CN115261816A - 粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床 - Google Patents
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Abstract
公开了一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，等离子体反应腔布置成悬臂梁结构，所述等离子体反应腔一端连通进气管，另一端连通出气管；连杆电机驱动连接所述等离子体反应腔且使得所述等离子体反应腔往复振动；气体分布板设于所述等离子体反应腔中，气体分布板设有多个用于均匀导入来自进气管道的气体的通孔；外置电极设于所述等离子体反应腔侧壁以在其中放电产生等离子体，并调节所述等离子体的离子能量；电感线圈套接于等离子体反应腔外部以调节所述等离子体的密度。
Description
技术领域
本发明属于粉体表面等离子改性技术领域，特别是一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床。
背景技术
粉体具有独特物理、化学性质以及形态特征，在各领域中作为独立材料或添加材料应用。类金刚石(DLC)具有高硬度、低摩擦因数、化学稳定性好等优点，是一种良好的界面材料。将粉体材料与等离子体增强化学气相沉积技术结合，在粉体表面形成DLC涂层.可对粉体材料进行改性，赋予粉体表面新的功能，以满足更丰富的粉体产品应用需求。
密度与离子能量等参数合适的等离子体可辅助DLC沉积过程，提高DLC沉积速率，增强DLC与基体结合性能，适合于粉体表面DLC沉积。粉体表面的薄膜沉积，需要考虑粉体处理的均匀性，避免沉积过程中的电极污染。而传统的沉积装置只能适用于块体基材表面的薄膜沉积，且会存在电极材料污染问题，无法应用于粉体材料表面DLC沉积。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，用于粉体材料表面DLC沉积。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床包括：
等离子体反应腔，其布置成悬臂梁结构，所述等离子体反应腔一端连通进气管，另一端连通出气管；
连杆电机，其驱动连接所述等离子体反应腔且使得所述等离子体反应腔往复振动；
气体分布板，其设于所述等离子体反应腔中，气体分布板设有多个用于均匀导入来自进气管道的气体的通孔；
外置电极，其设于所述等离子体反应腔侧壁以在其中放电产生等离子体，并调节所述等离子体的离子能量；
电感线圈，其套接于等离子体反应腔外部以调节所述等离子体的密度。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，外置电极、低频匹配电路和低频功率源依次连接构成低频功率电路，所述低频功率电路的工作频率为2-13.56MHz。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，电感线圈、高频匹配电路和高频功率源依次连接构成高频功率电路，所述高频功率电路的工作频率为40.68-60MHz。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，等离子体反应腔具有沿中心轴线延伸的用于容纳粉体的中空腔体以及设于所述中空腔体两端的密封法兰。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，固定管夹夹持位于所述等离子体反应腔上端的密封法兰，固定管夹和等离子体反应腔构成悬臂梁且所述固定管夹作为所述悬臂梁的固定座。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，电感线圈位于所述外置电极和固定管夹之间以调节所述等离子体密度和离子能量。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，所述连杆电机驱动连接远离所述固定管夹的所述等离子体反应腔下端的密封法兰。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，所述气体分布板为石英砂板，外置电极为环形电极。
所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，所述等离子体反应腔为石英材质，内径为25-75mm，往复振动行程小于5mm，振动频率小于20Hz。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明以连杆电机驱动悬臂梁式反应腔往复振动，使粉体床在反应腔内稳定流化。外置电极放电产生等离子体避免了DLC沉积过程电极污染问题。采用电容与电感分别耦合低、高频功率，以灵活调控等离子体的离子密度与离子能量，实现了粉体表面均匀DLC沉积。显著提高了粉体的等离子体处理均匀性和无污染性，且DLC沉积的等离子体参数可调。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的处理后粉体表面拉曼光谱结果示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明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发明，并且能够将本发明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来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。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发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，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发明实施例的限定。
为了更好地理解，在一个实施例中，如图1至图2所示，一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床中，
进气管道1，其连接气瓶至等离子体反应腔，
连杆电机2，其驱动等离子体反应腔往复振动，
密封法兰3，其连接在等离子体反应腔两端，密封等离子体反应腔，
等离子体反应腔4，其内部熔接有气体分布板，以悬臂梁式结构往复振动流化粉体，
气体分布板5，其熔接在等离子体反应腔内壁，内部有微孔以均匀分布通入的气体，
外置电极6，其粘接在等离子体反应腔侧壁，与低频功率电路连接，
低频匹配电路7，其连接低频功率源与外置电极，减少回路中射频功率反射，
低频功率源8，其连接低频匹配电路，功率源外壳接地，
电感线圈9，其套接在等离子体反应腔外部，位于外置电极上方，与高频功率电路连接，
高频匹配电路10，其连接高频功率源与电感线圈，减少回路中射频功率反射，
高频功率源11，其连接高频匹配电路，功率源外壳接地，
固定管夹12，其夹持上端密封法兰，作为悬臂梁的固定座，
出气管13，其连接系统中粉体床流化所需的抽气系统。
所述一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，以连杆电机驱动悬臂梁式反应腔往复振动，使粉体床在反应腔内稳定流化。外置电极放电产生等离子体，避免了DLC沉积过程电极污染问题。采用电容与电感分别耦合低、高频功率，以灵活调控等离子体的离子能量与离子密度，实现了粉体表面均匀DLC沉积。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述进气管道为不锈钢气管，外径6mm。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述连杆电机为三连杆直线轴电机，行程为5mm。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述密封法兰为轴向O型圈密封，密封圈线径为3.5mm。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述等离子体反应腔为管径50mm、壁厚2mm的石英管。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述气体分布板的孔径为4-6μm。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述外置电极为黄铜电极。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述低频匹配电路包含两个真空可调电容。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述低频功率源工作频率为13.56MHz，额定功率为500W。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述电感线圈为空心紫铜管绕制，管径6mm。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述高频匹配电路包含两个真空可调电容、一个固定电感。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述高频功率源工作频率为40.68MHz，额定功率1000W。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述固定管夹为抱箍式管夹。
所述的一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床的优选实施例中，所述出气管为不锈钢气管，外径为6mm。
在一个实施例中，粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床包括，进气管道1，连杆电机2，密封法兰3，等离子体反应腔4，气体分布板5，外置电极6，低频匹配电路7，低频功率源8，电感线圈9，高频匹配电路10，高频功率源11，固定管夹12，出气管13。进气管道1连接气瓶至等离子体反应腔4。连杆电机2驱动等离子体反应腔4往复振动。密封法兰3连接在等离子体反应腔4两端，密封等离子体反应腔4。等离子体反应腔4内部熔接有气体分布板5，以悬臂梁式结构往复振动流化粉体。外置电极6粘接在等离子体反应腔4侧壁，与低频功率电路连接。低频匹配电路7连接低频功率源8与外置电极6，减少回路中射频功率反射。低频功率源8通过低频匹配电路7连接至外置电极6，功率源外壳接地。电感线圈9套接在等离子体反应腔4外部，位于外置电极6上方，与高频功率电路连接。高频匹配电路10连接高频功率源11与电感线圈9，减少回路中射频功率反射。高频功率源11通过高频匹配电路10连接至电感线圈9，功率源外壳接地。固定管夹12夹持上端密封法兰，作为悬臂梁的固定座。出气管13连接系统中粉体床流化所需的抽气系统。
本发明以连杆电机驱动悬臂梁式反应腔往复振动，使粉体床在反应腔内稳定流化。外置电极放电产生等离子体，避免了DLC沉积过程电极污染问题。采用电容与电感分别耦合低、高频功率，以灵活调控等离子体的离子能量与离子密度，实现了粉体表面均匀DLC沉积。
本发明所述的悬臂梁式振动等离子体流化床可用于粉体表面DLC沉积，沉积后粉体表面拉曼光谱结果如图2。拉曼光谱中1350-1580cm-1范围内存在明显的DLC特征峰，表明所述的悬臂梁式振动等离子体流化床可以实现粉体表面DLC薄膜均匀沉积。
本发明的低频功率电路通过外置电极耦合功率至等离子体，高频功率电路通过电感线圈耦合功率至等离子体，分别调控等离子体能量与密度。本发明综合考虑了粉体的等离子体处理均匀性问题和DLC沉积的等离子体参数问题，提供了粉体表面DLC均匀沉积的有效方法。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明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发明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，这些均属于本发明保护之列。
Claims (9)
1.一种粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，其包括，
等离子体反应腔，其布置成悬臂梁结构，所述等离子体反应腔一端连通进气管，另一端连通出气管；
连杆电机，其驱动连接所述等离子体反应腔且使得所述等离子体反应腔往复振动；
气体分布板，其设于所述等离子体反应腔中，气体分布板设有多个用于均匀导入来自进气管道的气体的通孔；
外置电极，其设于所述等离子体反应腔侧壁以在其中放电产生等离子体，并调节所述等离子体的离子能量；
电感线圈，其套接于等离子体反应腔外部以调节所述等离子体的密度。
2.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，优选的，外置电极、低频匹配电路和低频功率源依次连接构成低频功率电路，所述低频功率电路的工作频率为2-13.56MHz。
3.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，电感线圈、高频匹配电路和高频功率源依次连接构成高频功率电路，所述高频功率电路的工作频率为40.68-60MHz。
4.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，等离子体反应腔具有沿中心轴线延伸的用于容纳粉体的中空腔体以及设于所述中空腔体两端的密封法兰。
5.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，固定管夹夹持位于所述等离子体反应腔上端的密封法兰，固定管夹和等离子体反应腔构成悬臂梁且所述固定管夹作为所述悬臂梁的固定座。
6.根据权利要求5所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，电感线圈位于所述外置电极和固定管夹之间以调节所述等离子体密度。
7.根据权利要求5所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，所述连杆电机驱动连接远离所述固定管夹的所述等离子体反应腔下端的密封法兰。
8.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，所述气体分布板为石英砂板，外置电极为环形电极。
9.根据权利要求1所述的粉体表面类金刚石沉积的悬臂梁式振动等离子体流化床，其特征在于，所述等离子体反应腔为石英材质，内径为25-75mm，往复振动行程小于5mm，振动频率小于20Hz。
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| CN (1) | CN115261816A (zh) |
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2022
- 2022-09-05 CN CN202211081272.XA patent/CN115261816A/zh active Pending
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