CN115696711A - 一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于等离子体发生器技术领域，具体公开了一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，该方法包括：步骤(1)：加工并清洗金属电极；步骤(2)：配制等离子体电化学氧化电解液；步骤(3)：对清洗好的金属电极，进行等离子体电化学氧化处理，金属电极表面原位生长陶瓷介质涂层；步骤(4)：对等离子体电化学氧化处理后的金属电极进行机械加工，形成无间隙一体化电极；步骤(5)：采用两块无间隙一体化电极，介质层相对并接上电源，形成介质阻挡放电无间隙一体化电极。本发明能够有效解决现有技术中金属电极与电介质层覆盖或嵌套不紧密，导致介质阻挡放电介质间的等离子体放电减弱、能量利用效率降低等问题。
Description
技术领域
本发明属于等离子体发生器技术领域，具体涉及一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法。
背景技术
介质阻挡强放电作为一种等离子体应用技术，利用冶贴等方法在气体放电间隙的两侧或一侧覆盖一层电介质层，当在两极间施加一定频率的高压交流电时，间隙内的气体就会被电离，形成强烈的气体放电，从而产生低温等离子体。由于具有在大气压条件下产生低温(非平衡态)等离子体的优势，该技术可广泛应用于臭氧合成、材料表面处理和环境保护等领域。
由物理结构可知，介质阻挡放电实际上是由放电金属电极、电介质层、放电气隙构成的有损耗的电容器，电介质层的插入，有效地抑制了放电电流的无限制增大，阻止了放电间隙产生火花放电或弧光放电，使间隙内形成的气体放电更加强烈。放电电极表面电介质层大都采用石英或陶瓷绝缘体直接覆盖，其装配不可避免存在间隙，特别针对管状电极，由于需要将放电电极插入管状绝缘体中，或将放电电极嵌套与管状绝缘体外，其装配更易造成间隙，从而导致在金属电极表面放电，使得管状绝缘体之间的等离子体放电减弱，能量利用效率降低，且放电稳定性降低，甚至损害石英或陶瓷等绝缘介质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，该方法采用等离子体电化学氧化的方法，在金属电极表面原位生长陶瓷涂层，形成金属电极与电介质层一体化结构，有效解决现有技术中金属电极与电介质层覆盖或嵌套不紧密，导致介质阻挡放电介质间的等离子体放电减弱、能量利用效率降低等问题。
实现本发明目的的技术方案：
一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：加工并清洗金属电极；
步骤(2)：配制等离子体电化学氧化电解液；
步骤(3)：对清洗好的金属电极，进行等离子体电化学氧化处理，金属电极表面原位生长陶瓷介质涂层；
步骤(4)：对等离子体电化学氧化处理后的金属电极进行机械加工，使得机械加工后的金属电极介质阻挡放电一侧具有介质层，形成无间隙一体化电极；
步骤(5)：采用两块无间隙一体化电极，介质层相对并接上电源，形成介质阻挡放电无间隙一体化电极。
所述步骤(1)中金属电极材料为阀金属或其合金。
所述阀金属包括：铝、钛、锆。
所述步骤(2)中的等离子体电化学氧化电解液为与步骤(1)中的金属电极相匹配的等离子体电化学氧化电解液。
所述等离子体电化学氧化电解液包括磷酸钠、四硼酸钠、钨酸钠、硅酸钠、氢氧化钠中的一种或几种。
所述步骤(3)中等离子体电化学氧化处理工艺参数为：脉冲电源平均电流密度5-20A/dm2，脉冲频率200-2000Hz，占空比5-20％，电解液温度<30℃，氧化时间不少于60min；
所述步骤(3)中进行等离子体电化学氧化处理，形成的介质层厚度不小于50μm。
本发明的有益技术效果在于：
本发明提供的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法采用等离子体电化学氧化处理，在金属电极表面原位生成介质层，介质层与金属电极犬齿交错，形成一体化无间隙介质阻挡放电电极。相比利用冶贴等方法在气体放电间隙的两侧或一侧覆盖一层电介质层形成的放电电极，采用本发明提供的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法制备获得的无间隙一体化电极的电极与介质之间紧密贴合，等离子体分布均匀，且避免普通电极设计中的由于加工等问题引起的电极与介质之间存在气体且击穿而造成的功率损失问题，使等离子体分布更加均匀，大大提高等离子体发生器装置的工作效率。
附图说明
图1为本发明所提供的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法制备的无间隙一体化电极的结构示意图；
图2为实施例1中平板型无间隙一体化电极介质阻挡放电示意图；
图3为实施例2中同轴型无间隙一体化电极介质阻挡放电示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：平板型无间隙一体化电极的制备方法
(1)选取铝合金材料作为金属电极，电极尺寸100mm×100mm×5mm，抛光至表面粗糙度Ra<1.6μm，随后进行去油去脂清洗，纯水漂洗干净吹干；
(2)配制铝合金等离子体电化学氧化电解液，电解液各成分含量为：磷酸钠50克/升+四硼酸钠30克/升+钨酸钠10克/升；
(3)将步骤(1)完成后的铝合金样件放入等离子体电化学氧化槽中，铝合金样件作为阳极，不锈钢槽作为阴极，采用脉冲电源放电模式进行等离子体电化学氧化处理，采用恒流模式，保持电参数电源频率：500Hz；占空比：10％；电流密度为：10A/dm2，氧化过程中电解液循环冷却，并保持电解液温度<30℃，并进行循环搅拌，氧化时间100min，铝合金电极表面生成介质氧化铝涂层(即陶瓷介质涂层)厚度为80μm左右；等离子体电化学氧化结束后，取件并采用纯水漂洗吹干；
(4)将完成步骤(3)等离子体电化学氧化的铝合金电极，采用机械加工去除不需要的氧化介质层，使得机械加工后的铝合金电极介质阻挡放电一侧具有介质层，如图2所示，形成无间隙一体化电极；
(5)如图2所示，采用两块无间隙一体化电极，介质层相对并接上电源，即可实现平板介质阻挡放电。
将该实施例制备获得的无间隙两个一体化电极分别接入等离子体激励电源的两个电极，两个电极带有等离子体电化学氧化介质涂层的面相对。通电状态下，在所述的两个电极之间，受激励电源作用产生介质阻挡放电放电，气体被击穿转变为等离子体态，且等离子体分布均匀，无电极与介质之间无气体击穿现象。表明本实施例制备的一体化同轴电极具有优良的介质阻挡放电效果。
实施例2：同轴型无间隙一体化电极
(1)选取钛合金材料作为金属电极，同轴内电极尺寸：Φ20mm×100mm，同轴外电极尺寸：Φ内30×120mm，Φ外50×130mm，抛光至表面粗糙度Ra<1.6μm，随后进行去油去脂清洗，纯水漂洗干净吹干；
(2)配制钛合金等离子体电化学氧化电解液，电解液各成分含量为：硅酸钠30克/升+氢氧化钠10克/升；
(3)将步骤(1)完成后的钛合金内电极作为阳极，不锈钢槽作为阴极，采用脉冲电源放电模式进行等离子体电化学氧化处理，采用恒流模式，保持电参数电源频率：500Hz；占空比：10％；电流密度为：20A/dm2，氧化过程中电解液循环冷却，并保持电解液温度<30℃，氧化时间60min，钛合金内电极表面生成介质氧化铝涂层厚度为50μm左右；
(4)将步骤(1)完成后的钛合金外电极作为阳极，不锈钢槽作为阴极，并在钛合金外电极内腔添置辅助阴极，采用脉冲电源放电模式进行等离子体电化学氧化处理，采用恒流模式，保持电参数电源频率：500Hz；占空比：10％；电流密度为：20A/dm2，氧化过程中电解液循环冷却，并保持电解液温度<30℃，，并进行循环搅拌，氧化时间60min，钛合金电极内外表面生成介质氧化铝涂层厚度为50μm左右；
(5)将完成步骤(3)和(4)等离子体电化学氧化的钛合金电极，采用机械加工去除不需要的氧化介质层，使得机械加工后的钛合金电极介质阻挡放电一侧具有介质层，如图3所示，形成同轴一体化电极；
(6)如图3所示，采用上述无间隙一体化同轴电极，介质层相对并接上电源，即可实现同轴介质阻挡放电。
将该实施例制备获得的无间隙两个一体化电极分别接入等离子体激励电源的两个电极，两个电极带有等离子体电化学氧化介质涂层的面相对。通电状态下，在所述的两个电极之间，受激励电源作用产生介质阻挡放电放电，气体被击穿转变为等离子体态，且等离子体分布均匀，无电极与介质之间气体击穿现象。表明本实施例制备的一体化同轴电极具有优良的介质阻挡放电效果。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (7)
1.一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：加工并清洗金属电极；
步骤(2)：配制等离子体电化学氧化电解液；
步骤(3)：对清洗好的金属电极，进行等离子体电化学氧化处理，金属电极表面原位生长陶瓷介质涂层；
步骤(4)：对等离子体电化学氧化处理后的金属电极进行机械加工，使得机械加工后的金属电极介质阻挡放电一侧具有介质层，形成无间隙一体化电极；
步骤(5)：采用两块无间隙一体化电极，介质层相对并接上电源，形成介质阻挡放电无间隙一体化电极。
2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属电极材料为阀金属或其合金。
3.根据权利要求2所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述阀金属包括：铝、钛、锆。
4.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的等离子体电化学氧化电解液为与步骤(1)中的金属电极相匹配的等离子体电化学氧化电解液。
5.根据权利要求4所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述等离子体电化学氧化电解液包括磷酸钠、四硼酸钠、钨酸钠、硅酸钠、氢氧化钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中等离子体电化学氧化处理工艺参数为：脉冲电源平均电流密度5-20A/dm2，脉冲频率200-2000Hz，占空比5-20％，电解液温度<30℃，氧化时间不少于60min。
7.根据权利要求6所述的一种介质阻挡放电无间隙一体化电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中进行等离子体电化学氧化处理，形成的介质层厚度不小于50μm。
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