MX2011009388A - Antorcha de plasma con un inyector lateral. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una antorcha de plasma, que comprende: un generador de plasma que comprende un cátodo extendido a lo largo de un eje X y un ánodo (24), el cátodo y el ánodo se arreglan para ser capaces de generar, en una cámara (26), un arco eléctrico entre el ánodo y el cátodo debido a un voltaje eléctrico, el generador de plasma también comprende un dispositivo de inyección de gas plasmágeno (30) que comprende una tubería de inyección (72) que conduce, a lo largo de un eje de inyección (Ii), a una abertura de inyección (74) en la cámara; un medio para inyectar un material a ser descargado en un flujo de plasma generado por el generador de plasma, la antorcha de plasma se caracteriza porque: la relación la relación R'' entre: la distancia radial (Yi) de la abertura de inyección, definida como la distancia mínima entre el eje X y el centro del orificio de inyección; el tamaño transversal más grande (Dc) del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición PAC, en donde PAC denota la posición axial del acercamiento mutuo radial máximo del ánodo y el cátodo, es menor que 2.5, y la proyección del eje de inyección (Ii) en un plano transversal que pasa a través del centro del orificio de inyección del conducto de inyección forma un ángulo ß menor que 45° con un radio extendido en el plano transversal y que pasa a través del eje X y a través del centro del orificio de inyección.

Description

ANTORCHA DE PLASMA CON UN INYECTOR LATERAL Campo de la Invención La invención se refiere a un generador de plasma y una antorcha de plasma que emplea tal generador de plasma.

Antecedentes de la Invención La pulverización de plasma se usa convencionalmente para formar un revestimiento en un sustrato. Generalmente consiste en producir un arco eléctrico, soplar un gas de plasmágeno a través de este arco eléctrico para generar una temperatura muy alta, flujo de plasma de alta velocidad, luego inyectar en este flujo de plasma partículas para pulverizarlas sobre el sustrato. Convencionalmente, las partículas se funden, al menos parcialmente, en el plasma y por consiguiente pueden adherirse bien entre sí y al sustrato cuando se enfrían.

Esta técnica por consiguiente se puede usar para revestir la superficie de un sustrato hecho de un metal, cerámica, cermet, polímero, material orgánico o un compuesto, en particular un compuesto que comprende una matriz orgánica. Esta técnica se usa especialmente para revestir piezas que tienen, por ejemplo geometrías planas o de eje simétrico, especialmente geometrías cilindricas, o geometrías complejas, estas piezas posiblemente tienen varios tamaños - el único Ref. 223456 límite es el acceso por el chorro de partículas. El propósito puede ser, por ejemplo, proporcionar un sustrato con una funcionalidad de superficie tal como resistencia al desgaste, o modificar el coeficiente de fricción, la barrera térmica o el aislamiento eléctrico.

Esta técnica también se puede usar para manufacturar piezas voluminosas, por vía de una técnica llamada "formación de plasma". En virtud de esta técnica, por consiguiente, es posible aplicar un revestimiento de un número de milímetros de espesor, aún más de 10 mm de espesor.

Las antorchas de plasma, o plasmatroñes , por ejemplo se describen en O 96/18283, US 5 406 046, US 5 332 885, WO 01/05198 o WO 95/35647 o US 5 420 391.

Se puede decir que los parámetros de funcionamiento de una antorcha de plasma para propósitos industriales son los siguientes: alta productividad de pulverización, la productividad de pulverización se define como la cantidad de material depositado por unidad de tiempo; alta eficiencia de deposición, la eficiencia de deposición se define como la relación, en % en peso, entre la cantidad de material depositado y la cantidad de material inyectado en el flujo de plasma; máxima calidad de revestimiento, y en particular la capacidad de producir un revestimiento uniforme y reproducible , incluyendo una alta velocidad de flujo de material; mínimo consumo de energía; tiempo de mantenimiento más bajo posible con el intervalo de tiempo más alto posible entre dos operaciones de mantenimiento consecutivas; y contaminación reducida vía pérdida del material de cátodo.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una antorcha de plasma que al menos parcialmente cumple estos criterios .

Breve Descripción de la Invención Para este propósito, la invención proporciona un generador de plasma que comprende : - un cátodo extendido a lo largo de un eje X y un ánodo, el cátodo y el ánodo se colocan para ser capaces de generar, en una cámara, un arco eléctrico entre el ánodo y el cátodo bajo el efecto de un voltaje; y - un dispositivo para inyectar un gas plasmágeno que comprende una abertura de conducto de inyección vía un orificio de inyección en la cámara .

En una primera modalidad principal, la relación R entre : la distancia axial x entre la posición axial pAc de distancia radial mínima entre el ánodo y el cátodo y la posición axial pi del orificio de inyección; y - la dimensión transversal más grande Dc del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición pAc, llamada la "cámara de arco" , es menor que 3.2, preferiblemente menor que 2.5 y/ mayor que 0.5.

En una segunda modalidad principal, la relación R' entre : la distancia axial x' que separa la posición axial pc del extremo corriente abajo .del cátodo y la posición axial pi del orificio de inyección; y la dimensión transversal más grande Dc del cátodo en la cámara de arco, es menor que 3.5, preferiblemente menor que 3.0 y/o mayor que 1.2.

En una tercera modalidad principal de la invención, la relación R' ' entre: la distancia radial y¿ del orificio de inyección, definida como la distancia mínima entre el eje X y el. centro del orificio de inyección; y la dimensión transversal más grande Dc del cátodo en la cámara de arco, es menor que 2.5 y preferiblemente mayor que 1.25.

Cualquiera que sea la modalidad principal considerada, los inventores han observado que un generador de plasma de acuerdo con la invención hace posible la deposición con una muy alta productividad y eficiencia y con una cantidad limitada de consumo de electricidad y una contaminación limitada por el cátodo.

En particular, la tercera modalidad principal proporciona excelente funcionamiento cuando el gas plasmágeno gira alrededor del cátodo, formando un vórtice.

Cualquiera que sea la modalidad principal considerada, preferiblemente, un generador de plasma de acuerdo con la invención también puede comprender una o más características de las otras modalidades principales. Además puede tener una o más de las siguientes características opcionales : - entre el conjunto de orificios de inyección del dispositivo de inyección, el orificio de inyección es aquel o uno de aquellos que tiene la posición axial corriente abajo más lejos; la distancia axial x preferiblemente es más corta que 25 mm, preferiblemente más corta . que 18 mm y/o preferiblemente más larga que 5 mm, una distancia x de aproximadamente 13 mm particularmente es muy adecuada; la distancia axial x' preferiblemente es más corta que 30 mm, preferiblemente más corta que 25 mm y/o preferiblemente más larga que 9 mm, aún más larga que 15 mm, una distancia x' de aproximadamente 20 mm es par icularmente muy adecuada; la distancia radial y± preferiblemente es más corta que 27 mm, preferiblemente más corta que 20 mm, aún más corta que 15 mm y/o preferiblemente más larga que 6 mm, aún más larga que 10 mm, una distancia y de aproximadamente 12 mm particularmente es muy adecuada; la distancia axial x" que separa la posición axial pAC de la posición axial pA del punto corriente abajo más lejos del ánodo preferiblemente es más corta que 60 mm, preferiblemente más corta que 50 mm y/o preferiblemente más larga que 30 mm, una distancia x' ' de aproximadamente 45 mm particularmente es muy adecuada; la relación R' ' ' entre la distancia radial mínima yAC entre el ánodo y el cátodo en la posición axial pAc y la dimensión transversal más larga Dc del cátodo en la cámara de arco preferiblemente es menor que 1.25, preferiblemente menor que 0.5 y preferiblemente mayor que 0.1, preferiblemente mayor que 0.2, una relación R' ' ' de aproximadamente 0.3 particularmente es muy adecuada; y el dispositivo de inyección comprende una pluralidad de orificios de inyección, al menos una de las condiciones, y preferiblemente todas las condiciones, impuestos en las relaciones R, R' , R' ' , y en las distancias x, x' , x' ' y y, es verdad cualquiera que sea el orificio de inyección considerado.

El dispositivo de inyección es un dispositivo de inyección de acuerdo con la invención, como se describe posteriormente .

El cátodo comprende, en su extremo libre, una porción cónica, preferiblemente que tiene una forma puntiaguda o redonda. El ángulo d en el ápice de esta porción cónica preferiblemente es más grande que 30°, preferiblemente más grande que 40° y/o menor que 75°, preferiblemente menor que 60°. La longitud, a lo largo del eje del cátodo, de la porción cónica preferiblemente es más larga que 3 mm y/o más corta que 15 mm, preferiblemente más corta que 8 mm . El diámetro más grande de esta porción cónica (en su base) preferiblemente es más grande que 6 mm, preferiblemente más grande que 8 mm y/o menor que 14 mm, preferiblemente menor que 10 mm. Preferiblemente, el extremo libre de la porción cónica es redondo, el radio de curvatura de este extremo preferiblemente es mayor que 1 mm y/o menor que 4 mm. El cátodo comprende, preferiblemente inmediatamente corriente arriba de la porción cónica, una porción cilindrica. La porción cilindrica preferiblemente tiene una longitud más larga que 5 mm, preferiblemente más larga que 8 mm y/o más corta que 50 mm, preferiblemente más corta que 25 mm, más preferiblemente más corta que 20 mm, preferiblemente más corta que 15 mm. La porción cilindrica preferiblemente tiene una sección transversal circular y un diámetro más grande que 4 mm, preferiblemente mayor que 6 mm, preferiblemente mayor que 8 mm y/o menor que 20 mm, preferiblemente menor que 14, más preferiblemente menor que 10 mm. Preferiblemente, la porción cilindrica tiene un diámetro sustancialmente igual al diámetro más grande de la porción cónica, para extenderse continuamente de la última .

Preferiblemente, el cátodo comprende, preferiblemente inmediatamente corriente arriba de la porción cilindrica, una porción frustocónica . Preferiblemente, la porción frustocónica se extiende tan lejos como la parte posterior (con referencia 59 en la figura 2) de la cámara en la cual el arco eléctrico se genera. Preferiblemente, el ángulo en el ápice ? de esta porción frustocónica es mayor que 10°, preferiblemente mayor que 30° y/o menor que 90°, preferiblemente menor que 45?. La longitud de la porción frustocónica puede ser más larga que 5 mm y/o más corta que 15 mm. Preferiblemente, el diámetro más grande de la porción frustocónica es mayor que 6 mm, preferiblemente mayor que 10 mm y/o menor que 30 mm, preferiblemente menor que 20 mm, más preferiblemente menor que 18 mm y/o el diámetro más pequeño de la porción frustocónica es mayor que 4 mm, preferiblemente mayor que 6 mm, preferiblemente mayor que 8 mm y/o menor que 20 mm, preferiblemente menor que 14 mm, más preferiblemente menor que 10 mm. Preferiblemente, este diámetro más pequeño es igual al diámetro de la porción cilindrica, de modo que la porción frustocónica prolonga la porción cilindrica.

En una modalidad, la longitud de la porción cónica es más corta que la longitud de la porción cilindrica. La relación entre la longitud de la porción cónica y la longitud de la porción cilindrica, en particular, puede ser mayor que 0.5 y/o menor que 1.

En una modalidad, la longitud de la porción cilindrica sustancialmente es idéntica a la longitud de la porción frustocónica .

Preferiblemente, el cátodo comprende una porción cilindrica, preferiblemente de sección transversal circular, preferiblemente prolongada coaxialmente , en la cámara de arco, por una porción cónica. Más-preferiblemente, el cátodo comprende, coaxialmente, una porción frustocónica prolongada por una porción cilindrica, preferiblemente de sección transversal circular, preferiblemente prolongada, en la cámara de arco, por una porción cónica.

Preferiblemente, el cátodo comprende una porción frustocónica y al menos una, preferiblemente todos los orificios de inyección se colocan en uno o más planos transversales que cortan la porción frustocónica. En una modalidad, todos los orificios de inyección se ubican en el mismo plano transversal. Este plano transversal se puede colocar, por ejemplo, a una distancia desde la base de la porción frustocónica (correspondiente al diámetro más grande de la porción frustocónica) situada entre 30% y 90%, preferiblemente entre 40% y 70% de la longitud de la porción frustocónica.

El cátodo es un cátodo de plasma de arco soplado, preferiblemente un cátodo caliente tipo varilla.

En una modalidad, el cátodo es una pieza única, es decir hecho de un material único. En otra modalidad, el cátodo comprende una varilla de tungsteno y una pieza de cobre, en la cual la varilla de tungsteno se inserta.

La cámara comprende una pieza cilindrica corriente arriba y/o una pieza convergente intermedia (convergente en la dirección corriente abajo) y/o pieza cilindrica corriente abajo. La pieza convergente intermedia especialmente puede ser frustocónica o comprender una pluralidad de piezas frustocónicas , en particular dos piezas frustocónicas , extendidas coaxialmente prolongadas entre sí (es decir, sin una etapa en la transición entre estas piezas f ustocónicas) . Preferiblemente, el ángulo en el ápice ?? de una primera pieza frustocónica corriente arriba de una segunda pieza frustocónica es mayor que el ángulo en el ápice ?2 de la segunda pieza rustocónica. El ángulo en el ápice ?? puede situarse, en particular, entre 50 y 70°. El ángulo en el ápice ?2 puede situarse, en particular, entre 10 y 20° .

Preferiblemente, la cámara comprende en sucesión, y coaxialmente de corriente arriba a corriente abajo, una pieza cilindrica corriente arriba, una pieza convergente intermedia y una pieza cilindrica corriente abajo. Preferiblemente, la longitud de la pieza cilindrica corriente arriba es más larga que 5 mm y/o más corta que 40 mm, preferiblemente más corta que 20 mm.

Preferiblemente, la longitud de la pieza convergente intermedia es más larga que 10 mm y/o más corta que 80 mm, preferiblemente más corta que 40 mm y preferiblemente más larga que 20 mm y/o más corta que 30 mm. Preferiblemente, la longitud de la pieza cilindrica corriente abajo es más larga que 10 mm y/o más corta que 80 mm, preferiblemente más corta que 40 mm y preferiblemente más larga que 20 mm y/o más corta que 30 mm .

Preferiblemente, el diámetro de la pieza cilindrica corriente arriba es mayor que 100 mm, preferiblemente mayor que 15 mm y/o menor que 70 mm, preferiblemente menor que 40 mm, preferiblemente menor que 30 mm.

El diámetro más grande de la pieza convergente intermedia (base) es mayor que 15 mm y/o menor que 40 mm, preferiblemente menor que 25 mm. Preferiblemente, el diámetro de la pieza cilindrica corriente arriba es mayor que el diámetro más grande de la pieza convergente intermedia, de modo que hay una etapa entre estas dos piezas .

El diámetro más pequeño de la pieza convergente intermedia es mayor que 4 mm, preferiblemente mayor que 5 mm y/o menor que 20 mm, preferiblemente menor que 12 mm, preferiblemente menor que 9 mm.

El diámetro de la pieza cilindrica corriente abajo es mayor que 4 mm, preferiblemente mayor que 5 mm y/o menor que 20 mm, preferiblemente menor que 12 mm, más preferiblemente menor que 9 mm.

Más preferiblemente, el diámetro más pequeño de la pieza convergente intermedia es sustancialmente igual al diámetro de la pieza cilindrica corriente abajo, de modo que la pieza cilindrica corriente abajo puede extenderse continuamente a la pieza convergente intermedia.

La longitud de la pieza cilindrica corriente arriba es más larga que la longitud de la pieza frustocónica del cátodo .

Más preferiblemente, la suma de la longitud de la pieza cilindrica corriente arriba y de la pieza convergente intermedia es más larga que la longitud del cátodo en la cámara. En una modalidad, el extremo libre del cátodo se extiende sustancialmente a la mitad a lo largo de la pieza convergente intermedia de la cámara. En particular, puede extenderse una distancia, desde la base de la pieza convergente intermedia, situada entre 30 y 70%, preferiblemente entre 40% y 60% de la longitud de la pieza convergente intermedia.

La invención también se refiere a un dispositivo de inyección de gas plasmágeno arreglado para crear un vórtice alrededor del cátodo, en particular alrededor de la pieza corriente abajo del cátodo que se extiende en la cámara de arco .

Un dispositivo de inyección de acuerdo con la invención también puede comprender una o más de las siguientes características opcionales: - el dispositivo de inyección se coloca corriente arriba del cátodo extendido en la cámara de arco. El dispositivo de inyección puede ser, en particular, colocado en el extremo corriente arriba de la cámara; el dispositivo de inyección comprende al menos un conducto de inyección. Preferiblemente, el dispositivo de inyección comprende al menos cuatro conductos de inyección, aún al menos 8 conductos de inyección; el diámetro del orificio de inyección de un conducto de inyección preferiblemente es mayor que 0.5 mm y/o menor que 5 mm, preferiblemente aproximadamente 2 mm; un conducto de inyección se coloca de modo que la proyección del eje de inyección en un plano radial que pasa a través del centro del orificio de inyección del . conducto de inyección hace un ángulo OÍ, al eje X, mayor que 10°, mayor que 20° y menor que 70° o menor que 60°; un conducto de inyección se coloca de modo que, en una posición ensamblada en la cual el dispositivo de inyección se integra en un generador de plasma que tiene un eje X, la proyección del eje de inyección en un plano transversal que pasa a través del centro del orificio de inyección del conducto de inyección hace un ángulo ß con un radio situado en el plano transversal y que pasa a través del eje X y a través del centro del orificio de inyección, el ángulo ß es menor que 45°, preferiblemente menor que 30° y/o mayor que 5o, preferiblemente mayor que 10°, aún mayor que 20°; una pluralidad de conductos de inyección, preferiblemente todos los conductos de inyección, tienen los mismos valores para x y/o x' y/o a y/o ß ; - el dispositivo de inyección tiene la forma de un anillo, preferiblemente extendido a lo largo de un plano transversal, el eje del anillo es el eje X; y el dispositivo de inyección comprende una pluralidad de orificios de inyección equiangularmente distribuidos alrededor del eje X.

La invención también se refiere a una antorcha de plasma que comprende: un generador de plasma de acuerdo con la invención; y - medio para inyectar un material que es pulverizado en un flujo de plasma generado por el generador de plasma.

El medio para inyectar el material que se pulveriza puede abrirse en el interior del generador de plasma, y en particular en la cámara de arco, o abrirse en el exterior del generador de plasma, en particular en la boca de la cámara de arco.

El medio para inyectar el material que se pulveriza se puede arreglar para inyectar el material que se pulveriza a lo largo de un eje extendido en un plano radial (pasando a través del eje X) y formar, con un plano transversal al eje X, un ángulo T, que tiene un valor absoluto menor que 40°, menor que 30°, menor que 20°, un ángulo menor que 15° es muy adecuado .

El conducto de inyección se puede girar hacia dentro (ángulo negativo T, como se muestra en la figura 8) con relación al flujo de plasma, girar hacia fuera (ángulo positivo ?) , o es perpendicular al eje X del generador de plasma (T = 0, como se muestra en la figura 1) .

Breve Descripción de las Figuras Otras características y ventajas de la invención llegarán a ser más claras aún en la lectura de la descripción detallada la cual sigue y con respecto a las figuras anexas en las cuales: la figura 1 muestra, en sección transversal longitudinal, una antorcha de plasma en una modalidad de acuerdo con la invención; la figura 2 muestra un detalle de la figura 1 ,- las figuras 3a y 3b muestran, en sección transversal longitudinal y en sección transversal (a lo largo del plano A-A mostrado en la figura 3a) , un dispositivo de inyección de' gas plasmágeno empleado en la antorcha de plasma en la figura 1; las figuras 4, 5, 6 y 8 muestran, en sección transversal longitudinal, variantes de antorchas de plasma de acuerdo con la invención; la figura 7a muestra en sección transversal longitudinal un dispositivo de inyección de gas plasmágeno empleado en la variante de la antorcha de plasma de acuerdo con la figura 6 y figuras 7b y 7c, que muestran este dispositivo en sección transversal a lo largo de los planos A-A y B-B mostrados en la figura 7a, respectivamente; la figura 9 muestra un cátodo en una modalidad preferida; la figura 10 muestra un ánodo en una modalidad preferida .

En varias figuras, se usan referencias idénticas para denotar elementos idénticos o análogos.

La descripción detallada y las figuras se proporcionan para los propósitos de ilustración no limitante.

Descripción Detallada de la Invención Definiciones En la presente descripción, los términos "corriente arriba" y "corriente abajo" se usan con relación a la dirección de flujo del flujo de gas plasmágeno.

Un "plano transversal" es un plano perpendicular al ej e X .

Un "plano radial" es un plano que contiene el eje X.

La expresión "posición axial" se entiende que significa una posición a lo largo del eje X. En otras palabras, la posición axial de un punto se da por su proyección normal en el eje X.

La posición axial pAc de distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo se define como la posición, en el eje X, del plano transversal en la cual la distancia entre el ánodo y el cátodo es más pequeña. Esta distancia radial (es decir, medida en un plano transversal) se llama la "distancia radial mínima" y se denota yAC como se muestra en la figura 2. Si la distancia entre el ánodo y el cátodo es una mínima en una pluralidad de planos transversales, la posición pAC denota la posición del plano corriente arriba más lejano.

La "cámara" es el volumen el cual se extiende desde la apertura de la salida a través de la cual el plasma sale del generador de plasma hacia el interior del generador de plasma. La cámara consiste, corriente arriba, de una "cámara de expansión" en la cual el gas plasmágeno se inyecta, y una "cámara de arco" en la cual el arco eléctrico se genera. El plano transversal en la posición pAC se considera que marca el límite entre la cámara de expansión y la cámara de arco.

La dimensión transversal más grande Dc del cátodo en la cámara de arco se mide tomando en cuenta solamente la parte del cátodo la cual se extiende en la cámara de arco. Cuando, como en la modalidad preferida de la invención, el cátodo comprende, extendida en la cámara de arco, una porción cilindrica de la sección transversal circular que finaliza en una porción cónica que forma un punto, esta dimensión transversal corresponde al diámetro de la porción cilindrica del cátodo.

La expresión "comprende uno" se entiende que significa "comprende al menos uno" a menos que se indique lo contrario .

Se hace referencia actualmente a la figura 1.

Una antorcha de plasma 10 convencionalmente comprende un generador de plasma 20 y medios 21 para inyectar un material que se pulveriza en el flujo de plasma producido por el generador de plasma 20.

El generador de plasma 20 comprende un cátodo 22 extendido a lo largo de un eje X y un ánodo 24 arreglado para hacer posible que un arco eléctrico E sea generado, en una cámara 26, bajo el efecto de un voltaje producido por medio de una fuente de energía 28. El generador de plasma 20 también comprende un dispositivo de inyección 30 para inyectar un gas plasmágeno G en la cámara 26. El generador de plasma también puede comprender una cámara (no mostrada) para regular la presión y uniformidad de presión del gas plasmágeno, corriente arriba del dispositivo de inyección 30.

. El generador de plasma 20 finalmente comprende un cuerpo 34 para asegurar los otros elementos. El cuerpo 34 aloja un soporte de cátodo 36 al cual el cátodo 22 se sujeta, un soporte de ánodo 38 al cual el ánodo 24 se sujeta, y un cuerpo eléctricamente aislante 40 colocado entre el montaje que consiste del soporte de cátodo 36 y el cátodo 22, por una parte, y el montaje que consiste del soporte de ánodo 38 y el ánodo 24, por otra parte, para aislarlos eléctricamente entre sí .

El cuerpo 34 se forma, en general, de dos camisas 34' y 34'' las cuales se fijan estrechamente alrededor de los soportes de cátodo y ánodo y el dispositivo de inyección, como se muestra en la figura 1. Preferiblemente, el cuerpo 34 es una pieza única. En particular, en una modalidad, el dispositivo de inyección y el soporte de ánodo son una pieza única, como se muestra por ejemplo en la figura 8. Ventajosamente, una pieza única hace posible mejorar la alineación central de las piezas con relación al eje de la antorcha y hace más fácil ensamblar y desensamblar la antorcha .

El cuerpo eléctricamente aislante 40 preferiblemente consiste de un material que es capaz de resistir la radiación del plasma. La naturaleza del medio usado para el aislamiento eléctrico también se puede seleccionar dependiendo de la temperatura local. Por ejemplo, como se muestra en la figura 8, una pieza aislante 41 de resistencia térmica reducida se puede colocar en la región la cual no se expone directamente al plasma.

El soporte de cátodo 36 y el soporte de ánodo 38 están al mismo potencial eléctrico como el cátodo 22 y el ánodo 24, respectivamente. Sin embargo, el cátodo 22 y el ánodo 24 son convencionalmente consumibles hechos de cobre y tungsteno mientras que el cuerpo de cátodo 36 y cuerpo de ánodo 38 son convencionalmente hechos de una aleación de cobre .

Las terminales + y - de la fuente de energía 28 se conectan directamente o indirectamente al ánodo 24 y cátodo 22, respectivamente. La fuente de energía 28 convencionalmente es capaz de generar, entre el ánodo y el cátodo, un voltaje mayor que 40 V y/o menor que 120 V.

La Figura 2 muestra que el cátodo 22, en la forma de una varilla de eje X, comprende en sucesión, coaxialmente , desde corriente arriba a corriente abajo, una porción frustocónica 45 de diámetro disminuido, una porción cilindrica 46 de sección transversal circular y una porción cónica 48 con un ápice redondeado.

En una modalidad, la porción cilindrica tiene un diámetro mayor que 5 mra, mayor que 6 mm y/o menor que 11 mm, menor que 10 mm, un diámetro de aproximadamente 8 mm es muy adecuado .

El diámetro de la porción cilindrica 46, denotada Dc, es llamado el "diámetro del cátodo", y preferiblemente es de aproximadamente 8 mm. La posición axial del extremo corriente abajo 50 del cátodo 22 es referenciada pc en la presente posteriormente.

El cátodo 22 se puede hacer de tungsteno, opcionalmente dopado con un dopante que reduce la función de trabajo del metal del cátodo con relación a la función de trabajo del tungsteno. El tungsteno, en particular, se puede dopar con óxido dé torio y/u óxido de lantano y/u óxido de cerio y/u óxido de itrio. Esto ventajosamente hace posible incrementar la densidad de corriente en el punto de fusión del metal o reducir la temperatura de operación por unos cuantos cientos de grados Celsius, con relación a un cátodo de tungsteno puro.

El cátodo puede o no puede ser hecho de un material único. Por ejemplo, en la figura 8 el cátodo 22 comprende una varilla 22'' hecha de tungsteno, si es dopado o no, y una pieza hecha de cobre 22' para sujetar el soporte de cátodo.

El ánodo 24 toma la forma de un manguito de eje X, la superficie interna 54 de la cual comprende en sucesión, de corriente arriba a corriente abajo, una porción frustocónica 56 y una porción cilindrica 58 de sección transversal circular.

De la misma forma que el cátodo, el ánodo puede no puede estar hecho de un material único.

Para reducir la erosión del ánodo por la raíz de arco de la columna de plasma, al menos parte de la superficie interna 54 del ánodo, y en particular corriente abajo de la zona de inicio de arco (ubicada en la porción frustocónica 56) , se hace de un material conductor refractario, preferiblemente de tungsteno.

La superficie interna de la porción cilindrica 58 del ánodo también se puede proteger por un revestimiento o un manguito 57, por ejemplo hecho de tungsteno, como se muestra en la figura 8.

La posición axial del ánodo 24 es tal que parte de la porción cilindrica 46 y la porción cónica 48 del cátodo 22 se colocan enfrentando la porción frustocónica 56, es decir en el volumen de la cámara 26 unidad radialmente por la porción frustocónica 56.

En la modalidad mostrada en la figura 1, la posición axial pAc se ubica sustancialmente nivelada con la unión entre la porción cilindrica 46 y la porción cónica 48 del cátodo 22.

La cámara 26 comprende en sucesión, de corriente arriba a corriente abajo, una cámara de expansión 26' extendida axialmente desde la parte posterior 59 de la cámara 26 tan lejos como la posición pAC, luego una cámara de arco 26'' extendida axialmente desde la posición pAC tan lejos como la posición pA de una apertura de salida 60 unida por el extremo corriente abajo del ánodo, y a través de la cual el plasma sale del generador de plasma.

Preferiblemente, el diámetro de la apertura de salida 60 es mayor que 4 mm, preferiblemente mayor que 5 mm y/o menor que 15 mm, preferiblemente menor que 9 mm.

La cámara 26 puede abrirse sobre la apertura de salida 60 vía una boquilla que preferiblemente se extiende a lo largo del eje X y el diámetro de la cual puede variar dependiendo de la posición de la sección transversal considerada, como se muestra por ejemplo en la figura 4, o es constante, como se muestra en la figura 1.

El dispositivo de inyección 30, mostrado con mayor detalle en las figuras 3a y 3b, se arregla y ubica para crear un flujo de gas que gira alrededor de la porción cilindrica 46, aún alrededor de la porción cónica 48, del cátodo 22. Preferiblemente, el dispositivo de inyección 30 toma la forma de un anillo de eje X.

La pared lateral 70 de este anillo se perfora con ocho conductos de inyección sustancialmente rectilíneos 72. Cada conducto de inyección 72 se abre hacia el interior del anillo vía un orificio de inyección 74. El centro de un orificio de inyección 74 define la posición axial i y la distancia radial yi de este orificio de inyección.

La sección transversal de un conducto de inyección 72 es sustancialmente cilindrica y tiene un diámetro D situado entre 0.5 mm y 5 mm.

La distancia radial yi entre el eje X y el centro de cualquiera de los orificios de inyección es constante. Preferiblemente es más larga que 10 mm y/o más corta que 20 mm, una distancia radial y± de aproximadamente 12 mm es muy adecuada .

Los orificios de inyección 74 se ubican en el mismo plano transversal P (en una sección transversal A-A) . Tienen el mismo diámetro D, la misma posición axial p (=Pi) y la misma distancia radial y (=yi) .

Un conducto de inyección 72 se abre, hacia el eje del anillo, a lo largo de un eje de inyección Ij.. En un plano radial que pasa a través del centro del orificio de inyección 74, la proyección del eje de inyección Ii hace, con el eje.X, un ángulo a de 45°, como se muestra en la figura 3a.

En un plano de proyección transversal, que pasa a través del centro del orificio de inyección 74, el eje de inyección Ii hace, con un radio que pasa a través del eje X y el centro del orificio de inyección 74, un ángulo ß de 25°, como se muestra en la figura 3b.

El dispositivo de inyección 30 se coloca en la cámara de expansión 26'.

La distancia axial entre la posición axial pAC de la distancia radial mínima entre el cátodo 22 y el ánodo 24 y la posición p de los orificios de inyección en el plano corriente abajo más lejano P se denota x. La relación R entre x y el diámetro Dc de la porción cilindrica 46 del cátodo 22 se denota R (R = pAc/Dc) · En la modalidad de la figura 1 o de la figura 2, x es aproximadamente 15 mm y la relación R es aproximadamente 1.88.

La distancia axial que separa la posición axial pc del extremo corriente abajo 50 del cátodo 22 y la posición p se denota x' . La relación entre x' y el diámetro Dc del cátodo 22 se denota R' (R' = x'/Dc) - En la modalidad de la figura 1 o de la figura 2, x' es igual a aproximadamente 20 mm y la relación R' es 2.5.

Finalmente, la relación entre la distancia radial y entre el eje X y los conductos de inyección 72 y el diámetro Dc del cátodo 22 se denota R' ' (R' ' = y/Dc) . En la modalidad de la figura 1 o figura 2, y es igual a aproximadamente 13 mm y la relación R' ' es igual a aproximadamente 1.63. Sin querer limitarse a la teoría, los inventores han observado que cuando al menos una de las relaciones R, R' y R' ' es tal como se define en la invención, el funcionamiento de la antorcha de plasma es particularmente bueno, especialmente cuando el gas plasmágeno se inyecta corriente arriba del cátodo, y en particular inyectado para ser capaz de girar alrededor del cátodo. Se ha mostrado que el uso de un dispositivo de inyección de acuerdo con la invención es particularmente ventajoso para este propósito. De acuerdo, con la invención, el gas plasmágeno se inyecta muy cerca del extremo corriente abajo del cátodo. El chorro de gas plasmágeno es poco lento durante esta distancia corta el gas plasmágeno también está más frío cuando alcanza el arco. Por lo tanto conserva una alta viscosidad que hace sostener y prolongar el arco más fácil y por consiguiente hace posible incrementar la energía del generador de plasma. Además, la rotación del gas alrededor del cátodo ventajosamente también hace posible que el uso de los electrodos sea limitado.

El gas plasmágeno G, el flujo del cual se muestra en la figura 2 por la flecha F, es preferiblemente un gas elegido de argón y/o hidrógeno y/o helio y/o nitrógeno.

El generador de plasma 20 también comprende medios de enfriamiento capaces de enfriar el ánodo 24 y/o el cátodo 22 y/o el soporte de cátodo 36 y/o el soporte de ánodo 38. En particular, estos medios de enfriamiento pueden comprender medios para circular un refrigerante, por ejemplo agua, preferiblemente en un estado turbulento, el número de Reynolds que define el estado turbulento de este fluido posiblemente es preferiblemente mayor que 3000, más preferiblemente mayor que 10000.

Una cámara de enfriamiento 76 del eje X puede ser, en particular, alojada en el soporte de ánodo 38 para permitir que el refrigerante circule cerca del ánodo 24.

El medio de enfriamiento también puede ser común para el cuerpo 34, el ánodo y el cátodo, como se muestra en la figura 8.

La antorcha de plasma 10 comprende, además del generador de plasma 20, medios de inyección 21 colocados, en la modalidad mostrada, para inyectar partículas que se pulverizan cerca de la apertura de salida 60 de la cámara 26. Se pueden contemplar todos los medios de inyección convencionalmente usados, internos o externos a la cámara de arco 26". Por consiguiente, los medios para inyectar partículas que se pulverizan no son necesariamente externos al generador de plasma, pero pueden estar integrados en este, como se muestra en la figura 5.

En la modalidad mostrada en la figura 1, los medios de inyección 21 se colocan de modo que al menos algo del material que se pulveriza se inyecta hacia el eje X a lo largo de un eje que hace, con un plano transversal P' , un ángulo T de aproximadamente 0o. En la figura 8, el ángulo T es aproximadamente 15°.

La Figura 9 muestra una variante del cátodo 22.

El cátodo 22 comprende una varilla 22'' hecha de tungsteno y una pieza de cobre 22', en la cual se inserta la varilla 22'' hecha de tungsteno.

Se puede ver una pieza corriente arriba 22a y una pieza corriente abajo 22b del cátodo, propuesta para extenderse fuera de la cámara 26 y dentro de la cámara 26, respectivamente (ver por ejemplo figura 2) . En el resto de la descripción, solamente se describe la pieza corriente abajo 22b.

El extremo libre de la pieza corriente abajo 22b se forma de una porción cónica 82 que tiene un punto redondeado. El radio de curvatura de este extremo es mayor que 1 mm y menor que 4 mm. El ángulo en el ápice d de esta porción cónica es aproximadamente 45°. La longitud L82, a lo largo del eje del cátodo, de la porción cónica 82 es mayor que 3 mm y menor que 8 mm. El diámetro más grande D82 de esta porción cónica (en su base) es mayor que 6 mm y menor que 10 mm.

El cátodo 22 comprende, inmediatamente corriente arriba de la porción cónica 82, una porción cilindrica 84 de sección transversal circular, que tiene un diámetro igual a D82. La porción cilindrica 84 tiene una longitud L84 más larga que 5 mm y más corta que 15 mm.

El cátodo también comprende, inmediatamente corriente arriba de la porción cilindrica 84, una porción frustocónica 86. El ángulo en el ápice ? de esta porción frustocónica 86 es mayor que 30° y menor que 45°. La longitud L86 de la porción frustocónica 6 es más larga que 5 mm y más corta que 15 mm. El diámetro más grande D86 de la porción frustocónica 86 es mayor que 6 mm y/o menor que 18 mm. El diámetro más pequeño de la porción frustocónica 86 es sustancialmente igual a D82, de modo que la porción frustocónica 86 prolonga la porción cilindrica 84.

Preferiblemente, el cátodo se arregla de modo que en operación, al menos uno, preferiblemente todos, los orificios de inyección se ubican en un plano transversal Pi que corta la porción frustocónica 86. En una modalidad, este plano se ubica a una distancia "z" de la base de la porción frustocónica 86 situada entre 30% y 90% de la longitud L86 de la porción frustocónica 86.

La Figura 10 muestra una variante del ánodo 24. Este ánodo comprende una primera pieza 24a hecha de cobre o una aleación de cobre y una segunda pieza 24b hecha de tungsteno o una aleación de tungsteno. La segunda pieza 24b se inserta en la primera pieza 24a para definir con esta una pieza corriente abajo de la cámara 26, extendida corriente abajo de una pieza cilindrica corriente arriba 26a, dibujada con líneas discontinuas, y definida por el dispositivo de inyección 30.

La segunda pieza 24b es, en particular, propuesta para definir la cámara de arco.

La pieza corriente abajo de la cámara 26 comprende en sucesión, de corriente arriba a corriente abajo, una pieza convergente intermedia 26b (que converge en la dirección corriente abajo) y una pieza cilindrica corriente abajo 26c.

La pieza convergente intermedia 26b comprende primera y segunda piezas frustocónicas 26b' y 26b' ' , . extendidas coaxialmente y prolongadas entre sí. El ángulo ?? en el ápice de la primera pieza frustocónica 26b' corriente arriba de una segunda pieza frustocónica, de entre 50 y 70°, es mayor que el ángulo ?2 en el ápice de la segunda pieza frustocónica 26'', de entre 10 y 20°.

La longitud L26a de la pieza cilindrica corriente arriba 26a se sitúa entre 5 y 20 rara.

La longitud L26b de la pieza convergente intermedia 26b es aproximadamente 24 mm.

La longitud dL26b. de la primera pieza frustocónica 26b' se sitúa entre 2 y 10 mm, por ejemplo aproximadamente 5 mm.

La longitud L2Sc de la pieza cilindrica corriente abajo 26c se sitúa entre 20 y 30 mm.

El diámetro D26a de la pieza cilindrica corriente arriba 26a es mayor que 10 mm y menor que 30 mm.

El diámetro más grande D26b de la pieza convergente intermedia 26b (base) es aproximadamente 18 mm.

El diámetro D26a de la pieza cilindrica corriente arriba es mayor que el diámetro más grande D26b de la pieza convergente intermedia, de modo que hay una etapa 80 entre estas dos piezas.

El diámetro más pequeño d26b de la pieza convergente intermedia 26b es mayor que 4 mm y menor que 9 mm.

El diámetro de la pieza cilindrica corriente abajo 26c es igual a d26b- Preferiblemente, la longitud L26a de la pieza cilindrica corriente arriba 26a es más larga que la longitud L86 de la porción frustocónica 86 del cátodo 24. Más preferiblemente, la suma (L26a + L26b) de la longitud de la pieza cilindrica corriente arriba 26a y de la pieza convergente intermedia 26b es mayor que la longitud L22b del cátodo 22 en la cámara 26. Cuando el cátodo 22 se instala en su posición de operación en la cámara 26 definida por el ánodo 22, el extremo libre del cátodo preferiblemente se extiende sustancialmente a la mitad a lo largo de la pieza convergente intermedia de la cámara.

La operación de una antorcha de plasma de acuerdo con la invención es similar a aquella de las antorchas de plasma del arte previo. Un voltaje se genera por un suministro de energía 28 a través del cátodo 22 y el ánodo 24 para crear un arco eléctrico E. El gas plasmágeno G luego se inyecta con una velocidad de flujo típicamente mayor que 30 1/min y menor que 100 1/min, a una temperatura mayor que 0°C y menor que 50 °C y a una presión absoluta menor que 10 bars por medio del dispositivo de inyección 30 corriente arriba del extremo corriente abajo 50 del cátodo 22. El flujo de gas plasmágeno G corre alrededor del cátodo 22 cuando progresa en la cámara 26 hacia la apertura de salida 60. Pasando a través del arco eléctrico E, el gas plasmágeno G se convierte en plasma a una temperatura muy alta, típicamente a una temperatura mayor que 8000 K (7726.85 °C) , aún mayor que 10000 K (9726.85 °C) . El flujo de plasma sale de la cámara 26, sustancialmente a lo largo del eje X, a una velocidad típicamente mayor que 400 m/s y menor que 800 m/s .

Simultáneamente, el material a ser pulverizado se inyecta, en la forma de partículas, en el flujo de plasma por medio de medios de inyección 21.

El material a ser pulverizado, en particular, puede ser un polvo de mineral, metal y/o cerámica y/o cermet, aún un polvo orgánico, u opcionalmente un líquido tal como una suspensión o una solución del material a ser pulverizado.

Este material luego se porta a lo largo del flujo de plasma y se calienta, aún fundido por el calor del plasma. Cuando la antorcha de plasma 10 se dirige hacia un sustrato, el material por consiguiente se pulveriza contra este sustrato. Durante el enfriamiento, el material se solidifica y adhiere al sustrato.

E emplos Los siguientes ejemplos se proporcionan para los propósitos de ilustración y no limitar el alcance de la invenc ion .

Dos antorchas de plasma TI y T2 , similares a aquella mostrada en la figura 8, fueron comparadas con dos antorchas comercialmente disponibles en el mercado, una antorcha "F4" convencional y una antorcha tricátodo de última generación. Las condiciones de operación (parámetros eléctricos, composición del gas plasmágeno, velocidad de flujo de inyección en polvo, distancia de pulverización) de las dos antorchas del arte previo correspondieron a las condiciones nominales recomendadas por el fabricante o a las condiciones consideradas que son aún mejores. Las condiciones de operación de las antorchas de plasma TI y T2 fueron elegidas para obtener el mejor funcionamiento posible.

La Tabla 1 posterior coteja las características técnicas de las antorchas de plasma probadas y las condiciones de prueba. Las dos antorchas de plasma comercialmente disponibles tienen orificios para inyectar gas plasmágeno los cuales se abren en la parte posterior de la cámara. Los parámetros dimensionales que definen el dispositivo de inyección para el gas plasmágeno de acuerdo con la invención, por lo tanto, no se aplican a estas dos antorchas de plasma .

Tabla 1 Como claramente se muestra, una antorcha de plasma de acuerdo con la invención hace posible lograr una eficiencia y productividad particularmente alta con consumo reducido de energía.

En comparación, el funcionamiento de las antorchas de plasma TI y T2 muestra que la antorcha de plasma TI hace posible obtener, para una eficiencia de deposición que es similar (52%) o aún mayor (eficiencia de deposición de T2 : 45%) , una productividad (mayor que 62%) que es más de tres veces mayor que aquella de la antorcha de plasma T2 (aproximadamente 20%) para la cual el ángulo ß es cero.

Las mediciones de desgaste han mostrado que, a energías equivalentes, el desgaste de los electrodos de una antorcha de plasma de acuerdo con la invención, en particular con los ángulos a y ß tal como se describió anteriormente, es menor que aquel de las antorchas convencionales, y en particular que de los electrodos de la antorcha de plasma F4. Ventajosamente, la contaminación con cobre y/o tungsteno de la capa depositada es reducida.

Desde luego, la invención no se limita a las modalidades descritas y mostradas. En particular, una antorcha de plasma de acuerdo con la invención puede ser de cualquier tipo conocido, en particular del tipo "plasma de arco soplado" o "cátodo caliente", especialmente un "cátodo caliente tipo varilla" .

El número y la forma de los ánodos y cátodos no se limitan a aquellos descritos y mostrados.

En otra modalidad, el generador de plasma comprende una pluralidad de ánodos y/o una pluralidad de cátodos, y en particular al menos tres cátodos. Preferiblemente sin embargo, el generador de plasma comprende un cátodo único y/o un ánodo único.

Ventajosamente, el generador de plasma es más fácil de controlar.

La forma de la cámara también es no limitante.

El dispositivo de inyección también puede ser diferente de aquel mostrado en la figura 1.

Por ejemplo, puede comprender un anillo único o una pluralidad de anillos.

El número de conductos de inyección es no limitante. Su sección transversal no necesariamente es circular, y podrá ser, por ejemplo, oblonga o poligonal, en particular rectangular.

El arreglo de los conductos de inyección también podrá ser diferente a aquel mostrado en la figura 1. Los conductos de inyección, por ejemplo, se podrán arreglar en un patrón de hélice o, más generalmente, colocar de modo que los orificios de inyección no están todos en el mismo plano transversal. Especialmente podrán situarse en dos (como se muestra en la figura 6) , tres, cuatro o más planos transversales.

En el dispositivo de inyección mostrado en la figura 6 y detallado en las figuras 7a, 7b y 7c, veinte orificios de inyección 74 se distribuyen en los primer y segundo planos transversales Pi y P2.

Ocho' orificios de inyección 74i, equiangularmente distribuidos alrededor del eje X, se sitúan en el primer plano transversal ??. Todos tienen el mismo diámetro Dx y la misma distancia radial yx . La proyección de un eje de inyección ?? de un orificio de inyección 74? en un plano transversal hace un ángulo ß? con un radio extendido en el plano transversal y que pasa a través del eje X y a través del centro del orificio de inyección.

Los otros doce orificios de inyección equiangularmente distribuidos 742 se sitúan en el segundo plano transversal P2 corriente abajo de Pl7 y tienen el mismo diámetro D2, mayor que Dlf y la misma distancia radial y2 , igual a yx . La proyección de un eje de inyección I2 de un orificio de inyección 74 en un plano transversal hace un ángulo ß2 con un radio extendido en el plano transversal y que pasa a través del eje X y a través del centro del orificio de inyección. El ángulo ß2 es menor que el ángulo ß?.

Preferiblemente, la relación de la sección transversal acumulada SI de los orificios 74x y la sección transversal acumulada S2 de los orificios 742 (= S1/S2) se sitúa entre 0.25 y 4.0. La expresión "sección transversal acumulada" se entiende que significa la suma de áreas de todas las secciones transversales de un conjunto de orificios .

En otra modalidad ?? podrá ser diferente a y2. Los orificios que pertenecen a un plano transversal dado también podrán tener distancias radiales yi que difieren una de otra.

Los orificios de inyección también se podrán agrupar en grupos de dos, tres o más. Por consiguiente, en una modalidad, el dispositivo de inyección puede comprender cuatro pares de agujeros, los pares preferiblemente están equiangularmente distribuidos.

Cuando los orificios de inyección se colocan en una pluralidad de planos transversales, los orificios de inyección de un primer plano se pueden alinear a lo largo de la dirección del eje X o descentrados con aquellos de un segundo plano, por ejemplo angularmente descentrados por un ángulo constante .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una antorcha de plasma que comprende : un generador de plasma que comprende : un cátodo extendido a lo largo de un eje X y un ánodo, el cátodo y el ánodo se colocan para ser capaces de generar, en una cámara, un arco eléctrico entre el ánodo y el cátodo bajo el efecto de un voltaje; y un dispositivo para inyectar un gas plasmágeno que comprende una abertura de conducto de inyección, a lo largo de un eje de inyección (Ii), vía un orificio de inyección en la cámara, medios para inyectar un material a ser pulverizado en un flujo de plasma generado por el generador de plasma, caracterizada porque - la relación R' ' entre: la distancia radial (yi) del orificio de inyección, definida como la distancia mínima entre el eje X y el centro del orificio de inyección; y la dimensión transversal más grande (Dc) del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición pAc, PAC denota la posición axial de la distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo, es menor que 2.5, y la proyección del eje de inyección di) en un plano transversal que pasa a través del centro del orificio de inyección del conducto de inyección hace un ángulo ß menor que 45° con un radio situado en el plano transversal y que pasa a través del eje X y a través del centro del orificio de inyección.

2. La antorcha de plasma de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizada porque la proyección del eje de inyección (Ii) en un plano radial que pasa a través del centro del orificio de inyección del conducto de inyección hace un ángulo a, con el eje X, mayor que 10° y menor que 70° .

3. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ángulo ß es mayor que 5o .

4. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque : el ángulo a es mayor que 20° y menor que 60°; y/o el ángulo ß es menor que 30°.

5. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, entre el conjunto de orificios de inyección del dispositivo de inyección, el orificio de inyección es aquel o uno de aquellos que tiene la posición axial corriente abajo más lej ana (pi) .

6. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la distancia radial (yi) del orificio de inyección es más corta que 27 ram y más larga que 6 mm.

7. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de inyección se coloca corriente arriba de la posición pAC de distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo .

8. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cátodo comprende una porción frustocónica y en la cual el orificio de inyección se coloca en un plano transversal (P) que corta la porción frustocónica.

9. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cátodo comprende una porción frustocónica y todos los orificios de inyección se colocan en uno o más planos transversales (P) que cortan la porción frustocónica.

10. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las dos reivindicaciones inmediatamente precedentes, caracterizada porque el plano o planos transversales se colocan a una distancia desde la base de la porción frustocónica situada entre 30% y 90% de la longitud de la porción frustocónica.

11. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la distancia axial x' ' que separa la posición axial pAC de la posición axial (PA) del punto corriente abajo más lejano del ánodo es más larga que 30 mm.

12. La antorcha de plasma de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizada porque la distancia axial x' ' que separa la posición axial pAC de la posición axial (pA) del punto corriente abajo más lejano del ánodo es más corta que 60 mm.

13. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la relación R entre : la distancia axial x entre la posición axial pAC de distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo y la posición axial (pi) del orificio de inyección; y la dimensión transversal más grande (Dc) del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición es menor que 3.2

14. La antorcha de plasma de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizada porque la distancia axial x es más larga que 5 mm y más corta que 25 mm.

15. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la relación R' entre: la distancias axial x' que separa la posición axial pc del extremo corriente abajo del cátodo y la posición axial (pi) del orificio de inyección; y la dimensión transversal más grande (Dc) del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición pAC de distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo, es menor que 3.5.

16. La antorcha de plasma de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizada porque la distancia axial x' es más larga que 9 mm y más corta que 30 mm.

17. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la relación R' ' ' entre la distancia radial mínima yAC entre el ánodo y el cátodo en la posición pAC y la dimensión transversal más grande (Dc) del cátodo en la región de la cámara corriente abajo de la posición pAc de distancia radial mínima entre el ánodo y cátodo es menor que 1.25.

18. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de inyección comprende una pluralidad de orificios de inyección, al menos una de las condiciones en las relaciones R, R' , y R' ' , y en las distancias , x' , x' ' y yi, que son verdaderas cualquiera que sea el orificio de inyección considerado.

19. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende un cátodo único y/o un ánodo único.

20. La antorcha de plasma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el cátodo, en la forma de una varilla de eje X, comprende en sucesión, coaxialmente , de corriente arriba a corriente abajo, una porción frustocónica de diámetro disminuido, una porción cilindrica de sección transversal circular y una porción cónica que tiene un ápice redondeado.