RU2027324C1 - Высокочастотный емкостный плазмотрон - Google Patents
Высокочастотный емкостный плазмотрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2027324C1 RU2027324C1 RU93010304A RU93010304A RU2027324C1 RU 2027324 C1 RU2027324 C1 RU 2027324C1 RU 93010304 A RU93010304 A RU 93010304A RU 93010304 A RU93010304 A RU 93010304A RU 2027324 C1 RU2027324 C1 RU 2027324C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- gas
- discharge chamber
- chamber
- discharge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к технике электрических разрядов в газе, а именно к конструкции высокочастотных плазмотронов, и может быть использовано в плазмохимии, в процессах тепловой и ионной обработки диэлектрических и металлических материалов и изделий (упрочнение поверхности металлов, плавление, сварка, резка и др.), в диагностике плазмы. Техническим результатом, который позволяет достичь изобретение, является расширение технологических возможностей высокочастотных емкостных (ВЧЕ) плазмотронов за счет свободного доступа к участку положительного столба (дуги) разряда между электродами. Указанный результат достигается за счет того, что в ВЧЕ-плазмотроне, состоящем из диэлектрической газоразрядной камеры-трубки, системы охватывающих трубку проводящих охлаждаемых электродов, присоединяемых к источнику высокочастотного напряжения, системы подачи и вывода газа из камеры, газоразрядная камера-трубка выполнена из двух соосно размещенных участков, располагаемых с некоторым регулируемым зазором между ними так, что образуется свободное технологическое пространство, открывающее доступ к положительному столбу разряда, служащее одновременно для выхода плазмообразующего газа, причем оптимальное отношение величины зазора l к диаметру трубки d лежит в пределах 0,10 - 0,25. Высокочастотное устройство состоит из двух, охлаждаемых проточной водой, проводящих цилиндрических электродов, охватывающих камеру-трубку, которая состоит из двух соосно размещенных участков. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике электрических разрядов в газе, а именно к конструкции высокочастотных (ВЧ) плазмотронов, и может быть использовано в плазмохимии, процессах тепловой и ионной обработки диэлектрических и металлических материалов и изделий (упрочнение поверхности металлов, плавление, сварка, резка и др.), в диагностике плазмы.
Известны ВЧ емкостные (ВЧЕ) плазмотроны с дуговой формой разряда [1] и с тлеющим разрядом [2], снабженные внешними кольцевыми электродами, охватывающими диэлектрическую разрядную камеру, с торцовым узлом ввода плазмообразующего газа и обрабатываемого материала.
Недостатком этих устройств является узкая область технологического применения, ограниченная в основном плазмохимией. Это обязано тому, что торцовая подача эффективна лишь для реагентов и материалов, находящихся в газообразном состоянии. Обработка твердых материалов, например порошков, требует либо изменения конструкции ВЧЕ-плазмотрона, либо использования "хвоста" плазмы, где ее энергетические параметры существенно ниже, чем в самом разряде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ВЧЕ-плазмотрон, содержащий диэлектрическую разpядную камеру, охватывающие ее кольцевые электроды, подключенные к ВЧ-генератору, торцовые узлы встречного ввода реагентов в ВЧЕ-разряд и реактор, присоединенный к разрядной камере, для чего в ее средней части имеется отверстие. Сама разрядная камера может иметь форму как прямой, так и изогнутой трубки.
Недостатки ВЧЕ-плазмотронов и с торцовым вводом исходных продуктов присущи и прототипу.
Изобретение позволяет расширить технологические возможности ВЧЕ-плазмотронов за счет свободного доступа к участку положительного столба (дуги) разряда между электродами.
Поставленная задача решается следующим образом.
В ВЧЕ-плазмотроне, состоящем из диэлектрической газоразрядной камеры-трубки, системы охватывающих трубку проводящих охлаждаемых электродов, присоединяемых к источнику ВЧ-напряжения, системы подачи и вывода газа из камеры, газоразрядная камера-трубка выполнена из двух соосно размещенных участков, располагаемых с некоторым регулируемым зазором между ними так, что образуется свободное технологическое пространство, открывающее доступ к положительному столбу разряда, служащее одновременно для выхода плазмообразующего газа, причем оптимальное отношение величины зазора l к диаметру трубки d лежит в пределах l/d = 0,10-0,25, (1). Верхний предел отношения (1) обусловлен необходимостью устойчивого положения столба на оси плазмотрона, нижний - допустимыми температурами торцов трубок. Участки камеры-трубки могут размещаться также под углом α между осями участков трубки, который не должен быть более 90о.
Для повышения устойчивости столба на оси плазмотрона в зазоре и регулирования диаметра столба торцы разрядной трубки, обращенные к зазору, могут быть снабжены сменными насадками из диэлектрического тугоплавкого материала. Они служат также для защиты материала торцов (обычно кварцевого стекла) от температурного разрушения и увеличивают ресурс работы плазмотрона.
Плотность эмиссионного тока, а следовательно, и ток положительного столба могут быть увеличены при неизменном напряжения между электродами плазмотрона посредством нанесения эмиссионно-активного покрытия в виде тонкого слоя окислов SiO2, MgO, Al2O3 и др. толщиной 0,1-0,5 мм на расположенные под электродами участки внутренней поверхности трубок (трубки).
Существенным отличием заявляемого плазмотрона от прототипа является наличие особенностей конструкции, обеспечивающих новое качество плазмотрона: создание технологического доступа к выбранному участку положительного столба, позволяющее осуществить ряд новых для ВЧЕ-плазмотрона технологических процессов: сварку элементов стекловолоконной оптики, высокотемпературную обработку проводниковых и пролупроводниковых материалов, активацию поверхности порошковых материалов и др. Конструктивные особенности заявленного устройства обусловлены своеобразием физических процессов, протекающих в ВЧЕ-плазмотронах с тлеющим разрядом.
ВЧ-тлеющий разряд включает области пристеночных процессов - выхода вторичных электронов с поверхности диэлектрика под воздействием ионной бомбардировки мгновенного катода, определяющих собой существование тлеющего разряда, и положительный плазменный столб с малым электрическим сопротивлением, связующим его с областями катодного и анодного падения напряжения. Анодом здесь служит аналогичный участок трубки под другим электродом. При смене полярности ВЧ-напряжения катод и анод меняются местами. Положительный столб располагается строго на оси камеры-трубки. Это обязано электростатическому взаимодействию положительных зарядов на поверхности столба и диффундирующих на стенки трубок отрицательных зарядов, где они рекомбинируют с положительными ионами так, что электрическое поле между столбом и стенкой трубки при выбранной величине тока разряда и роде плазмообразующего газа оказывается неизменным. Как показали опыты, разделение разрядной камеры-трубки на две части с небольшим зазором между ними не вызывает заметной утечки зарядов с поверхности столба и трубки и, следовательно, изменения его температуры и положения на оси симметрии разрядной камеры. Малое относительно всей цепи тока разряда сопротивление столба несущественно влияет на настройку ВЧ-генератора. Таким образом, предлагаемое изменение конструкции плазмотрона, расширяющее его технологические возможности, не изменяет физической природы тлеющего разряда, но обеспечивает расширение технологических возможностей ВЧЕ-плазмотрона.
Значительная часть мощности, вкладываемой в ВЧЕ-разряд, выделяется в виде тепла в прикатодных областях разряда, что приводит к разогреву участков кварцевой трубки под электродами. Чтобы увеличить ток в положительном столбе, не повышая приложенного к плазмотрону напряжения, на участки поверхности трубок наносятся тонкие слои активных в плане ионно-электронной эмиссии материалов SiO2, MgO, Al2O3 и др. Упомянутая тонкая пленка окислов является элементом, не изменяющим габариты и принцип действия плазмотрона, и может быть отнесена к конструктивным элементам плазмотрона.
На фиг. 1 представлен ВЧЕ-плазмотрон с газоразрядной камерой-трубкой, разделенной на две части; на фиг.2 - ВЧЕ-плазмотрон с разрядной камерой, два участка которой расположены под углом α друг к другу, где 1,2 - газоразрядная камера-трубка диаметром d, состоящая из двух участков, 3,4 - система охватывающих камеру металлических охлаждаемых электродов (система охлаждения на фигурах не показана), 5,6 - система встречной подачи и одностороннего вывода газа из камеры-трубки, 7 - источник ВЧ-напряжения, 8 - регулируемый зазор, l - величина зазора, 9 - технологическое пространство, образуемое зазором, 10,11 - слой эмиссионно-активного материала толщиной 0,1-0,5 мм.
ВЧ-устройство состоит из двух охлаждаемых проточной водой, проводящих цилиндрических электродов 3,4, охватывающих диэлектрическую разрядную камеру-трубку, которая состоит из двух соосно размещенных участков 1,2. На внутреннюю поверхность кварцевых трубок под электродами наносится слой 10,11 эмиссионно-активного материала толщиной 0,1-0,5 мм, например MgO. Электроды 3,4 подключены к ВЧ-генератору мегагерцевого диапазона. Подача плазмообразующего газа (аргон) и рабочих органов (кислород, азот) осуществляется с торцов 5, 6 разрядной камеры, газоотвод - через зазор 8 между участками трубки.
ВЧЕ-плазмотрон работает следующим образом.
В диэлектрическую газоразрядную камеру-трубку, разделенную на два соосно расположенных участка, подается через систему 5 встречной подачи плазмообразующий газ (аргон), на систему охватывающих трубку проводящих охлаждаемых электродов 3, 4 - ВЧ-напряжение, затем возбуждается ВЧЕ-разряд, после чего аргон с помощью системы 6 подвода и вывода газа замещается рабочим газом (кислород, азот и т.п.) либо смесью газов. В разрядной камере плазмотрона разряд располагается по оси трубки и приобретает визуально наблюдаемый диаметр, зависящий от состава и расхода рабочего газа, мощности источника и диаметра разрядной камеры-трубки.
После выхода плазмотрона на рабочий режим материалы или изделия, требующие высокотемпературной обработки (плавление, сварка и т.п.), вводят в технологическое пространство 9. Например, в процессе получения ответвителей оптических волокон предварительно обработанный и скрученный пучок волокон, расположенный горизонтально, вводится через зазор величиной 5 мм в вертикальный столб (дугу) диаметром 6 мм кислородно-аргоновой плазмы. Сплавление волокон происходит на оси столба при температурах ≈1700оС. По окончании процесса, длящегося доли секунды, изделие выводится из технологического пространства.
Claims (4)
1. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ПЛАЗМОТРОН, состоящий из диэлектрической газоразрядной камеры-трубки, системы охватывающих трубку проводящих охлаждаемых электродов, присоединяемых к источнику высокочастотного напряжения, системы подачи и вывода газа из камеры, отличающийся тем, что газоразрядная камера-трубка выполнена из двух соосных участков, располагаемых с некоторым регулируемым зазором между собой так, что образуется свободное технологическое пространство, открывающее доступ к положительному столбу разряда и служащее одновременно для выхода плазмообразующего газа, причем оптимальное отношение величины зазора к диаметру трубки лежит в пределах l/d = 0,10 - 0,25.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоразрядная камера-трубка разделена на два участка, размещенных под некоторым углом α < 90° один к другому.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что участки внутренней поверхности газоразрядной камеры-трубки, расположенные под электродами, покрыты слоем эмиссионно-активного материала толщиной 0,1 - 0,5 мм.
4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что торцы газоразрядной камеры-трубки, обращенные к зазору, снабжены сменными насадками из диэлектрического тугоплавкого материала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93010304A RU2027324C1 (ru) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Высокочастотный емкостный плазмотрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93010304A RU2027324C1 (ru) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Высокочастотный емкостный плазмотрон |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2027324C1 true RU2027324C1 (ru) | 1995-01-20 |
RU93010304A RU93010304A (ru) | 1995-07-20 |
Family
ID=20137849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93010304A RU2027324C1 (ru) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Высокочастотный емкостный плазмотрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2027324C1 (ru) |
-
1993
- 1993-02-26 RU RU93010304A patent/RU2027324C1/ru active
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 739756, кл. H 05B 7/18, 1978. * |
2. Дмитриев А.В., Подымов А.Н., Белов Г.Г. Тлеющий разряд высокой частоты в кислороде при атмосферном давлении. Высокочастотная техника на службе интенсификации промышленного производства. Сборник научных трудов ВНИИ ЭТО. М.: Информэлектро, 1983. * |
3. Рыкалин Н.Н., Сорокин Л.М. Металлургические ВЧ-плазматроны. Электро-и газодинамика. М.: Наука, 1987, с.13, (рис.1.6 в,г). * |
4. Proceedings of the IEEE, vol. 59, N 4, 1971. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5243169A (en) | Multiple torch type plasma generation device and method of generating plasma using the same | |
US5549780A (en) | Method for plasma processing and apparatus for plasma processing | |
US5961772A (en) | Atmospheric-pressure plasma jet | |
US5418430A (en) | Plasma generator with field-enhancing electrodes | |
US5369336A (en) | Plasma generating device | |
JP2657850B2 (ja) | プラズマ発生装置およびそれを用いたエッチング方法 | |
EP0703602B2 (en) | Light source device using a dielectric barrier discharge lamp | |
CN107210178A (zh) | 用于利用自谐振设备的等离子体点火的装置和方法 | |
CA2370991A1 (en) | Large area atmospheric-pressure plasma jet | |
US4992642A (en) | Plasma torch with cooling and beam-converging channels | |
JP2002231498A (ja) | 複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置 | |
JP3345079B2 (ja) | 大気圧放電装置 | |
RU2027324C1 (ru) | Высокочастотный емкостный плазмотрон | |
KR100760551B1 (ko) | 상압 플라즈마 발생장치 | |
JPH05275191A (ja) | 大気圧放電方法 | |
JP3662621B2 (ja) | 誘導プラズマの発生方法および装置 | |
US3472995A (en) | Electric arc torches | |
KR100599461B1 (ko) | 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마프로세스 시스템 | |
KR100500427B1 (ko) | 상압플라즈마를 이용한 표면처리장치 | |
CA1093628A (en) | Device and method of starting a long radiation source | |
JP3175891B2 (ja) | プラズマ発生装置およびそれを用いたエッチング方法 | |
KR20040010898A (ko) | 대기압 마이크로 웨이브 플라즈마 방전시스템의 점화장치 | |
JP3168848B2 (ja) | 誘電体バリア放電ランプ装置 | |
JPH06290896A (ja) | 高周波プラズマヒータおよびその運転方法 | |
KR100672230B1 (ko) | 동공 음극 플라즈마 장치 |