CN113747650B - 一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置，包括：地电极，所述地电极内形成有凹槽，凹槽内设置有聚四氟‑金属粉末掺杂腔体，所述聚四氟‑金属粉末掺杂腔体的中间处形成喷射微腔，所述喷射微腔与设置于地电极顶端的通孔连通，所述装置还包括触发电极，所述触发电极与地电极形成电位差，使得所述聚四氟‑金属粉末掺杂腔体发生沿面闪络烧灼产生等离子体并由喷射微腔喷射至地电极外。
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粉末混合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,但同时也存在一定的局限性，如在低工作系数下，常用的触发导通方式无法保证触发的稳定可靠性，而采用等离子体喷射触发的方式，即利用等离子体的高电导率和喷射高度可达到稳定导通触发的效果。
现有的等离子体喷射技术，大多采用微腔放电或毛细管二次触发喷射，而在高气压SF6气体环境下，一方面因高气压作用，等离子体的初始喷射速度降低，另一方面，SF6具有强电负性，在等离子体喷射过程中不断与等离子体发生碰撞，消耗等离子体的能量，等离子体的喷射速度急剧降低，两者导致了等离子体发展受到极大的抑制，即减小了等离子体喷射高度，抑制其喷射能力。
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粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置，通过采用聚四氟-金属粉末掺杂腔体，从而增加因脉冲电压作用下沿面闪络烧蚀产生的等离子体密度和电导率，进而达到稳定触发导通的目的。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极，
所述地电极内形成有凹槽，凹槽内设置有聚四氟-金属粉末掺杂腔体，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体的中间处形成喷射微腔，所述喷射微腔与设置于地电极顶端的通孔连通，
所述装置还包括触发电极，所述触发电极与地电极形成电位差，使得所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体发生沿面闪络烧灼产生等离子体并由喷射微腔喷射至地电极外。
优选的，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体由聚四氟和金属粉末制备而成。
优选的，所述金属粉末包括如下任一：铜、铝、银。
优选的，所述通孔的直径为2mm。
优选的，所述装置还包括环氧板，所述环氧板通过固定螺母被固定在触发电极和地电极之间。
本公开还提供一种制备聚四氟-金属粉末掺杂腔体的方法，包括如下步骤：
S100：将聚四氟乙烯和金属粉末的混合料进行冷压烧结形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品；
S200：将聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品经高温烧结和冷却结晶后形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体。
优选的，步骤S100中，所述压力机的压力为30-50MPa 。
优选的，步骤S200中，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品在375-380℃的温度范围内进行高温烧结。
优选的，经高温烧结后的聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品以50-70℃/h的速率降温冷却。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、本公开能够提高喷射等离子体的整体密度，进一步增加等离子体的电导率，从而增强等离子体喷射导通的稳定性。
2、本公开能够降低每次喷射过程中的能量沉积大小，因此能够减小喷射装置因等离子体喷射动作的受损程度。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置的结构示意图；
图2是本公开另一个实施例提供的掺杂结构各电压等级下喷射高度与传统微腔放电结构的喷射高度之间的关系对比图；
附图中标记说明如下：
1-地电极；2-聚四氟-金属粉末掺杂腔体；3-喷射微腔；4-固定螺母；5-环氧板；6-触发电极。
具体实施方式
下面将参照附图图1至图2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，下面将结合附图图1至图2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，一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极1，
所述地电极1内形成有凹槽，凹槽内设置有聚四氟-金属粉末掺杂腔体2，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体2的中间处形成喷射微腔3，所述喷射微腔3与设置于地电极1顶端的通孔连通，
所述装置还包括触发电极6，所述触发电极6与地电极1形成电位差，使得所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体2发生沿面闪络烧灼产生等离子体并由喷射微腔3喷射至地电极1外。
本实施例中，聚四氟-金属粉末掺杂腔体内的喷射微腔在地电极和触发电极的作用下发生沿面闪络，微腔表壁吸收电弧能量，出现显著的表面分解和内部破裂，从而产生大量等离子体，与现有技术相比，掺杂有金属粉末的聚四氟乙烯经烧蚀产生的等离子体中除了聚四氟汽化气体电离等离子体外，还有金属汽化电离等离子体，由于金属粉末较聚四氟乙烯更容易吸收电弧能量汽化产生等离子体，因此可以提高喷射等离子体的整体密度，同时，由于金属汽化等离子体的导电性较聚四氟汽化等离子体更强，所以能够进一步增加等离子体的电导率，从而增强等离子体喷射导通的稳定性。
此外，由于聚四氟-金属粉末掺杂腔体能够增强等离子体的喷射能力，因此能够在满足一定喷射能力的条件下降低触发电压，降低每次喷射过程中的能量沉积大小，也因此减小了喷射模块因等离子体喷射动作的受损程度，能在原聚四氟乙烯腔体的寿命基础上增加20%至30%的使用时间。
另一个实施例中，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体由聚四氟和金属粉末制备而成。
另一个实施例中，所述金属粉末包括如下任一：铜、铝、银。
另一个实施例中，所述通孔的直径为2mm。
另一个实施例中，所述装置还包括环氧板5，所述环氧板5通过固定螺母4被固定在触发电极6和地电极1之间。
另一个实施例中，本公开还提供一种制备聚四氟-金属粉末掺杂腔体的方法，包括如下步骤：
S100：将聚四氟乙烯和金属粉末的混合料进行冷压烧结形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品；
S200：将聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品经高温烧结和冷却结晶后形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体。
图2是掺杂有金属粉末的微腔放电结构与传统微腔放电结构在各电压等级下的喷射高度关系对比图。如图2所示，随着电压等级上升，喷射高度也呈上升趋势，这是由于电压等级越高，喷射腔获得的能量越多，同时可以明显观察到，在同等电压等级下，掺杂有金属粉末的喷射微腔的喷射高度要超过传统微腔放电结构喷射高度，而更高的喷射高度也就意味着更强的触发导通能力，能够更好解决等离子体喷射导通稳定性的问题。
尽管以上结合附图对本公开的实施方案进行了描述，但本公开并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本公开权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本公开保护之列。
Claims (9)
1.一种基于金属粉末混合的微腔放电等离子体喷射装置，所述装置包括：
地电极，
所述地电极内形成有凹槽，凹槽内设置有聚四氟-金属粉末掺杂腔体，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体的中间处形成喷射微腔，所述喷射微腔与设置于地电极顶端的通孔连通，
所述装置还包括触发电极，所述触发电极与地电极形成电位差，使得所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体发生沿面闪络烧灼产生包括聚四氟汽化气体电离等离子体以及能提高等离子体整体密度的金属汽化电离等离子体，并由喷射微腔喷射至地电极外。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体由聚四氟乙烯和金属粉末制备而成。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述金属粉末包括如下任一：铜、铝、银。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述通孔的直径为2mm。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括环氧板，所述环氧板通过固定螺母被固定在触发电极和地电极之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体通过以下方法制备：
S100：将聚四氟乙烯和金属粉末的混合料装入钢制模具中，并通过压力机进行冷压烧结，然后在室温下形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品；
S200：将聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品经高温烧结和冷却结晶后经机械加工形成聚四氟-金属粉末掺杂腔体。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，步骤S100中，所述压力机的压力为30-50MPa 。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，步骤S200中，所述聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品在375-380℃的温度范围内进行高温烧结。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，经高温烧结后的聚四氟-金属粉末掺杂腔体半成品以50-70℃/h的速率降温冷却。
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