CN115985736A - 一种阴极放电管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极放电管，属于光、电离设备领域。包括本体部、阴极放电部和连接部。其中，本体部形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有发射性气体和/或保护性气体；阴极放电部设置在所述容纳空间内，连接部一端外露于本体部外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部，与所述阴极放电部相连接。本发明中阴极放电部始终位于由发射性气体和/或保护性气体组成的保护气氛下，不与空气或氧气接触，保证阴极不被氧化，延长发射阴极产品寿命，降低产品使用成本。

Description

一种阴极放电管

技术领域

本发明属于电离设备领域，尤其是一种阴极放电管。

背景技术

阴极发射电子的过程在气体放电中阴极起着重要作用，它提供电子，维持了电流的循环。在金属阴极中，电子可以自由运动，但在阴极表面，由于电子和晶格离子之间静电力的作用形成势垒，使电子不能离开电极表面。为了克服表面势垒的阻碍，把电子移到阴极之外，需要施加逸出功(或称为功函数)

逸出功决定于阴极的材料和表面状态，给电子提供能量，把电子从阴极中释放出来的方式有光电发射、热发射、场致发射、二次电子发射等。

在外加强电场的作用下，阴极中部分电子“穿过”势垒而从表面发射出来。按照量子力学的理论，处于位阱中的电子，即使它的能量不超过势垒的势能，也有一定的概率穿过势垒而跑掉，这就是所谓的“隧道效应”。在强电场的作用下，势垒的形状变窄变低，电子就容易穿过势垒而从表面发射出来。对于一定的金属，其场致发射电流密度可根据波动力学，用福勒-诺得海姆(Fowler-Nordheim)公式进行计算。

但是，现有的阴极放电管的阴极会与空气或氧气接触，阴极氧化而使得阴极中毒，电子大量损失。阴极逸出功低发射电子密度低从而造成电损耗过大。以臭氧发生器为例，发射阴极开始一般臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间延长，会导致臭氧转化效率发生下降。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种阴极放电管，以解决背景技术所涉及的问题。

本发明提供一种阴极放电管，包括：

本体部，形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有发射性气体和/或保护性气体；

阴极放电部，设置在所述容纳空间内；

连接部，一端外露于本体部外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部，与所述阴极放电部相连接。

优选地或可选地，所述阴极放电部为采用导电丝形成的螺旋形结构。

优选地或可选地，所述导电丝采用铁、钴、钨、钼、镍、金、银、铜、碳或其合金材料制成。

优选地或可选地，在所述阴极放电部外表面涂覆有电子发射材料。

优选地或可选地，在所述电子发射材料至少包括碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙中的一种。

优选地或可选地，所述本体部为采用绝缘材料制成电离管。

优选地或可选地，所述电离管为陶瓷管、玻璃管或石英管。

优选地或可选地，所述连接部为钨杆。

优选地或可选地，所述本体部与连接部之间通过钼片密封连接。

优选地或可选地，所述保护性气体为氮、氩、氪、氙、氚、氦、氖、氩一种或其混合气体。

优选地或可选地，所述阴极放电管在使用时，能够产生光、等离子、电晕、电离子、电弧中的一种或多种反应。

本发明涉及一种阴极放电管，相较于现有技术，具有如下有益效果：

1、由于阴极放电部始终位于由发射性气体和/或保护性气体组成的保护气氛下，不与空气或氧气接触，阴极不氧化，保证阴极不氧化中使用，降低产品使用成本。

2、本发明中的阴极放电管可根据使用需要同时产生光、等离子、电晕、电离子、电弧，提高产品的使用场景和使用效果。

3、将阴极放电部设计为螺旋形、网格、孔、条等结构，根据放电需要选择阴极形状，进而满足电子发射需要。

4、在阴极放电部表面涂覆一层电子发射材料，能够产生大量电子，阴极逸出功高，发射电子密度高，大大的提高了电子发能量。

5、通过将阴极与阳极分别安装不在同一载体上，并通过绝缘材料将阳极与阴极隔开，保证阴极放电部位满足使用要求。

6、通过采用钼片作为密封件，由于与玻璃、石英具有相近的膨胀系数，在高温条件下，具有优异的密封性能。

7、采用为钨杆作为连接部，具有优异的导电性和高温稳定性。

附图说明

图1是现有技术中电离设备的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的截面示意图一。

图4是本发明的截面示意图二。

图5是本发明的截面示意图三。

图6是本发明中电离设备的结构示意图。

图7是本发明中等离子处理设备的结构示意图。

附图标记为：玻璃管11、阳极12、阴极13、开口端14、阴极放电管20、本体部21、阴极放电部22、连接部23、钼片25、阳极30、气体通道40。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

发明概述

现有技术中的电离设备中，阴极13和阳极12位于同一腔体内。具体地，参阅附图1，为现有技术中的阴极13放电管，包括具有两个开口端14的玻璃管11，在玻璃管11内设置有相隔预定间隙的阳极12和阴极13。在使用过程中，将阳极12、阴极13与分别与电源相接，在玻璃管11内形成电离反应，然后通过开口端14内部通入氧气，导出氧气，实现气体循环，氧气分子在电离作用下，形成臭氧。

但是，现有的阴极13放电管的阴极13会与空气或氧气接触，阴极13氧化而使得阴极13中毒，电子大量损失。阴极13逸出功低发射电子密度低从而造成电损耗过大。以臭氧发生器为例，发射阴极13开始一般臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间延长，会导致臭氧转化效率发生下降。

因此，本发明提出一种阴极放电管20，包括：本体部21、阴极放电部22和连接部23。其中，本体部21形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有发射性气体和/或保护性气体；阴极放电部22设置在所述容纳空间内，其中，将阴极放电部22设计为螺旋形结构，提高了阴极放电部22的表面积，进而提高电子发射数量，并在阴极放电部22表面涂覆一层电子发射材料，能够产生大量电子，阴极13逸出功高，发射电子密度高，大大的提高了电子发射量。连接部23一端外露于本体部21外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部21，与所述阴极放电部22相连接。由于阴极放电部22始终位于由发射性气体和/或保护性气体组成的保护气氛下，不与空气或氧气接触，保证阴极放电部22不被氧化，延长发射阴极13产品寿命，降低产品使用成本，而且可根据使用需要同时产生光、等离子、电晕、电离子、电弧，提高产品的使用效果，提高产品的使用场景和使用效果。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种阴极放电管20应用于臭氧发生器中，参阅附图2、附图3，所述阴极放电管20包括：本体部21、阴极放电部2222、连接部23、钼片25。

所述本体部21为石英管，所述石英管具有细长的圆柱形，两端均为封闭端，形成一个容纳形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有保护性气体，所述保护性气体可以为氮、氩、氪、氙、氚、氦、氖、氩等气体，对于本领域技术人员而言，可根据使用要求充入多种物质的混合气体及循环物质，在此不做进一步赘述。所述发射性气体可以根据使用需要选择合适气体配方。，用于形成电子束。对于本领域技术人员而言，所述本体部21并不限于石英管，还可以为陶瓷管、玻璃管等绝缘材料制成电离管。在一个实施例中，所述石英管的长度为177mm，直径为12.1mm，对于本领域技术人员而言，所述石英管的尺寸与所述电子输出量有关，该尺寸属于并非限定性。

所述阴极放电部22设置在石英管内部，与管壁之间均留有预定间隙。所述阴极放电部22的长度随着石英管的长度而确定，一般适合于石英管长度的1/2～3/4，远离于钼片25密封端。阴极放电部22的形状可以为条状或者是丝状，优选地，为了提高阴极放电管20的放电能力，参阅附图3、附图4，在将所述阴极放电部22设计为采用导电丝形成的螺旋形结构、网状筒形、孔、条等结构，在实际使用过程中，根据放电需要选择阴极形状，进而满足电子发射需要，能够大大的提高阴极放电部22的面积，进而提高电子输出能力。所述导电丝包括但不限于采用铁、钴、钨、钼、镍、金、银、铜、碳或其合金材料制成。

所述连接部23一端外露于本体部21外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部21，与所述阴极放电部22相连接。所述连接部23用于与外界电源相连通，由于放电是会大量放热，因所述连接不仅需要具有优异的导电性，而且需要一定的高温稳定性，优选地，所述连接部23为钨杆。为了进一步提高阴极放电部22的放电能力，参阅附图5，所述连接部23设置有两个，分别位于所述阴极放电部22的两侧，将多个电源与所述阴极放电部22相并联，提高阴极放电部22的电子密度和电子输出能力。

在所述阴极放电部22外表面涂覆有电子发射材料。现有技术中，也存在一些低压放电设备中有涂覆电子发射材料的例子，但是在高压的放电设备中，一般不会涂覆电子发射材料的，由于电子发射材料在高温高压条件下，容易与空气、氧气发生反应，引起电子粉“中毒”，电子大量损失，不仅不能提高电子发射密度，而且随着时间的推移，放电效率快速下降。以臭氧发生器为例，开始阶段臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间会快速下降臭氧转化效率。在本实施例中，由于阴极放电部22与外界环境相隔绝，且始终处于保护气氛下，不会出现电子粉“中毒”现象，能够有效的提高放电效率，增加阴极13使用寿命。以臭氧发生器为例，在所述阴极放电部22外表面涂覆有碳酸锶为主的电子发射材料，其臭氧转化率可从现有技术中的8％提高至30％。当然对于本领域技术人员而言，所述电子发射材料还可为碳酸钡、碳酸钙等。

为了进一步理解本实施例中关于一种阴极放电管20的技术方案，故对其应用做出简要说明：以臭氧发生器为例，当实施例中的阴极放电管20应用于臭氧发生器中时，参阅附图6，在所述电离管的外部套设一侧金属罩，形成阳极，所述金属罩与电离管之间留有预定间隙，形成气体通道40，用于空气或氧气的流通，具体地所述金属罩即为电离设备的阳极12，当空气或氧气经过预留空间时发生电离，将氧气转化为臭氧。

实施例2

一种阴极放电管应用于电晕机。所述阴极放电管包括：本体部21、阴极放电部22、连接部23、钼片25，其结构同实施例1。在所述电晕机中，参阅附图7，所述阴极放电管平行放置在处理辊一侧，并留有预定距离，所述处理辊由绝缘体制成，接地形成阳极40。当薄膜经过所述滚筒时，阴极放电管形成电晕，粗化薄膜材料的表面，提高材料表面张力，使油墨、胶水和涂料更好地粘接到处理过的材料表面。

实施例3

一种阴极放电管，应用于等离子处理设备，所述阴极放电管包括：本体部21、阴极放电部22、连接部23、钼片25，其结构同实施例1。在所述等离子处理设备中，所述阴极放电管与阳极30形成一个气体通道40，低压气体通过所述气体通道40，这些低压气体被激发电离，这些被电离的、带有很高能量的电子和粒子对工件表面进行反应，达到对工件表面清洗、活化、刻蚀和沉积的作用，这些带正负粒子的离子化气体由于其正负电荷总量平衡，所以总体上呈电中性，由这种等离子体与工件表面反应后所产生的、漂浮在腔体内的新的粒子将被为维持腔体内真空度而不断运转的真空泵抽出真空腔体，即低温等离子体处理过程中产生的微观污染物会被真空泵不断抽出腔体。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (12)

1.一种阴极放电管，其特征在于，包括：

本体部，形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有发射性气体和/或保护性气体；

阴极放电部，设置在所述容纳空间内；

连接部，一端外露于本体部外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部，与所述阴极放电部相连接。

2.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述阴极放电部为采用导电丝形成的螺旋、网、孔、条状结构或其组合结构。

3.根据权利要求2所述的阴极放电管，其特征在于，所述导电丝采用铁、钴、钨、钼、镍、金、银、铜、碳或其合金材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的阴极放电管，其特征在于，在所述阴极放电部外表面涂覆有电子发射材料、金属发射材料。

5.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，在所述电子发射材料至少包括碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙中的一种。

6.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述本体部为采用绝缘材料制成电离管。

7.根据权利要求6所述的阴极放电管，其特征在于，所述电离管为陶瓷管、玻璃管或石英管。

8.根据权利要求7所述的阴极放电管，其特征在于，所述本体部与连接部之间通过钼片密封连接。

9.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述连接部为钨杆。

10.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述连接部设置有两个，分别位于所述阴极放电部的两侧。

11.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述保护性气体为氮、氩、氪、氙、氚、氦、氖、氩一种或其混合气体。

12.根据权利要求1所述的阴极放电管，其特征在于，所述阴极放电管在使用时，能够产生光、等离子、电晕、电离子、电弧中的一种或多种反应。

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