一種基于滑動電弧放電原理的等離子發(fā)生器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子發(fā)生器，特別是涉及一種用于巴氏合金、搪瓷、陶瓷、非晶合金等材料的基于滑動電弧放電原理的等離子發(fā)生器。
【背景技術】
[0002]工業(yè)裝置常有一些材料需要在表面制備一層特殊功能的材料，如支撐軸承，需要在表面制備一層巴氏合金材料、流體輸送管道需要在內表面制備一層特殊的非晶材料(如搪瓷等)，以實現(xiàn)功能需要，由于這些材料熔點低、易氧化，而且對溫度很敏感，過熱會導致其組織劣化，同時長時間高溫也會使材料出現(xiàn)嚴重的偏析類組織缺陷，而現(xiàn)有方法往往存在火焰溫度過高、或者火焰性質非惰性等原因，影響了熔敷材料的組織性能，甚至造成材料失效。
[0003]傳統(tǒng)的熱平衡等離子體與非平衡等離子體不能同時滿足化學應用所需的高能量及高非平衡性，即同時擁有較高的非平衡及電子溫度、電子密度。因此尋求一種綜合兩者的等離子體很有實際意義。目前研究較多且被認為最具工業(yè)應用前景的低溫等離子體為介質阻擋放電和電暈放電，然而它們也有各自的缺陷，如:電暈放電的電子密度、電場強度和放電能量分布不均勻，局部放電處理面積太小，并且電極幾何形狀會影響處理效率;而介質阻擋放電對放電過程中氣體有很明顯的加熱，能量利用率有待于提高，同時電極光滑度要求較高并且這兩種放電形式的共同特點在于通過高電壓低電流抑制電弧，從而避免產(chǎn)生大量光和熱能損失，因此具有較高的能量利用率;然而，也抑制了反應器的能量輸入，因此在一些情況下不能滿足工業(yè)應用廢氣大流量高效率的處理要求?；瑒踊〉蜏氐入x子體綜合了熱平衡等離子體與非平衡等離子體的優(yōu)點，利用獨特的反應器結構，可以滿足同時產(chǎn)生高電子溫度和密度的要求。理論研究表明，是一種能量利用率很高的等離子體發(fā)生方式?；瑒踊〖夹g操作靈活，不受壓力限制，而且反應器結構簡單，操作成本較低。目前滑動弧光放電已經(jīng)在大規(guī)模廢氣清理、水處理以及各種表面處理等方面取得了較好的效果，成為等離子體研究的熱點之一。
[0004]滑動弧放電產(chǎn)生一種周期性擺動的大氣壓下非平衡等離子體。典型的平面雙電極滑動弧放電裝置和現(xiàn)象如下:在平面上垂直布置著一對電極，電極的兩邊通過變壓器加上高壓，兩個電極的對稱軸下布置一個噴嘴，氣體不斷地從噴嘴中噴出、在電極之間的最短距離處氣體擊穿開始放電。由于氣體的推動，電弧也隨之向下移動，同時電弧也隨之被拉長。當電弧長度達到電能無法繼續(xù)維持的時候，電弧熄滅，隨之新的電弧又會在兩電極之間最小的間距處產(chǎn)生，從而產(chǎn)生一個周而復始的循環(huán)放電。以上過程形成穩(wěn)定的滑動弧放電等離子體區(qū)域。
[0005]對于直流滑動弧放電，在電極擊穿氣體產(chǎn)生電弧后的初始階段，若電流足夠大時滑動弧會處于局域熱力平衡階段。隨著滑動弧的不斷增長，這樣的熱力學平衡會被破壞，當滑動弧的長度超過了臨界值的時候，等離子體的熱損失超過電源提供的能量，等離子體不能繼續(xù)維持一個局域熱力學平衡狀態(tài)，在電場的作用下放電會快速進入了一個非平衡狀態(tài)。此時，放電等離子體伴隨著氣體迅速降溫，而等離子體電導率由于電場的作用，仍然維持在很高值，在這個區(qū)域的單位熱損失將遠遠小于平衡狀態(tài)下的熱損失，此時的等離子體成為了非平衡等離子體。由于滑動弧放電過程兼具熱等離子體和低溫等離子體階段，因此滑動弧放電等離子體有以下顯著特點:
[0006](1)由于滑動弧放電過程的大部分能量(大于75?80%)消耗在非平衡等離子體階段，整體仍表現(xiàn)出顯著的低溫等離子體特性，所以體現(xiàn)出比熱等離子體更高的能量利用率；
[0007](2)相比于脈沖放電和電暈放電等低溫等離子體發(fā)生方式，滑動弧放電可以在提供良好的反應選擇性和能量轉化率的同時，突破氣壓和能量輸入的限制，從而通過電極傳遞更大的輸入能量。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于滑動電弧放電原理的等離子發(fā)生器，可以提供等離子焰流，而且可以根據(jù)不同材料實現(xiàn)焰流溫度范圍控制，解決了材料溫度敏感性問題。
[0009]本發(fā)明解決其技術問題所采用的等離子發(fā)生器，包括陰極、陽極、工作氣體通道和絕緣體，所述陰極和陽極通過絕緣體相互安裝配合，工作氣體通道的噴口位于陰極和陽極之間，所述陽極環(huán)繞在陰極周圍，還包括陽極氣體通道，所述陽極氣體通道設置在陽極內部，陽極氣體通道的出口設置在陽極末端以形成熔池保護氣體噴出口。
[0010]進一步的是，所述工作氣體通道和陽極氣體通道通過同一進氣口進氣。
[0011]進一步的是，所述陰極上設置有進氣通道，進氣通道從陰極的起始端開始沿著陰極軸向延續(xù)，并最終連通至陽極氣體通道和工作氣體通道。陰極是由起始端的連接部位和后端的工作部位構成，進氣通道不能設置在陰極的工作部位上，也就是進氣通道僅在連接部位上設置。
[0012]進一步的是，所述絕緣體上設置有進氣通道，進氣通道連通至陽極氣體通道和工作氣體通道。
[0013]進一步的是，所述陰極的工作區(qū)呈圓錐形，其沿氣流方向直徑逐漸變小。
[0014]進一步的是，所述陽極的工作區(qū)呈圓柱管形，并且陽極與陰極同軸安裝。
[0015]進一步的是，陽極氣體通道的出口由多個通道孔組成，通道孔均勻分布在陽極末端環(huán)形端面上。
[0016]進一步的是，所述通道孔軸線與陽極末端環(huán)形端面的夾角為30?90度。
[0017]進一步的是，通道孔的數(shù)量為6?8個，直徑0.5?2毫米。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:采用大尺寸圓錐形中心陰極及內部氣體通道設計實現(xiàn)了滑動電弧產(chǎn)生低溫等離子目的，通過調整圓錐形中心陰極收斂角，控制電弧起弧和滅弧過程，從而實現(xiàn)焰流溫度控制，通過設置在陽極內部氣體通道，可以在等離子發(fā)生器工作時利用氣體冷卻陽極，從而有效的控制陽極的溫度，同時，從陽極氣體通道噴出的氣體還能在等離子焰流周圍建立起熔池的保護氣氛，以保護功能材料免于受到空氣的氧化，正是這樣的結構特點，可以保證等離子發(fā)生器連續(xù)數(shù)小時的工作，能使大多數(shù)部件實現(xiàn)一次完成重熔，保證了功能層質量和性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明另一種實施方式的示意圖；
[0021]圖中零部件、部位及編號:陽極1、陰極2、絕緣體3、陽極氣體通道4。
【具體實施方式】
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