RU194202U1 - ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE - Google Patents
ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE Download PDFInfo
- Publication number
- RU194202U1 RU194202U1 RU2019130551U RU2019130551U RU194202U1 RU 194202 U1 RU194202 U1 RU 194202U1 RU 2019130551 U RU2019130551 U RU 2019130551U RU 2019130551 U RU2019130551 U RU 2019130551U RU 194202 U1 RU194202 U1 RU 194202U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- electrode
- ignition
- grounded
- block according
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/14—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к плазменной технологии обработки площадных (рулонных или листовых) материалов, а именно к устройствам для создания плазмы высокочастотного разряда с низкой удельной мощностью при атмосферном давлении.Блок электродов устройства для плазменной обработки поверхности площадных материалов высокочастотным емкостным разрядом при атмосферном давлении включает разрядный, заземленный и поджигной электроды, выполненные с возможностью подключения к высокочастотному генератору, при этом разрядный электрод выполнен в виде протяженной детали и расположен напротив заземленного электрода, поджигной электрод установлен вблизи разрядного электрода, при этом разрядный электрод расположен вдоль заземленного электрода, выполненного протяженным, поджигной электрод выполнен в виде флажка, имеющего скошенную грань, при этом электроды закреплены на опоре и выполнены с возможностью регулировки размеров пробойного и разрядного промежутков посредством изменения зазора между разрядным и заземленным, а также разрядным и поджигным электродами.The invention relates to a plasma technology for processing areal (roll or sheet) materials, namely, devices for creating a high-frequency discharge plasma with a low specific power at atmospheric pressure. The electrode unit of a device for plasma surface treatment of areal materials with a high-frequency capacitive discharge at atmospheric pressure includes a discharge, grounded and ignition electrodes made with the possibility of connecting to a high-frequency generator, while the discharge electrode is made in the form of an extended part and is located opposite the grounded electrode, the ignition electrode is installed near the discharge electrode, while the discharge electrode is located along the grounded electrode, made long, the ignition electrode is made in the form of a flag having a beveled face, while the electrodes are fixed on the support and made with the possibility adjusting the sizes of the breakdown and discharge gaps by changing the gap between the discharge and grounded, as well as the discharge and ignition electrodes.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Настоящая полезная модель относится к плазменной технологии обработки материалов, а именно, устройствам для создания плазмы высокочастотного разряда с низкой удельной мощностью при атмосферном давлении, которое может быть использовано при обработке поверхностей площадных материалов, например, при подготовке поверхности перед дальнейшими технологическими этапами - склейкой с другими материалами или нанесением тех или иных пленок и покрытий и т.д.This utility model relates to a plasma technology for processing materials, namely, devices for creating a high-frequency discharge plasma with a low specific power at atmospheric pressure, which can be used to process surfaces of areal materials, for example, when preparing a surface before further technological steps — gluing with other materials or the application of certain films and coatings, etc.
Обработка может производиться с целью увеличения поверхностной энергии материала, что приводит к росту гидрофильности и адгезии. Обработка может осуществляться на широком спектре материалов, включающем в себя стекло, металлические листы и рулоны, полимерные пленки, нетканые материалы и другие. Обработка стекла может производиться, например, перед нанесением полимера для создания многослойных бронированных стекол, обработка полимерных материалов - при изготовлении сноубордов перед нанесением клеевого слоя, или при склейке многослойных композиций между собой, обработка нетканых материалов - для обеспечения более насыщенного цвета тканей после покраски, обработка металлов - для финишной очистки поверхностей перед скреплением, герметизацией, покраской, для удаления органических загрязнителей на поверхности перед склеиванием, покраской, запаиванием и т.д. и т.д.Processing can be carried out in order to increase the surface energy of the material, which leads to an increase in hydrophilicity and adhesion. Processing can be carried out on a wide range of materials, including glass, metal sheets and rolls, polymer films, non-woven materials and others. Glass processing can be performed, for example, before applying the polymer to create multilayer armored glasses, processing of polymeric materials - in the manufacture of snowboards before applying the adhesive layer, or when gluing multilayer compositions together, processing non-woven materials - to ensure a more saturated color of fabrics after dyeing, processing metals - for final cleaning of surfaces before bonding, sealing, painting, to remove organic contaminants on the surface before gluing, painting, sealing, etc. etc.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известны технические решения, обеспечивающие плазменную обработку различных поверхностей. Плазменная обработка - это "сухой" процесс очистки, который может заменить экологически вредные химические вещества, такие как хлорированные углеводороды (трихлорэтилен). Плазма генерируется при воздействии на рабочий газ разряда высокочастотного поля: молекулы диссоциируют на электроны, ионы, высоко реакционноспособные свободные радикалы, коротковолновые фотоны ультрафиолетовой области и другие возбужденные частицы. Эти частицы при возбуждении разрядом высокой энергии эффективно очищают поверхность. Если в атмосфере процесса содержится активный газ, например, кислород, то наряду с механической бомбардировкой, например, металлических поверхностей, также происходят химические реакции, приводящие к удалению органических загрязнений. Соединения углерода на обрабатываемой поверхности реагируют с ионами кислорода в плазме с образованием смеси углекислого и угарного газов, которая легко удаляется с поверхности. Инертные газы, например, аргон, гелий, азот можно использовать для эффектной бомбардировки поверхности и механического удаления небольших количеств материала.The prior art technical solutions that provide plasma processing of various surfaces. Plasma treatment is a “dry” purification process that can replace environmentally harmful chemicals such as chlorinated hydrocarbons (trichlorethylene). Plasma is generated when a high-frequency field discharge is applied to a working gas: molecules dissociate into electrons, ions, highly reactive free radicals, short-wavelength ultraviolet photons, and other excited particles. When excited by a high energy discharge, these particles effectively clean the surface. If the atmosphere of the process contains an active gas, for example, oxygen, then along with mechanical bombardment, for example, of metal surfaces, chemical reactions also occur, leading to the removal of organic contaminants. Carbon compounds on the treated surface react with oxygen ions in the plasma to form a mixture of carbon dioxide and carbon monoxide, which is easily removed from the surface. Inert gases, such as argon, helium, nitrogen, can be used to effectively bombard the surface and mechanically remove small amounts of material.
Воздействие плазмы на поверхность может распространяться на глубину до нескольких микрон, но обычно <0.01 микрона, поэтому плазма не изменяет объемных свойств материала. Как правило, невидимые, но детектируемые органические загрязнения могут быть удалены с помощью плазмы, однако, если загрязнение видимо невооруженным глазом, потребуется предварительная механическая/химическая очистка.The effect of plasma on the surface can extend to a depth of several microns, but usually <0.01 microns, so the plasma does not change the bulk properties of the material. As a rule, invisible but detectable organic contaminants can be removed using plasma, however, if the contamination is visible to the naked eye, preliminary mechanical / chemical cleaning will be required.
Из уровня техники известны устройства, обеспечивающие плазменную обработку поверхности различных материалов. Среди них можно выделить устройства для точечной обработки - плазматроны (RU 2477026, RU 2142679) и устройства для обработки площадных материалов с использованием коронного (RU 2306224, RU 1691129), барьерного (RU 2471884) или высокочастотного разряда (RU 2196394). В устройствах для точечной обработки используют сопла, внутри которых происходит генерация разряда при помощи емкостной или индуктивной системы электродов. В процессе работы устройства разряд непрерывно выдувается из сопла потоком инертного газа для обработки поверхности материала. Недостатком данных видов систем является точечный форм-фактор, не позволяющий осуществлять обработку больших рулонных или листовых площадных материалов. В устройствах, использующих коронный или барьерный разряд в качестве системы электродов чаще всего используют протяженный заземленный электрод, например, выполненный в виде вала, через который производят протяжку обрабатываемого материала, напротив которого расположен либо активный электрод (коронный разряд), либо активный электрод, отделенный от заземленного слоем диэлектрика (барьерный разряд). Недостатком данных видов систем ввиду использования отличной от высокочастотных устройств рабочей частоты (до 500 кГц против 2, 4, 13.56, 27.12 МГц) является повышенное энергопотребление, а также риск повреждения обрабатываемого материала в связи с хаотичным формированием большого количества микропробоев, заряжающих поверхность материала, а также формированием факела низкотемпературной плазмы, смещаемого вдоль поверхности материала потоком газа.The prior art devices that provide plasma surface treatment of various materials. Among them are devices for spot processing - plasmatrons (RU 2477026, RU 2142679) and devices for processing areal materials using corona (RU 2306224, RU 1691129), barrier (RU 2471884) or high-frequency discharge (RU 2196394). In devices for spot processing, nozzles are used, inside which a discharge is generated using a capacitive or inductive electrode system. During operation of the device, the discharge is continuously blown out of the nozzle by a stream of inert gas to treat the surface of the material. The disadvantage of these types of systems is the point form factor that does not allow the processing of large rolled or sheet areal materials. In devices using a corona or barrier discharge as an electrode system, an extended grounded electrode is most often used, for example, made in the form of a shaft through which the processed material is drawn, opposite which there is either an active electrode (corona discharge) or an active electrode separated from grounded by a dielectric layer (barrier discharge). The disadvantage of these types of systems due to the use of an operating frequency that is different from high-frequency devices (up to 500 kHz versus 2, 4, 13.56, 27.12 MHz) is the increased power consumption, as well as the risk of damage to the processed material due to the chaotic formation of a large number of micro-breakdowns charging the surface of the material, and also the formation of a plume of low-temperature plasma, displaced along the surface of the material by a gas stream.
Наиболее близким к заявляемому решению является блок электродов устройства для плазменной обработки поверхности площадных материалов высокочастотным емкостным разрядом при атмосферном давлении, описанный в патенте RU 2196394 (WO 02094455 A1). В данном устройстве используют протяженный разрядный электрод, выполненный в виде стальной струны, натянутой с помощью натяжной пружины между вводами, предназначенными для подключения к системе электропитания. Исполнение при этом допускает использование вместо струны и других вариантов, таких как стержень или металлическая лента. Для поджига (инициации) разряда на струне закреплен один или несколько острийных поджигных электродов. В ходе работы устройства разряд инициируется между поджигным электродом и материалом, после чего смещаемый подводимым потоком газа разряд переходит на разрядный электрод и продолжает вдоль него свое движение, производя обработку поверхности материала, пока не дойдет до конца электрода и не оборвется. После чего разряд вновь поджигается в начале устройства, и процесс повторяется снова.Closest to the claimed solution is the block of electrodes of the device for plasma surface treatment of areal materials by high-frequency capacitive discharge at atmospheric pressure, described in patent RU 2196394 (WO 02094455 A1). This device uses an extended discharge electrode, made in the form of a steel string, stretched using a tension spring between the inputs intended for connection to the power supply system. At the same time, execution allows the use of other options, such as a rod or metal tape, instead of a string. To ignite (initiate) the discharge, one or more pointed ignition electrodes are fixed on the string. During operation of the device, a discharge is initiated between the ignition electrode and the material, after which the discharge displaced by the supplied gas flow passes to the discharge electrode and continues along its movement, processing the surface of the material until it reaches the end of the electrode and breaks. After that, the discharge is again ignited at the beginning of the device, and the process is repeated again.
Однако при работе с данным видом системы электродов были выявлены следующие недостатки: разряд периодически испытывает затруднения при переходе с поджигного на разрядный электрод, локализуется вблизи поджигного электрода, что приводит к росту температуры, изменению его формы и перегоранию. Цикличность процесса поджига разряда, перемещения вдоль материала, срыва разряда приводит к недостаточно стабильной работе устройства, неравномерной обработке материала, а также невозможности реализации длительной непрерывной работы в течение как минимум одной рабочей смены - порядка 8 часов, что необходимо для использования устройства в условиях реального производства.However, when working with this type of electrode system, the following disadvantages were identified: the discharge periodically experiences difficulties when switching from the ignition to the discharge electrode, it is localized near the ignition electrode, which leads to an increase in temperature, a change in its shape, and burnout. The cyclical nature of the process of ignition of the discharge, movement along the material, disruption of the discharge leads to insufficiently stable operation of the device, uneven processing of the material, and the inability to realize long continuous operation for at least one work shift - about 8 hours, which is necessary for using the device in real production conditions .
Технической проблемой, решаемой заявляемым техническим решением, является увеличение длительности непрерывной работы устройства не менее 16 часов, увеличение плавности перехода разряда с поджигного на заземленный электрод, сохранение возможности настройки системы для обработки поверхности материалов различной толщины.The technical problem solved by the claimed technical solution is to increase the duration of the continuous operation of the device for at least 16 hours, increase the smoothness of the transition of the discharge from the ignition to the grounded electrode, while maintaining the ability to configure the system for surface treatment of materials of various thicknesses.
Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure
Техническим результатом полезной модели является значительное увеличение длительности непрерывной работы устройства за счет выполнения блока электродов, обеспечивающих плавность перехода разряда с поджигного на заземленный электрод и стабильность горения разряда в процессе перемещения по длине материала, при обеспечении возможности настройки системы для обработки поверхности материалов различной толщины. Заявляемый блок электродов характеризуется увеличенным сроком службы, а устройство, использующее данный блок - равномерной плазменной обработкой всей поверхности материала, в т.ч. за счет стабильности перехода разряда с поджигного на заземленный электрод.The technical result of the utility model is a significant increase in the duration of the continuous operation of the device due to the implementation of the block of electrodes, ensuring a smooth transition of the discharge from the ignition to the grounded electrode and stability of the discharge during the movement along the length of the material, while allowing the system to be configured to process the surface of materials of various thicknesses. The inventive block of electrodes is characterized by an extended service life, and a device using this block is characterized by uniform plasma treatment of the entire surface of the material, including due to the stability of the transition of the discharge from the ignition to the grounded electrode.
Технический результат достигается посредством использования заявляемого решения - блока электродов устройства для плазменной обработки поверхности площадных материалов высокочастотным емкостным разрядом при атмосферном давлении, включающего разрядный, заземленный и поджигной электроды, выполненные с возможностью подключения к высокочастотному генератору, при этом разрядный электрод выполнен в виде протяженной детали и расположен напротив заземленного электрода, поджигной электрод установлен вблизи разрядного электрода, при этом разрядный электрод выполнен протяженным и расположен вдоль заземленного электрода, поджигной электрод выполнен в виде флажка, имеющего скошенную грань, при этом электроды закреплены на опоре и выполнены с возможностью регулировки размеров пробойного и разрядного промежутков посредством изменения зазора между разрядным и заземленным, а также разрядным и поджигным электродами.The technical result is achieved by using the proposed solution — the electrode block of a device for plasma surface treatment of areal materials with a high-frequency capacitive discharge at atmospheric pressure, including discharge, grounded, and ignition electrodes made with the possibility of connecting to a high-frequency generator, while the discharge electrode is made in the form of an extended part and located opposite the grounded electrode, the ignition electrode is installed near the discharge electrode, while m the discharge electrode is made extended and located along the grounded electrode, the ignition electrode is made in the form of a flag having a beveled face, while the electrodes are mounted on a support and made with the possibility of adjusting the sizes of the breakdown and discharge gaps by changing the gap between the discharge and grounded, as well as the discharge and firing electrodes.
Разрядный электрод может быть выполнен с Г-образным или Т-образным профилем, одна из граней которого, направленная в сторону заземленного электрода, выполнена с заточкой (острием). Заземленный электрод может быть выполнен в виде металлической пластины, или шпильки, или стержня. При этом заземленный электрод расположен под разрядным, соосно с ним. Разрядный и поджигной электроды предпочтительно выполнены толщиной 2-3 мм, заземленный электрод выполнен толщиной 2-5 мм и шириной 4-6 см. Разрядный и заземленный электроды, как правило, выполнены равной длины, больше ширины обрабатываемого материала.The discharge electrode can be made with a L-shaped or T-shaped profile, one of the faces of which, directed towards the grounded electrode, is made with sharpening (tip). A grounded electrode can be made in the form of a metal plate, or stud, or rod. In this case, the grounded electrode is located under the discharge, coaxially with it. The discharge and ignition electrodes are preferably made of a thickness of 2-3 mm, the grounded electrode is made of a thickness of 2-5 mm and a width of 4-6 cm. The discharge and grounded electrodes, as a rule, are made of equal length, greater than the width of the processed material.
Блок электродов снабжен диэлектрическим срывателем разряда, размещенным на конце разрядного электрода. Срыватель разряда выполнен в виде объемного тела с гладкой поверхностью с плавным увеличением толщины по направлению перемещения разряда, для обеспечения создания плавно увеличивающегося искусственного препятствия для разряда между разрядным и заземленным электродами на конечном участке следования разряда.The electrode block is equipped with a dielectric discharge breaker located at the end of the discharge electrode. The discharge breaker is made in the form of a volumetric body with a smooth surface with a gradual increase in thickness in the direction of discharge movement, to ensure the creation of a smoothly increasing artificial obstacle to the discharge between the discharge and grounded electrodes in the final section of the discharge.
Для реализации возможности регулировки размеров пробойного и разрядного промежутков посредством изменения зазора между разрядным и заземленным, а также разрядным и поджигным электродами, упомянутые электроды снабжены соответствующими средствами, а именно: в заземленном электроде со стороны размещения поджигного электрода выполнено протяженное отверстие для перемещения последнего (при настраивания положения поджигного электрода по вертикали и горизонтали); поджигной электрод снабжен, по меньшей мере, одним протяженным вертикально ориентированным отверстием для обеспечения возможности регулировки его положения по вертикали (высоте); поджигной электрод также снабжен осью для обеспечения его крепления на опоре с возможностью перемещения по опоре и вращения относительно оси, а также смещения в горизонтальной плоскости по направлению перемещения разряда. Перечисленные средства обеспечивают возможность возвратно поступательного перемещения поджигного электрода по вертикали и горизонтали с сохранением его строго вертикального положения соосно направлению распространения разряда.To realize the possibility of adjusting the sizes of the breakdown and discharge gaps by changing the gap between the discharge and grounded, as well as the discharge and ignition electrodes, these electrodes are equipped with appropriate means, namely: an extended hole is made in the grounded electrode from the side of the placement of the ignition electrode (when setting position of the ignition electrode vertically and horizontally); the ignition electrode is provided with at least one extended vertically oriented hole to enable adjustment of its vertical position (height); The ignition electrode is also provided with an axis to ensure its fastening on the support with the possibility of movement along the support and rotation about the axis, as well as displacement in a horizontal plane in the direction of movement of the discharge. These tools provide the possibility of reciprocating movement of the ignition electrode vertically and horizontally while maintaining its strictly vertical position coaxial with the direction of discharge propagation.
Флажок предпочтительно выполнен в виде треугольной пластины, например, в форме прямоугольного треугольника, при этом скошенная грань флажка, направленная в сторону разрядного электрода, имеет зубчатый рельеф. Угол между скошенной гранью флажка и горизонтальной плоскостью расположения заземленного электрода составляет от 10 до 70 градусов.The flag is preferably made in the form of a triangular plate, for example, in the form of a right-angled triangle, while the beveled edge of the flag directed towards the discharge electrode has a serrated relief. The angle between the beveled edge of the flag and the horizontal plane of the grounded electrode is from 10 to 70 degrees.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено схематичное изображение устройства плазменной обработки поверхности площадных материалов высокочастотным емкостным разрядом (УПО), содержащего заявляемый блок электродов; на фиг. 2 представлена схема блока (системы) электродов в двух вариантах осуществления с различным положением заземленного и поджигного электродов относительно разрядного в зависимости от толщины обрабатываемого материала; на фиг. 3 представлена объемное изображение блока электродов; на фиг. 4 - представлена часть устройства с элементами крепления и настройки положения электродов блока; на фиг. 5-7 показаны возможные варианты выполнения отдельных конструктивных элементов устройства - сопло, держатели рамы, флажок, расположенный в собственном держателе, соответственно; на фиг. 8, 9 - вариант реализации срывателя разряда разрядном электроде устройства плазменной обработки материалов; на фиг. 10 представлена блок-схема установки плазменной обработки материалов с дополнительным оборудованием, обеспечивающим реализацию процесса обработки поверхности материалов.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic representation of a device for plasma processing the surface of areal materials with a high-frequency capacitive discharge (UPR) containing the inventive electrode block; in FIG. 2 is a diagram of a block (system) of electrodes in two embodiments with different positions of the grounded and ignition electrodes relative to the discharge, depending on the thickness of the processed material; in FIG. 3 shows a three-dimensional image of a block of electrodes; in FIG. 4 - presents a part of the device with fastening elements and adjust the position of the electrodes of the block; in FIG. 5-7 show possible embodiments of the individual structural elements of the device — nozzle, frame holders, flag located in its own holder, respectively; in FIG. 8, 9 is an embodiment of a discharge tearing device for a discharge electrode of a plasma material processing device; in FIG. 10 is a block diagram of a plasma treatment plant for materials with additional equipment that implements a surface treatment process for materials.
Позициями на рисунках обозначены: 1 - разрядный электрод; 2 - материал, подлежащий обработке; 3 - заземленный электрод; 4 - узел настройки положения поджигного электрода по вертикали и горизонтали; 5 - поджигной электрод; 6 - срыватель; 7 - отверстие 7 в заземленном электроде 3 для перемещения и регулировки поджигного электрода 5 по вертикали и горизонтали для подстройки под конкретную толщину обрабатываемого материала; 8 - продольные прорези в поджигном электроде 5 для регулировки его вертикального положения и фиксации; 9 - ось для размещения флажка (поджигного электрода 5) для осуществления его горизонтальной трансляции; 10 - опора; 11 - металлические шпильки опоры 10; 12 - пластина основания опоры 10; 13 и 16 - держатели нижней рамы и верхней рамы, соответственно; 14 - держатель флажка; 15 - сопло; 17 и 18 - рамы верхняя и нижняя, соответственно; 19 - шторки.The positions in the figures indicate: 1 - discharge electrode; 2 - material to be processed; 3 - grounded electrode; 4 - node adjusting the position of the ignition electrode vertically and horizontally; 5 - ignition electrode; 6 - tear; 7 -
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Заявляемое устройство представляет собой блок электродов, устанавливаемый в устройство для плазменной обработки площадных материалов (фиг. 1-8).The inventive device is a block of electrodes installed in a device for plasma processing of areal materials (Fig. 1-8).
Блок электродов включает разрядный электрод 1, заземленный электрод 3, поджигной электрод 5. Разрядный электрод 1 может быть выполнен в виде протяженной детали из стали или дюралюминия с Г-образным или Т-образным профилем, минимизирующим сопротивление электрода набегающему потоку воздуха, и расположен вдоль заземленного электрода 3. Толщина граней электрода 1 может составлять 2-3 мм, что обеспечивает значительную теплоемкость, препятствующую быстрому перегреву отдельных зон при горении разряда. Кромка электрода 1, обращенная к заземленному электроду 3, непосредственно вдоль которой бежит разряд, заточена для облегчения горения разряда. На конце анода расположен срыватель разряда 6, служащий для того, чтобы «срывать» в конце пути распространяющийся вдоль обрабатываемого материала разряд. Срыватель выполнен из диэлектрического материала, например, фторопласта, в виде объемного тела с гладкой формой поверхности без заостренных Частей вблизи конца разрядного электрода с плавным увеличением толщины (в виде «волны»), например, как показано на фиг. 8, 9. Наличие срывателя и его форма обеспечивают максимально плавное «снятие» разряда с разрядного электрода, не нарушая воздушного потока. Наличие заостренных элементов вблизи конца электрода и нарушение газового потока ведет к локализации разряда в одном месте и к остановке обработки материала.The electrode block includes a
Заземленный электрод 3 может быть выполнен в виде листа толщиной от 2 до 5 мм из стали или дюралюминия и шириной 4-6 см. Заземленный электрод 3 располагают соосно под разрядным электродом 1 на всем пути следования разряда и обработки поверхности материала. В левой части заземленного электрода 3 выполнено отверстие 7 для перемещения и регулировки поджигного электрода 5 по вертикали и горизонтали для подстройки под конкретную толщину обрабатываемого материала. Заземленный 3 и поджигной 5 электроды соединены между собой проводом или щеткой для обеспечения хорошего электрического контакта.The grounded
Поджигной электрод 5 выполнен в виде флажка из стали или дюралюминия. Толщина флажка может составлять 2-3 мм, что обеспечивает значительную теплоемкость, препятствующую быстрому перегреву отдельных зон при горении разряда. Скошенная грань флажка, направленная в сторону разрядного электрода, выполнена зубчатого рельефа (например, в виде «лесенки»). Расположение ступенек-зубьев на грани поджигного электрода увеличивает плотность силовых линий электрического поля вблизи углов и тем самым облегчает поджиг разряда, уменьшая напряжение пробоя. Ступеньки могут быть выполнены с шагом 1 мм. В нижней части поджигного электрода выполнены две продольные прорези 8 для регулировки вертикального положения и его фиксации. Сам флажок помещен на ось 9 для осуществления горизонтальной трансляции флажка. В качестве устройства для горизонтальной трансляции может быть использована обычная резьбовая шпилька с гайкой, установленной в корпус устройства, или микрометрическая головка (фиг. 7).The
Существенным в заявляемой конструкции является выполнение конструктивных элементов блока электродов с обеспечением возможности регулировки размеров пробойного и разрядного промежутков, которая осуществляется с помощью узла 4 настройки положения поджигного электрода 5 по вертикали и горизонтали. Узел 4 обеспечивает также регулировку воздушного зазора между кромкой разрядного электрода 1 и поверхностью заземленного электрода 3, для возможности обработки материалов разной толщины, который может быть реализован посредством изменения положения разрядного электрода 1 по вертикали.Essential in the claimed design is the implementation of the structural elements of the electrode block with the possibility of adjusting the sizes of the breakdown and discharge gaps, which is carried out using the
Заявляемый блок электродов размещен в устройстве плазменной обработки материалов (УПО), которое может иметь различное конструктивное исполнение. Один из вариантов такого исполнения представлен на фиг. 1. УПО, помимо блока электродов, содержит две опоры, на которой закреплена протяженная рама (одна, две или более), и детали узла настройки положения поджигного электрода по вертикали и горизонтали (фиг. 4). Заземленный электрод 3 блока электродов размещен на нижней раме, разрядный электрод 1 закреплен с нижней стороны верхней рамы, поджигной электрод 5 посредством оси 9 закреплен на опоре. Электроды снабжены выводами для подключения к системе электропитания.The inventive block of electrodes is placed in a device for plasma processing of materials (UPR), which may have a different design. One embodiment of this embodiment is shown in FIG. 1. UPR, in addition to the block of electrodes, contains two supports on which an extended frame is fixed (one, two or more), and the details of the node for adjusting the position of the ignition electrode vertically and horizontally (Fig. 4). The grounded
Опора, с одной стороны (со стороны разряда) содержит четыре металлические шпильки 11, с противоположной - две. На шпильках 11 последовательно установлены следующие детали: пластины оснований 12, которые фиксируют положение шпилек в пространстве, затем держатели нижней рамы 13 (фиг. 6) вместе с держателем 14 флажка (фиг. 7), затем сопло 15 (см. фиг. 5) и, наконец, держатель верхней рамы 16. Опора 10 выполнена с возможностью перемещения упомянутых деталей по шпилькам в процессе эксплуатации устройства относительно друг друга, что особенно важно при смене режимов обработки.The support, on the one hand (on the discharge side) contains four
Держатель 14 флажка (поджигного электрода 5) выполнен таким образом, что возможно возвратно-поступательное перемещение флажка с сохранением его строго вертикального положения соосно направлению распространения разряда (вдоль разрядного 1 и заземленного 3 электродов). Перемещение флажка может осуществляться путем вращения накладки на шайбу. Накладка на шайбу приводит во вращение гайку, положение которой на оси рамы зафиксировано, что приводит в движение ось держателя 9 и прикрепленного к ней флажка. На флажке выполнены продольные прорези для обеспечения возможности плавной регулировки высоты его выступа над заземленным электродом (фиг. 3). Таким образом возможно сохранение пробойного промежутка между поджигным и разрядным электродом при обработке материалов различной толщины.The holder 14 of the flag (ignition electrode 5) is made in such a way that the flag can be moved back and forth while maintaining its strictly vertical position coaxial with the direction of discharge propagation (along
В одном из вариантов выполнения в конструкции УПО использованы две рамы 17 и 18 (фиг. 1, 4), между которыми над основанием на шпильках 11 установлено сопло 15 (фиг. 5), которое служит для ввода направленного воздушного потока в межэлектродный промежуток. Конструкция сопла 15 выполнена таким образом, чтобы с одной стороны реализовать возможность стыковки вентилятора, а с другой сфокусировать поток воздуха в межэлектродный промежуток на поджигной 5 и разрядный 1 электроды. На входе сопло 15 имеет круглое сечение в размер подающей газовый поток гибкой подводки, на выходе - прямоугольное по размерам канала, внутри которого осуществляется горение разряда.In one embodiment, two
Держатели рамы 13 и 16 (фиг. 6) состоят из двух одинаковых частей - элементов: на один рама устанавливается, а другим - прижимается путем винтового прижима на шпильках. Для исключения горизонтального соосного устройству перемещения рама закреплена в держателях с помощью боковых винтов.The holders of the
Рамы 17, 18 состоят из 6 пластин из оргстекла. Две из этих пластин являются основаниями с пазами для установки четырех оставшихся пластин, выступающих в качестве ребер жесткости. После сборки, пластины сжимают винтами в двух направлениях. Конструкция рамы практически не предполагает провисаний на почти метровом расстоянии между опорами, что позволяет обеспечить точность выставления межэлектродного расстояния на уровне 0,5 мм. К нижней грани верхней рамы прикреплен разрядный электрод, к верхней грани нижней рамы - заземленный. Поджигной электрод с осью 9 расположен внутри нижней рамы. На боковых поверхностях рамы выполнены отверстия для крепления шторок 19.
Шторки 19 выполнены из оргстекла аналогично пластинам рамы. Их функция заключается в герметизации межэлектродного пространства, незадействованного при обработке образцов различных материалов. Продольная прорезь шторок позволяет осуществлять регулировку их положения по вертикали, а также перекрывать незадействованную часть устройства для случаев обработки узких площадных материалов.The
Устройство для плазменной обработки материалов с заявляемым блоком электродов работает следующим образом.A device for plasma processing of materials with the claimed block of electrodes works as follows.
Разряд на основе емкостного ВЧ разряда атмосферного давления с рабочей частотой 13.56 МГц инициируют (поджигают) на краю обрабатываемого материала между поджигным и разрядным электродом, который смещается потоком воздуха в промежуток между разрядным и заземленным электродом и движется вдоль поверхности обрабатываемого материала. В конце своего пути разряд обрывается в области «срывателя», и процесс повторяется снова. Частота повторений составляет величину порядка 10-20 Гц в зависимости от скорости воздуха в системе продува и ширины обрабатываемого материала. Система регулировки блока электродов позволяет выставлять разрядный промежуток между поджигным и разрядным электродами для случаев обработки материалов различной толщины путем горизонтальных и вертикальных возвратно-поступательных перемещений. Форма поджигного электрода же обеспечивает легкий поджиг и длительность срока его эксплуатации благодаря обеспечению плавного смещения разряда с поджигного электрода в промежуток между разрядным и заземленным электродами, а также значительную теплоемкость, препятствующую быстрому перегреву отдельных зон при горении разряда.A discharge based on a capacitive RF atmospheric pressure discharge with an operating frequency of 13.56 MHz is initiated (ignited) at the edge of the processed material between the ignition and discharge electrodes, which are displaced by the air flow into the gap between the discharge and grounded electrodes and move along the surface of the processed material. At the end of its path, the discharge breaks off in the “tearing” region, and the process repeats again. The repetition rate is of the order of 10-20 Hz, depending on the air speed in the blowing system and the width of the processed material. The electrode block adjustment system allows you to set the discharge gap between the ignition and discharge electrodes for cases of processing materials of various thicknesses by horizontal and vertical reciprocating movements. The shape of the ignition electrode, however, provides easy ignition and the duration of its operation due to the smooth displacement of the discharge from the ignition electrode between the discharge and grounded electrodes, as well as significant heat capacity, which prevents the rapid overheating of individual zones during discharge burning.
Пример конкретной реализации полезной моделиAn example of a concrete implementation of a utility model
Было изготовлено устройство для плазменной активации поверхности материала при атмосферном давлении со следующими конструктивными параметрами: ширина обрабатываемого материала 100 см, шаг регулировки ширины материала 10 см, диапазон толщин обрабатываемых материалов от 0.1 до 20 мм, рабочая частота 13.56 МГц, давление атмосферное, рабочий газ - воздух, рабочая мощность - порядка 400 Вт, время непрерывной работы - более 24 часов.A device was made for plasma activation of the surface of the material at atmospheric pressure with the following design parameters: width of the processed material 100 cm, step for adjusting the width of the material 10 cm, thickness range of the processed materials from 0.1 to 20 mm, operating frequency 13.56 MHz, atmospheric pressure, working gas - air, working power - about 400 W, continuous operation time - more than 24 hours.
Изготовленное устройство было подключено к ВЧ генератору, в качестве которого использовался HFP GA-13.1-A7, системе согласования ATN-10 ООО "АКТАН ВАКУУМ" и системе подачи воздуха. В качестве рабочего газа использовался атмосферный воздух, в качестве устройства для нагнетания/откачки газа служил вихревой вентилятор Erstvak evl33/28 (фиг. 10). Основной электрод был выполнен из алюминиевого Г-образного профиля, поджигной электрод - в виде флажка с продольными прорезями для вертикальной регулировки положения.The manufactured device was connected to a high-frequency generator, which was used as HFP GA-13.1-A7, the ATN-10 approval system of AKTAN VACUUM LLC and the air supply system. Atmospheric air was used as the working gas; the Erstvak evl33 / 28 vortex fan was used as a device for pumping / pumping gas (Fig. 10). The main electrode was made of an aluminum L-shaped profile, the ignition electrode was in the form of a flag with longitudinal slots for vertical adjustment of position.
Изготовленное устройство для плазменной активации поверхности материала при атмосферном давлении было успешно отработано на листовом стекле. Были измерены значения контактных углов смачивания в зависимости от количества проходов по материалу плазменным устройством, а также деградация эффекта гидрофильности в зависимости от времени, прошедшем после обработки. Краевой угол смачивания листового стекла уменьшился с 40° без обработки до 7° после его пропускания через ВЧ емкостной разряд в атмосфере воздуха.The fabricated device for plasma activation of the surface of the material at atmospheric pressure was successfully tested on sheet glass. The contact wetting angles were measured depending on the number of passes through the material by a plasma device, as well as the degradation of the hydrophilicity effect depending on the time elapsed after treatment. The contact angle of wetting of sheet glass decreased from 40 ° without treatment to 7 ° after it was passed through an RF capacitive discharge in an air atmosphere.
Была проведена качественная проверка влияния плазменной обработки на изменения адгезионных свойств листового стекла. Для этого полосу шириной ~8 см и длиной 45 см обработали ВЧ атмосферным разрядом (на рабочей частоте 13.56 МГц, прямой мощности 400 Вт и 90 Вт отраженной) при помощи изготовленного прототипа устройства в течение 10 секунд. В результате этих предварительных опытов было доказано увеличение гидрофильности стекла после обрабатывающего воздействия плазмы. Так, при распылении воды на поверхность листового стекла с помощью пульверизатора наблюдалось резкое различие в поведении водяных капель, попавших на обработанную и необработанную поверхность. В первом случае вода хорошо смачивало стеклянную поверхность с образованием тонкой прозрачной однородной поверхностной пленки. Напротив, на необработанных участках скапливались отдельные капли воды, не смачивающие поверхность, таким образом, образуя непрозрачную поверхность. После качественного подтверждения улучшения смачиваемости листового стекла после плазменной обработки были проведены количественные измерения влияния различных режимов обработки атмосферным ВЧ разрядом на адгезионные свойства материала. Для сравнения влияния длительности экспозиции на эффективность активации поверхности листового стекла были проведены следующие испытания. Измерения краевого угла смачивания воды проводились на полосках шириной 8 см и длиной 45 см. Всего 4 полосы. Первая полоса обрабатывалась только спиртом. Вторая спиртом и плазмой в течение 10 сек. Третья спиртом и плазмой в течение 30 сек. Четвертая спиртом и плазмой в течение 60 сек.A qualitative check of the effect of plasma treatment on changes in the adhesive properties of sheet glass was carried out. For this, a strip with a width of ~ 8 cm and a length of 45 cm was treated with a HF atmospheric discharge (at an operating frequency of 13.56 MHz, direct power of 400 W and 90 W reflected) using the manufactured prototype of the device for 10 seconds. As a result of these preliminary experiments, an increase in the hydrophilicity of glass after the processing exposure to plasma was proved. So, when spraying water on the surface of a sheet glass using a spray bottle, there was a sharp difference in the behavior of water droplets that fell on the treated and untreated surface. In the first case, water well wetted the glass surface with the formation of a thin transparent uniform surface film. On the contrary, in the untreated areas, individual drops of water accumulated that did not wet the surface, thus forming an opaque surface. After a qualitative confirmation of the improvement in the wettability of flat glass after plasma treatment, quantitative measurements of the effect of various treatment modes by atmospheric RF discharge on the adhesive properties of the material were carried out. To compare the effect of exposure duration on the activation efficiency of a sheet glass surface, the following tests were carried out. Measurements of the wetting angle of water were carried out on
Для проверки степени однородности обработки материала по длине устройства было проведено зонирование исследуемых образцов перед обработкой. Каждая полоса разделялась на 3 зоны шириной 8 см и длиной 15 см. Первая зона находилась ближе к флажку (месту инициирования разряда), вторая дальше, а третья была наиболее удаленной. После обработки на каждую из поверхностей наносилась капля объемом 15 мкл. Осуществлялось фотографирование профиля этой капли, и производился анализ контактного угла смачивания. Контактный угол смачивания определялся путем усреднения значений «левого» и «правого» углов на фото. Результаты измерений приведены в таблице 2.To verify the degree of homogeneity of the processing of the material along the length of the device, zoning of the test samples was carried out before processing. Each strip was divided into 3 zones with a width of 8 cm and a length of 15 cm. The first zone was closer to the flag (the place where the discharge was initiated), the second farther, and the third was the most distant. After treatment, a drop of 15 μl was applied to each surface. The profile of this drop was photographed, and the contact angle of wetting was analyzed. The contact wetting angle was determined by averaging the “left” and “right” angles in the photo. The measurement results are shown in table 2.
По итогам проведенных испытаний была продемонстрирована успешность применения устройства для плазменной обработки листового стекла в целях увеличения гидрофильности его поверхности.According to the results of the tests, the successful application of the device for plasma processing of sheet glass was demonstrated in order to increase the hydrophilicity of its surface.
Благодаря предложенному решению устройство может осуществлять обработку площадных материалов в непрерывном режиме более 24 часов подряд без видимых разрушений блока электродов с получением высокого качества плазменной обработки по всей поверхности материала.Thanks to the proposed solution, the device can process area materials continuously for more than 24 consecutive hours without visible damage to the electrode block to obtain high-quality plasma processing over the entire surface of the material.
Таким образом, заявляемое устройство характеризуется следующими преимуществами:Thus, the claimed device is characterized by the following advantages:
- значительной теплоемкостью блока электродов, препятствующую быстрому перегреву отдельных зон при горении разряда и обеспечивающей возможность длительной (более 24 часов) непрерывной обработки материалов без видимых повреждений блока электродов;- significant heat capacity of the electrode block, which prevents the rapid overheating of individual zones during discharge burning and provides the possibility of long-term (more than 24 hours) continuous processing of materials without visible damage to the electrode block;
- плавностью перехода разряда из области поджига между поджигным и разрядным электродом далее в разрядный промежуток между разрядным и заземленным электродом, что препятствует локализации разряда в одном месте и препятствует нагреву и последующему выходу из строя отдельных элементов конструкции;- the smooth transition of the discharge from the ignition region between the ignition and discharge electrodes further into the discharge gap between the discharge and the grounded electrode, which prevents the discharge from localizing in one place and prevents the heating and subsequent failure of individual structural elements;
- стабильностью горения и перемещения разряда и, как следствие, высокой равномерностью обработки материала ввиду отсутствия локализации разряда вблизи поджигного электрода- the stability of combustion and displacement of the discharge and, as a consequence, the high uniformity of the processing of the material due to the lack of localization of the discharge near the ignition electrode
- стабильностью горения и перемещения разряда и, как следствие, высокой равномерностью обработки материала, благодаря обеспечению стабильного срыва разряда вблизи конца разрядного электрода, что связано как с геометрией, так и с формой и диэлектрическим материалом выполнения срывателя;- the stability of combustion and displacement of the discharge and, as a consequence, the high uniformity of the processing of the material, due to the provision of a stable disruption of the discharge near the end of the discharge electrode, which is associated with both the geometry and the shape and dielectric material of the tear;
- наличием составных частей, являющихся легкими, взаимозаменяемыми, легко изготавливаемыми (в т.ч. с помощью 3D принтера), уменьшением массогабаритных характеристик всего устройства;- the presence of components that are lightweight, interchangeable, easy to manufacture (including using a 3D printer), reducing the overall dimensions of the entire device;
- конструкция блока электродов в совокупности с другими элементами устройства обеспечивает достаточную точность установки межэлектродного расстояния для обеспечения работы устройства с материалами различной толщины.- the design of the electrode block in combination with other elements of the device provides sufficient accuracy for setting the interelectrode distance to ensure the operation of the device with materials of various thicknesses.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019130551U RU194202U1 (en) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019130551U RU194202U1 (en) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU194202U1 true RU194202U1 (en) | 2019-12-03 |
Family
ID=68834438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019130551U RU194202U1 (en) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU194202U1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2196394C1 (en) * | 2001-05-18 | 2003-01-10 | Александров Андрей Федорович | Method and device for plasma treatment of material and plasma generation process |
WO2004099490A1 (en) * | 2003-05-05 | 2004-11-18 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Plasma treatment apparatus and method |
EP2871038A1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-05-13 | Maan Research & Development B.V. | Device for treating a surface |
-
2019
- 2019-09-27 RU RU2019130551U patent/RU194202U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2196394C1 (en) * | 2001-05-18 | 2003-01-10 | Александров Андрей Федорович | Method and device for plasma treatment of material and plasma generation process |
WO2004099490A1 (en) * | 2003-05-05 | 2004-11-18 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Plasma treatment apparatus and method |
EP2871038A1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-05-13 | Maan Research & Development B.V. | Device for treating a surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4414765B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
EP0662866B1 (en) | Electrospray coating apparatus and process | |
US20180066361A1 (en) | Thin film manufacturing device and thin film manufacturing method | |
EP0809275A1 (en) | Treatment method in glow-discharge plasma and apparatus therefor | |
KR101477472B1 (en) | Electrode device for gas discharge sources and method of operating a gas discharge source having this electrode device | |
CL2008003670A1 (en) | Device and method for the treatment of surfaces by means of a plasma produced under atmospheric pressure in which ambient air drawn into a working space between an electrode and a counter-electrode is ionized by discharging asymmetric high voltage pulses of opposite polarity between the electrodes | |
RU194202U1 (en) | ELECTRODE BLOCK DEVICES FOR PLASMA TREATMENT OF A SURFACE OF AREA MATERIALS WITH A HIGH FREQUENCY CAPACITIVE DISCHARGE AT ATMOSPHERIC PRESSURE | |
CN108425098A (en) | System and method for handling substrate | |
US20190077683A1 (en) | Water treatment device and water treatment method | |
JP2000212753A (en) | Manufacture of surface treated article | |
JP2009053655A (en) | Rubbing processing method and device | |
WO2015033193A1 (en) | Silicon wafer coated with silicon oxide | |
KR101327825B1 (en) | Surface treatment method of Aluminium using plasma | |
JP7380432B2 (en) | Mist generator, thin film manufacturing device, and thin film manufacturing method | |
JP3954765B2 (en) | Continuous film forming method and continuous film forming apparatus using atmospheric pressure plasma | |
CN215682719U (en) | Device for measuring surface charge of surface dielectric barrier discharge plasma exciter | |
JP2001279457A (en) | Continuous surface treating method of continuous film deposition method and continuous surface treating system or continuous film deposition system using atmospheric pressure plasma | |
JP3984514B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
JP2008075099A (en) | Thin film deposition device, thin film deposition method, thin film, and thin film stacked body | |
JP2010242174A (en) | Thin film deposition method | |
CN101352965A (en) | Liquid ejection apparatus, liquid ejection method, and method for forming wiring pattern of circuit board | |
Rigit et al. | Degradation of a dielectric barrier discharge plasma actuator | |
KR20130037447A (en) | Surface treatment method of polypropylene using plasma | |
JP2009228014A (en) | Coiling type vacuum deposition method and device | |
JP2001284099A (en) | Discharge system, discharge process method of object using same and manufacturing method of insulating continuum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200928 |