CN114051306B - 一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器及使用方法，包括弹性体管头、紧固套筒、发生器主体、中心调节管、金属丝电极，所述弹性体管头与所述发生器主体同轴连接，所述紧固套筒与所述发生器主体通过螺纹连接，所述紧固套筒对应所述弹性体管头设置，所述中心调节管置于所述发生器主体的主腔通道内，所述金属丝电极与所述中心调节管连接并置于所述发生器主体的主腔通道内；本发明可在线调节大气压等离子体射流发生器喷嘴尺寸，从而快速调控等离子体射流的束流直径，且具有结构简单、体积小、操作方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及低温等离子体技术领域，具体涉及一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器及使用方法。
背景技术
大气压等离子体射流是利用电场和气流的作用使放电区域产生的等离子体从发生器的孔口喷出，形成等离子体射流，是一种电子能量较高而离子能量较低的大气压非平衡等离子体。相较于低气压等离子体，大气压等离子体射流摆脱了真空装置的限制，且具有温度低、活性粒子种类多活性强、装置结构简单、成本低廉和操作方便等显著优势，因此在材料表面处理、环境保护以及生物医学等领域越来越受到人们的广泛关注。
大气压等离子体射流在与材料表面加工接触的过程中，等离子体射流的束流直径将直接影响被加工区域的面积或线宽，因此对等离子体射流的束流直径进行调控具有重要意义和价值。而目前对于大气压等离子体射流发生器绝大部分均采用刚性的介质管或金属管制备，其发生器孔口直径固定。如果想改变等离子体射流的束流直径，必须整体更换等离子体射流发生器，因此操作过程繁琐，工艺复杂且成本高昂。实际上，通过改变等离子体射流产生参数，如施加电压、气体流量以及工作间距等，可以在一定程度上调节等离子体射流的束流直径。但是该方法通用性差，对于特定的加工环境下需要实验摸索一套特定的工艺参数，且在某些情况下，各个参数之间还会相互干扰，因此可操作性较差。除此之外，也有少数研究人员通过在等离子体射流发生器外围添加一层保护气装置，试图通过保护气体的屏蔽作用来约束等离子体射流的束流直径，但是该方法中保护气体的引入会对等离子体射流自身特性产生影响，甚至可能导致等离子体射流产生淬灭现象。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器，包括弹性体管头、紧固套筒、发生器主体、中心调节管、金属丝电极，所述弹性体管头与所述发生器主体同轴连接，所述紧固套筒与所述发生器主体通过螺纹连接，所述紧固套筒对应所述弹性体管头设置，所述中心调节管置于所述发生器主体的主腔通道内，所述金属丝电极与所述中心调节管连接并置于所述发生器主体的主腔通道内。
较佳的，所述弹性体管头包括弹性凸头和弹性座，且所述弹性体管头轴线上设置有喷嘴，所述弹性凸头和所述弹性座同轴固定连接设置。
较佳的，所述紧固套筒包括套筒段和锥帽段，所述锥帽段设置在所述套筒段的一端，所述套筒段设置为圆柱形筒状件，所述锥帽段设置为环形件，所述锥帽段的外圆直径沿远离所述套筒段逐渐减小，所述锥帽段的内圆直径沿远离所述套筒段逐渐减小。
较佳的，所述发生器主体包括前端套管、卡爪、管体、主腔通道和进气孔，所述前端套管、所述卡爪均设置在所述管体的一端，若干所述卡爪环形围设在所述前端套管的外部，所述管体的轴线上设置所述主腔通道，所述前端套管的轴线上设置有连通腔，所述主腔通道和所述连通腔连通，所述中心调节管设置在所述主腔通道内且可在轴向上自由移动，所述金属丝电极可在所述中心调节管内沿轴向自由移动，所述弹性凸头设置在所述连通腔内，所述管体外圆面上径向设置有所述进气孔，所述进气孔与所述主腔通道连通。
较佳的，所述弹性凸头和所述弹性座均设置为圆柱形，所述前端套管和所述管体均设置为圆柱形，所述连通腔的直径和所述弹性凸头的直径配合设置，所述中心调节管的直径和所述主腔通道的直径配合设置。
较佳的，所述套筒段内壁和所述管体外圆面上对应设置有螺纹，所述套筒段套设在所述管体上并与所述管体螺纹连接。
较佳的，所述锥帽段套设在所述卡爪外侧，且所述锥帽段与所述卡爪接触设置，所述卡爪内侧与所述弹性座外圆面接触设置。
较佳的，所述卡爪与所述锥帽段接触的外侧端面倾斜设置，所述外侧端面以远离所述管体的方向向所述管体轴线方向倾斜设置。
较佳的，所述弹性体管头由弹性聚合物材料制备。
较佳的，一种所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的使用方法，所述金属丝电极与功率电源连接，所述进气孔与气源连接，通过旋拧所述紧固套筒，使得所述锥帽端挤压所述卡爪，所述卡爪挤压所述弹性座，以调节所述喷嘴尺寸；接通所述功率电源，通入所述气源中的工作气体，在所述主腔通道内产生大气压等离子体，并通过所述喷嘴射出产生大气压等离子体射流。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明可在线调节大气压等离子体射流发生器喷嘴尺寸，从而快速调控等离子体射流的束流直径，且具有结构简单、体积小、操作方便等优点；2，本发明可灵活更换弹性体管头，可根据实际加工需求灵活选择具有不同弹性系数的聚合物并预设弹性体管头的喷嘴尺寸，极大增加了大气压等离子体射流的应用范围。
附图说明
图1为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的结构视图；
图2为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的结构爆炸图；
图3为所述弹性体管头的结构视图；
图4为所述紧固套筒的结构视图；
图5为所述发生器主体的结构视图；
图6为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的使用示意图。
图中数字表示：
1-弹性体管头；2-紧固套筒；3-发生器主体；4-中心调节管；5-金属丝电极；6-功率电源；7-气源；8-大气压等离子体射流；101-弹性凸头；102-弹性座；103-喷嘴；201-套筒段；202-锥帽段；301-前端套管；302-卡爪；303-管体；304-主腔通道；305-进气孔。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1、图2所示，图1为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的结构视图；图2为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的结构爆炸图；其中，图1中的(a)为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的立体结构视图，(b)为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的正视图，(c)为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的侧视图。
本发明所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器包括弹性体管头1、紧固套筒2、发生器主体3、中心调节管4、金属丝电极5，所述弹性体管头1与所述发生器主体3同轴连接，所述紧固套筒2与所述发生器主体3通过螺纹连接，所述紧固套筒2对应所述弹性体管头1设置，所述中心调节管4置于所述发生器主体3的主腔通道304内，所述金属丝电极5与所述中心调节管4连接并置于所述发生器主体3的主腔通道304内。
具体地，如图3所示，图3为所述弹性体管头的结构视图；其中，图3中的(a)为所述弹性体管头的立体结构视图，(b)为所述弹性体管头的正视图，(c)为所述弹性体管头的侧视图。
所述弹性体管头1包括弹性凸头101和弹性座102，且所述弹性体管头1轴线上设置有喷嘴103，一般的，所述弹性凸头101和所述弹性座102均设置为圆柱形，且所述弹性凸头101的直径小于所述弹性座102的直径，所述弹性凸头101和所述弹性座102同轴固定连接设置。
如图4所示，图4为所述紧固套筒的结构视图；其中，图4中的(a)为所述紧固套筒的立体结构视图，(b)为所述紧固套筒的正视图，(c)为所述紧固套筒的侧视图。
所述紧固套筒2包括套筒段201和锥帽段202，所述锥帽段202设置在所述套筒段201的一端，所述套筒段201设置为圆柱形筒状件，所述锥帽段202设置为环形件，具体的，所述锥帽段202的外圆直径沿远离所述套筒段201逐渐减小，同样的，所述锥帽段202的内圆直径沿远离所述套筒段201逐渐减小，所述锥帽段202外圆面与轴线之间的倾斜夹角大于所述锥帽段202内圆面与轴线之间的倾斜夹角。
如图5所示，图5为所述发生器主体的结构视图；其中，图5中的(a)为所述发生器主体的立体结构视图，(b)为所述发生器主体的正视图，(c)为所述发生器主体的侧视图。
所述发生器主体3包括前端套管301、卡爪302、管体303、主腔通道304和进气孔305，所述前端套管301、所述卡爪302均设置在所述管体303的一端，若干所述卡爪302环形围设在所述前端套管301的外部，所述前端套管301和所述管体303均设置为圆柱形，所述管体303的轴线上设置所述主腔通道304，所述前端套管301的轴线上设置有连通腔，所述主腔通道304和所述连通腔连通，所述中心调节管4设置在所述主腔通道304内，所述弹性凸头101设置在所述连通腔内，所述管体303外圆面上径向设置有所述进气孔305，所述进气孔305与所述主腔通道304连通。
所述连通腔的直径和所述弹性凸头101直径配合设置，所述中心调节管4的直径和所述主腔通道304的直径配合设置。
所述套筒段201内壁和所述管体303外圆面上对应设置有螺纹，所述套筒段201套设在所述管体303上并与所述管体303螺纹连接。
所述锥帽段202套设在所述卡爪302外侧，且所述锥帽段202与所述卡爪302接触设置，所述卡爪302内侧与所述弹性座102外圆面接触设置。
所述卡爪302与所述锥帽段202接触的外侧端面倾斜设置，一般的，所述外侧端面以远离所述管体303的方向向所述管体303轴线方向倾斜设置。
一般的，所述卡爪302的外侧端面和所述卡爪302的内侧端面均设置为圆弧面，从而便于实现所述卡爪302与所述锥帽段202和所述弹性座102贴合设置。
具体地，所述弹性体管头1的所述弹性凸头101插入所述发生器主体3的所述前端套管301内；所述发生器主体3的所述卡爪302包裹在所述弹性体管头1的所述弹性座102四周；所述紧固套筒2的所述锥帽段202包裹在所述发生器主体3的所述卡爪302外，所述紧固套筒2的所述套筒段201与所述发生器主体3的所述管体303通过螺纹连接且可在轴向移动。
较优地，所述弹性体管头1的通孔与所述发生器主体3的所述主腔通道304中心轴线在一条直线上；所述中心调节管4在所述发生器主体3的主腔通道304内可在轴向移动，所述金属丝电极5可在所述中心调节管4内沿轴向移动。
较优地，所述弹性体管头1由高弹性的聚合物材料制备。
具体地，所述金属丝电极5与功率电源6连接，所述发生器主体3的进气孔305与气源7连接。
如图6所示，图6为所述束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的使用示意图；本发明所述的一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的使用方法，通过旋拧所述紧固套筒2，可使得所述紧固套筒2的锥帽段202挤压所述发生器主体3的卡爪302，所述发生器主体3的卡爪302再挤压所述弹性体管头1的弹性座102，可实现弹性体管头1的喷嘴103尺寸调节；通过向上旋拧所述紧固套筒2可减小弹性体管头1的喷嘴103尺寸，通过向下旋拧所述紧固套筒2可增大弹性体管头1的喷嘴103尺寸。
具体地，接通所述功率电源6，通入所述气源7中的工作气体，可在所述发生器主体3的主腔通道304内产生大气压等离子体，并通过所述弹性体管头1的喷嘴103射出产生大气压等离子体射流8；通过所述弹性体管头1的所述喷嘴103尺寸调节可实现大气压等离子体射流8的束流直径调节；根据实际应用需求，可调节所述中心调节管4和所述金属丝电极5在所述发生器主体3的主腔通道304内的位置，可实现大气压等离子体射流8的特性调控。
本发明可在线调节大气压等离子体射流发生器喷嘴尺寸，从而快速调控等离子体射流的束流直径，且具有结构简单、体积小、操作方便等优点。
在其他实施例里，可以灵活更换弹性体管头，可根据实际加工需求灵活选择具有不同弹性系数的聚合物并预设弹性体管头的喷嘴尺寸，从而制备具有不同结构形式的大气压等离子体射流发生器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种束流直径可调的大气压等离子体射流发生器，其特征在于，包括弹性体管头、紧固套筒、发生器主体、中心调节管、金属丝电极，所述弹性体管头与所述发生器主体同轴连接，所述紧固套筒与所述发生器主体通过螺纹连接，所述紧固套筒对应所述弹性体管头设置，所述中心调节管置于所述发生器主体的主腔通道内，所述金属丝电极与所述中心调节管连接并置于所述发生器主体的主腔通道内；
所述弹性体管头包括弹性凸头和弹性座，且所述弹性体管头轴线上设置有喷嘴，所述弹性凸头和所述弹性座同轴固定连接设置；
所述紧固套筒包括套筒段和锥帽段，所述锥帽段设置在所述套筒段的一端，所述套筒段设置为圆柱形筒状件，所述锥帽段设置为环形件，所述锥帽段的外圆直径沿远离所述套筒段逐渐减小，所述锥帽段的内圆直径沿远离所述套筒段逐渐减小；
所述发生器主体包括前端套管、卡爪、管体、主腔通道和进气孔，所述前端套管、所述卡爪均设置在所述管体的一端，若干所述卡爪环形围设在所述前端套管的外部，所述管体的轴线上设置所述主腔通道，所述前端套管的轴线上设置有连通腔，所述主腔通道和所述连通腔连通，所述中心调节管设置在所述主腔通道内且可在轴向上自由移动，所述金属丝电极可在所述中心调节管内沿轴向自由移动，所述弹性凸头设置在所述连通腔内，所述管体外圆面上径向设置有所述进气孔，所述进气孔与所述主腔通道连通；
所述锥帽段套设在所述卡爪外侧，且所述锥帽段与所述卡爪接触设置，所述卡爪内侧与所述弹性座外圆面接触设置；所述弹性体管头由弹性聚合物材料制备。
2.如权利要求1所述的束流直径可调的大气压等离子体射流发生器，其特征在于，所述弹性凸头和所述弹性座均设置为圆柱形，所述前端套管和所述管体均设置为圆柱形，所述连通腔的直径和所述弹性凸头的直径配合设置，所述中心调节管的直径和所述主腔通道的直径配合设置。
3.如权利要求2所述的束流直径可调的大气压等离子体射流发生器，其特征在于，所述套筒段内壁和所述管体外圆面上对应设置有螺纹，所述套筒段套设在所述管体上并与所述管体螺纹连接。
4.如权利要求1所述的束流直径可调的大气压等离子体射流发生器，其特征在于，所述卡爪与所述锥帽段接触的外侧端面倾斜设置，所述外侧端面以远离所述管体的方向向所述管体轴线方向倾斜设置。
5.一种如权利要求4所述的束流直径可调的大气压等离子体射流发生器的使用方法，其特征在于，所述金属丝电极与功率电源连接，所述进气孔与气源连接，通过旋拧所述紧固套筒，使得所述锥帽段挤压所述卡爪，所述卡爪挤压所述弹性座，以调节所述喷嘴尺寸；接通所述功率电源，通入所述气源中的工作气体，在所述主腔通道内产生大气压等离子体，并通过所述喷嘴射出产生大气压等离子体射流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |