一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體射流技術(shù)領域，更確切地說是一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體發(fā)生器內(nèi)部，氣流通道中氣體溫度與電弧通道內(nèi)氣體溫度相差很大，在一定空間體積內(nèi)兩個通道中氣體壓力不同，電弧通道內(nèi)氣體對氣流通道內(nèi)氣體產(chǎn)生一個反向推力，由于層流等離子體射流的工作氣體流量一般很小，大概只有l(wèi)-30slpm，這個反向推力會造成氣流通道內(nèi)氣流的短暫阻塞，之后由于反向推力減小直至消失，阻塞消除。在層流等離子體發(fā)生器工作時，這個反向推力會周期性的產(chǎn)生和消失，這就造成層流等離子體射流不穩(wěn)定。
[0003]另外在常規(guī)等離子體源中的氣流通道對外連接流量計和減壓閥，對內(nèi)連接電弧通道，等離子體源工作時，電弧通道中工作氣體溫度升高，進而氣壓升高，對氣流通道中的氣體產(chǎn)生一個反向作用力，引起氣流通道中的氣壓波動，且二者壓力相差越大，波動越明顯，這也造成等離子體源射流不穩(wěn)定性。
[0004]國家知識產(chǎn)權(quán)局于2012年07月04日，公開了一種公開號為CN102534569A，名稱為“一種常壓輝光等離子體增強原子層沉積裝置”的發(fā)明專利，該發(fā)明專利包括主腔室，所述主腔室內(nèi)設有前驅(qū)體源進氣管道口、等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極，所述等離子發(fā)生器下電極下方設有加熱器，所述等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極之間形成氣流通道，所述前驅(qū)體源進氣管道口的出口正對氣流通道，其進口與源進氣加熱管道連接，所述源進氣加熱管道與載氣鋼瓶連接，所述源進氣加熱管道上連接有前驅(qū)體源瓶；所述等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極與射頻電源連接，所述等離子發(fā)生器上電極上設有多個將等離子體放電氣體引入的通氣孔，所述通氣孔均與等離子體放電氣體瓶連接；所述加熱器、射頻電源均連接到PLC上，所述PLC與計算機連接。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)為了解決電弧通道內(nèi)工作氣體對氣流通道內(nèi)氣體的反作用力，對進入氣流通道的工作氣體進行加熱，但是這種方法，從一定程度上增大了等離子體源的體積，加大了等離子體源的控制難度，沒有合理利用能量資源，造成一定的資源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法，本發(fā)明的方法簡單，可以合理有效的利用陽極冷卻過程中釋放的熱量，加熱工作氣體，減小電弧通道內(nèi)外工作氣體壓力，穩(wěn)定等離子體射流，同時可以實現(xiàn)等離子體源的自冷卻，提高陽極體能量利用率，避免能量浪費，提高層流等離子體發(fā)生器熱效率。
[0007]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案是實現(xiàn)的:
一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法，其特征在于:包括如下步驟:
冷卻步驟:等離子體源工作時，工作氣體先進入陽極本體內(nèi)部，工作氣體在陽極本體內(nèi)部流通時，工作氣體對陽極本體進行冷卻，同時陽極本體上多余的能量傳導多工作氣體上，對工作氣體進行升溫；然后工作氣體從陽極本體中輸出至
氣流運輸步驟:工作氣體在外殼與陽極本體之間的氣流通道內(nèi)流通，在氣流通道內(nèi)工作氣體的保持溫度或持續(xù)升溫；然后輸送至
等離子體射流步驟:工作氣體從氣流通道內(nèi)流通到電弧通道內(nèi)，在電弧通道內(nèi)將工作氣體加熱并使其電離成等離子體，然后從電弧通道射出形成等離子體射流。
[0008]所述工作氣體在陽極本體內(nèi)部流通具體是指:所述陽極本體內(nèi)部設置有冷卻通道；所述陽極本體上設置有進氣口和出氣口 ；所述進氣口和出氣口分別與冷卻通道連通；所述冷卻通道上設置有冷卻結(jié)構(gòu)，工作氣體從進氣口進入到陽極本體內(nèi)部，從出氣口輸送至氣流通道內(nèi)。
[0009]所述冷卻結(jié)構(gòu)為設置在陽極本體內(nèi)部的空腔；所述空腔分別與進氣口和出氣口連通。
[0010]所述冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道環(huán)狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0011]所述冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0012]冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道呈豎直螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0013]冷卻結(jié)構(gòu)是由所述冷卻通道呈水平螺旋狀分布在陽極本體內(nèi)部形成的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0014]所述冷卻通道上至少設置有一層冷卻結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益技術(shù)效果表現(xiàn)在:
1、等離子體源工作時工作氣體由進氣口進入陽極本體內(nèi)部，氣體在內(nèi)氣流通道中帶走陽極本體能量，最后由出氣口進入等離子體源的氣流通道內(nèi)，最后進入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過陽極本體內(nèi)部的內(nèi)氣流通道時，吸收陽極本體釋放的能量，溫度升高，氣壓增加，使得電弧通道內(nèi)外氣體壓力差減小，氣流波動減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時陽極本體上額外的能量部分被用于氣體電離，提高了等離子體源的熱效率。
[0016]2、為了進一步提高冷卻效果，陽極本體內(nèi)部可以設置多層內(nèi)氣流通道，增大工作氣體與陽極本體的接觸面積，從而進一步提高了冷卻陽極和吸收陽極本體上額外能量的效果O
[0017]3、陽極本體內(nèi)部的內(nèi)氣流通道呈螺旋狀分布或環(huán)狀分布，都是為了增大工作氣體與陽極本體的接觸面積，而進一步提高了冷卻陽極和吸收陽極本體上額外能量的效果。
【附圖說明】
[0018]圖1為多環(huán)狀內(nèi)氣流通道陽極的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為螺旋狀內(nèi)氣流通道陽極的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為等離子體源整體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標記:1、陽極本體，2、冷卻通道，21、冷卻結(jié)構(gòu)，3、進氣口，4、出氣口，5、電弧通道，6、氣流通道，7、陰極體。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
作為本發(fā)明一較佳實施例，本實施例公開了一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法，本實施例包括如下步驟:
冷卻步驟:等離子體源工作時，工作氣體先進入陽極本體內(nèi)部，工作氣體在陽極本體內(nèi)部流通時，工作氣體對陽極本體進行冷卻，同時陽極本體上多余的能量傳導多工作氣體上，對工作氣體進行升溫；然后工作氣體從陽極本體中輸出至
氣流運輸步驟:工作氣體在外殼與陽極本體之間的氣流通道內(nèi)流通，在氣流通道內(nèi)工作氣體的保持溫度或持續(xù)升溫；然后輸送至
等離子體射流步驟:工作氣體從氣流通道內(nèi)流通到電弧通道內(nèi)，在電弧通道內(nèi)將工作氣體加熱并使其電離成等離子體，然后從電弧通道射出形成等離子體射流。工作氣體在經(jīng)過陽極本體內(nèi)部的內(nèi)氣流通道時，吸收陽極本體釋放的能量，使得工作氣體溫度升高，氣壓增加，使得電弧通道內(nèi)外氣體壓力差減小，氣流波動減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時陽極本體上額外的能量部分被用于氣體電離，提高了等離子體源的熱效率。
[0020]實施例2
作為本發(fā)明又一較佳實施例，本實施例公開了一種穩(wěn)定層流等離子體射流的方法，本實施例包括如下步驟:
冷卻步驟:等離子體源工作時，工作氣體先進入陽極本體內(nèi)部，工作氣體在陽極本體內(nèi)部流通時，工作氣體對陽極本體進行冷卻，同時陽極本體上多余的能量傳導多工作氣體上，對工作氣體進行升溫；然后工作氣體從陽極本體中輸出至
氣流運輸步驟:工作氣體在外殼與陽極本體之間的氣流通道內(nèi)流通，在氣流通道內(nèi)工作氣體的保持溫度或持續(xù)升溫；然后輸送至
等離子體射流步驟:工作氣體從氣流通道內(nèi)流通到電弧通道內(nèi)，在電弧通道內(nèi)將工作氣體加熱并使其電離成等離子體，然后從電弧通道射出形成等離子體射流。工作氣體在經(jīng)過陽極本體內(nèi)部的內(nèi)氣流通道時，吸收陽極本體釋放的能量，使得工作氣體溫度升高，氣壓增加，使得電弧通道內(nèi)外氣體壓力差減小，氣流波動減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時陽極本體上額外的能量部分被用于氣體電離，提高了等離子體源的熱效率。
[0021]所述工作氣體在陽極本體內(nèi)部流通具體是指:所述陽極本體I內(nèi)部設置有冷卻通道2 ;所述陽極本體I上設置有進氣口 3和出氣口 4 ;所述進氣口 3和出氣口 4分別與冷卻通道2連通；所述冷卻通道2上設置有冷卻結(jié)構(gòu)21。
[0022]等離子體源工作時工作氣體由進氣口進入陽極本體內(nèi)部，氣體在內(nèi)氣流通道中帶走陽極本體能量，最后由出氣口進入等離