8)
1.一种基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极、第一触发电极和第二触发电极，
所述地电极和第一触发电极之间设置有聚四氟乙烯腔体，
所述聚四氟乙烯腔体内设置有层叠排列的聚四氟乙烯薄片和金属薄片，
所述聚四氟乙烯腔体的中间位置形成有喷射微腔，所述喷射微腔的一侧通过设置于地电极上的第一通孔与地电极连通，另一侧通过设置于第一触发电极上的第二通孔与第一触发电极连通并延伸至第二触发电极；
所述第一触发电极和第二触发电极在触发电压作用下产生气体电离等离子体，所述气体电离等离子体激发所述聚四氟乙烯腔体沿面放电产生由质量密度大于聚四氟汽化等离子体的金属等离子体和聚四氟汽化等离子体构成的混合等离子体并喷射至地电极外。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚四氟乙烯薄片和金属薄片的厚度比为7：3。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属薄片的厚度为
1mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属薄片由以下任意一种材料制备：铜、铝、银和箔。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一通孔和第二通孔的直径为2mm。
6.一种制备如权利要求1所述的基于金属薄片堆栈层叠的微腔放电等离子体喷射装置的方法，包括如下步骤：
S100：利用机床加工出地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片；
S200：将地电极和触发电极圆板以及金属薄片和聚四氟乙烯薄片依次放置于钢制模具中，随后填充进熔融态的聚四氟乙烯；
S300：利用压力机向熔融态的聚四氟乙烯施加压制压力，并将聚四氟乙烯的温度下降到室温，即获得掺杂有金属薄片堆栈层叠结构的聚四氟乙烯腔体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤S300中，向熔融态的聚四氟乙烯所施加的压制压力为150kN-170 kN。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤S300中，聚四氟乙烯的温度是以10℃/min的速率下降到室温。
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