專利名稱：用于產(chǎn)生等離子流的裝置的制作方法
用于產(chǎn)生等離子流的裝置本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生等離子流的裝置，具有至少一個(gè)放電管， 一種處理氣體流過(guò)所述放電管。這種具有一個(gè)放電管的裝置已由Jungo Toshifuji等人的文章 "Cold arc-plasma jet under atmospheric pressure for surface modification" ， Surface and Coatings Technology 2003,第302頁(yè)以及 另 一 出版物 "Workshop Plasmabehandlung und Plasma-CVD 陽(yáng)Beschichtung bei Atmosph2rendruck，， , Dresden, 2004年11月16日 所公開(kāi)。這種已知的裝置具有一個(gè)由電介質(zhì)材料構(gòu)成的放電管，其中 第一個(gè)電極設(shè)計(jì)成大塊的并且以在長(zhǎng)度方向上延伸的形式設(shè)置在放電 管內(nèi)部的中心處，并且其中放電管包括第二個(gè)電極。這里第二個(gè)電極 被構(gòu)造成同心的，使得在內(nèi)部的第一個(gè)電極、放電管和第二電極構(gòu)成 一個(gè)具有開(kāi)放端面的、同軸且在橫截面上同心的結(jié)構(gòu)，在這個(gè)開(kāi)放端 面上產(chǎn)生等離子流。內(nèi)部的棒狀電極被施加高電壓，同時(shí)外部的電極 接地。基于電場(chǎng)的情況，等離子體的點(diǎn)火最好在內(nèi)部棒狀電極的尖端 處。等離子體然后在處理氣體流的方向上展開(kāi)。在氦、氮或空氣作為 處理氣體時(shí)，在內(nèi)部電極的尖端和可以用等離子流處理的基底之間形 成擴(kuò)散的等離子流。這里涉及"冷"等離子體，其氣體溫度相對(duì)較低， 此溫度在室溫至最高幾百攝氏度的范圍內(nèi)變化。然而如果在這種已知裝置中在等離子流點(diǎn)火之后提高所施加的電壓來(lái)耦入更多的功率，例如為了得到更長(zhǎng)或更強(qiáng)的等離子流，則發(fā)現(xiàn) 在已知裝置的情況下，在內(nèi)部電極的背面上或者在被置于同樣電位上 的內(nèi)部電極固定件旁形成等離子體，它背對(duì)處理氣體流。這種附加的 所謂寄生放電是不希望的，因?yàn)樗鼘?duì)于射流沒(méi)有貢獻(xiàn)。此外，在已知裝置中的高工作電壓以及很大的耦入功率下，在內(nèi)4部電極和外部電極之間產(chǎn)生直接的等離子連接，即火花放電。等離子 體不再擴(kuò)散并且不再是冷的，而是收縮到一些薄的通道中，這些通道 具有高得多的氣體溫度。這可能導(dǎo)致裝置和/或基底的損壞。此外它還 會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)處理氣體的氣體軟管的熱損傷。因此本發(fā)明的目的在于給出一種如本說(shuō)明書(shū)開(kāi)始處所述類型的用 于產(chǎn)生等離子流的裝置，其中以合適的方式抑抑了寄生放電，并且在 第 一個(gè)與第二個(gè)電極之間不出現(xiàn)火花放電。此外本發(fā)明目的還在于總 體上降低裝置各部件和基底的熱損耗，這通過(guò)只產(chǎn)生"冷的"等離子 體來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述任務(wù)由具有權(quán)利要求1所述特征的用于產(chǎn)生等離子流的裝置 來(lái)完成。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明特別具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)。本發(fā)明從以下共識(shí)出發(fā)在一個(gè)其上加有電壓的金屬空腔體的內(nèi) 部不存在電場(chǎng)。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，如果選用一個(gè)空腔圓 柱體，則缺點(diǎn)是在空腔圓柱體的邊緣上電場(chǎng)將抵達(dá)其內(nèi)部，從而在某 些情況下在氣體軟管中一個(gè)不希望的位置處出現(xiàn)足以使等離子體點(diǎn)火 的電場(chǎng)。因此，按照本發(fā)明氣體軟管的金屬支架如此實(shí)現(xiàn)，使得它以 某個(gè)特定角度呈錐形或以其它方式大致呈階梯形地延伸，使得在支架 邊緣處的軸向電場(chǎng)明顯小于常用的具有恒定直徑的空腔圓柱體的情 況。在本發(fā)明的具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)中，支架的所有邊棱被倒圓，以避免 高的電場(chǎng)。按照本發(fā)明的一個(gè)特別具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)，外部的接地的第二個(gè)電 極不再像現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣直接安裝在放電管上，而是具有一定的 徑向間距。按照本發(fā)明的特別具有優(yōu)點(diǎn)的另一改進(jìn)，在放電管的末端安裝一 個(gè)由電介質(zhì)構(gòu)成的端接帽。這樣特別在釆用惰性氣體時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的等 離子流。按照本發(fā)明的一個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)的再次經(jīng)過(guò)修改的改進(jìn)，在氣體軟管 與放電管之間設(shè)置了一個(gè)過(guò)濾器。從而除本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)外還抑制了由渦旋產(chǎn)生的噪聲。在現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置中的噪聲是這樣產(chǎn)生的 處理氣體直接由氣體供給源通過(guò)一根軟管或類似物流到放電室內(nèi)，并 且通過(guò)內(nèi)部電極支架的環(huán)流導(dǎo)致渦旋并隨之出現(xiàn)噪聲。下面借助附圖舉例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)放電管的裝置的第一個(gè)實(shí)施方式；圖2示出這種裝置的第二個(gè)實(shí)施方式；圖3示出這種裝置的第三個(gè)實(shí)施方式，它具有一個(gè)附加的端接帽； 圖4示出這種裝置的第四個(gè)實(shí)施方式，它具有一個(gè)變型的端接帽； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的具有多個(gè)放電管的裝置的第一個(gè)實(shí)施方式；圖6示出這種裝置的第二實(shí)施方式；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)放電管的裝置的另一個(gè)商用實(shí)施 方式。首先詳細(xì)說(shuō)明圖l中簡(jiǎn)要示出的第一種根據(jù)本發(fā)明的裝置。它具 有一個(gè)由電介質(zhì)材料構(gòu)成的放電管l，在其內(nèi)部裝有一個(gè)內(nèi)部的、棒狀的實(shí)心電極2。第二個(gè)電極3包圍著放電管1，可以是直接包圍放電 管或者具有徑向間距。這里該電極3特別具有優(yōu)點(diǎn)地被構(gòu)造成同心的， 使得在內(nèi)部的電極2、電介質(zhì)構(gòu)成的放電管1和外部的電極3構(gòu)成一 個(gè)具有開(kāi)放端面的、同軸的、并在橫截面上同心的結(jié)構(gòu)，在所述開(kāi)放 端面處形成等離子體流。為此，內(nèi)部電極l上施加了高電壓，同時(shí)外 部電極3接地。按照本發(fā)明，在放電管1的末端設(shè)置了一個(gè)金屬的放 電防護(hù)裝置4。這里放電防護(hù)裝置4同時(shí)也是氣體軟管5的支架，處 理氣體通過(guò)這個(gè)軟管傳導(dǎo)。處理氣體的流動(dòng)方向如箭頭所示。放電防 護(hù)裝置4也是支架并用于連接高壓電纜6。按照本發(fā)明的一個(gè)具有優(yōu) 點(diǎn)的設(shè)計(jì)，這里還設(shè)置有一個(gè)由燒結(jié)材料構(gòu)成的過(guò)濾器7。這個(gè)過(guò)濾 器7在后面還要詳細(xì)說(shuō)明。例如由鴒構(gòu)成的內(nèi)部電極2通過(guò)這個(gè)過(guò)濾器7被支撐，并固定在放電管1內(nèi)部的中心位置上。在本發(fā)明的這個(gè) 實(shí)施方式中，放電防護(hù)裝置4被如此構(gòu)造，使用于氣體軟管5的金屬 支架以一個(gè)角度a呈錐形地延伸，使得在支架邊緣處的軸向電場(chǎng)明顯 小于現(xiàn)有技術(shù)情況下具有恒定直徑的空腔圓柱體時(shí)的電場(chǎng)。角度a取 決于最大工作電壓及氣體軟管5的直徑與放電管1的直徑之比。特別 具有優(yōu)點(diǎn)的是，放電防護(hù)裝置4的所有邊棱、特別是在支架范圍內(nèi)的 邊棱被倒圓，以避免高的電場(chǎng)。通過(guò)應(yīng)用圖l所示氣體軟管5與放電管l之間的過(guò)濾器7抑制了 可能由渦旋產(chǎn)生的噪聲。在通過(guò)過(guò)濾器7之后，氣流是基本分層的和 平穩(wěn)的。同樣如圖l所示，過(guò)濾器7可以以一種特殊的實(shí)施方式，例 如當(dāng)由燒結(jié)青銅構(gòu)成時(shí)，同時(shí)被用作內(nèi)部電極2的支架。此外在過(guò)濾 器7的背面區(qū)域中，背對(duì)著處理氣體的流動(dòng)方向形成一個(gè)背壓，它同 樣對(duì)所希望的寄生放電抑制產(chǎn)生影響，因?yàn)樘幚須怏w的點(diǎn)火場(chǎng)強(qiáng)是主 要壓力的函數(shù)。如果認(rèn)為在所謂巴申曲線(Paschenkurve )的右邊分 支上，則用提高壓力來(lái)提升氣體的點(diǎn)火電壓。這種關(guān)系是本領(lǐng)域技術(shù) 人員所熟悉的。圖2示出本發(fā)明所述裝置的第二個(gè)實(shí)施方式，其中放電防護(hù)裝置 4被設(shè)計(jì)為不同形式。在這個(gè)實(shí)施方式中，在放電防護(hù)裝置4中設(shè)置 了一個(gè)直徑為d且深度為t的孔。在這個(gè)實(shí)施方式中同樣實(shí)現(xiàn)了在支 架邊緣處有明顯更小的軸向電場(chǎng)。在本發(fā)明框架內(nèi)也可設(shè)想其它實(shí)施 方式的放電防護(hù)裝置4，例如代替角度a，采用階梯形的延伸。圖3示出本發(fā)明所述裝置的另一實(shí)施方式。與現(xiàn)有技術(shù)不同，這 里外部的接地電極3不再直接置于放電管l上，而是與放電管有一定 的徑向間距。此外，在這個(gè)實(shí)施方式中在放電管1的開(kāi)放端設(shè)置有一 個(gè)由電介質(zhì)構(gòu)成的端接帽8。所述端接帽8例如由聚四氟乙烯或其它 具有相應(yīng)熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的塑料構(gòu)成，也可由陶瓷構(gòu)成。端接 帽8可以通過(guò)特別簡(jiǎn)單的方式通過(guò)螺釘與外部的電極3固定。由電介質(zhì)材料構(gòu)成的端接帽8用于特別是在典型情況為幾瓦的相 對(duì)較小的功率耦入時(shí)以惰性氣體作為處理氣體的情況下產(chǎn)生等離子流。同時(shí)本發(fā)明所述的端接帽8避免了在內(nèi)部電極2與接地的外部電 極3之間的火花放電或電弧放電，因?yàn)檫@兩個(gè)電極間的距離在電氣上 明顯更大了。圖4示出本發(fā)明所述裝置的另一實(shí)施方式，它具有一個(gè)變型的、 由兩部分構(gòu)成的端接帽8。外面部分仍由電介質(zhì)材料構(gòu)成，另外增加 了一個(gè)內(nèi)部的金屬襯套9，它與外部電極3導(dǎo)電連接。這種實(shí)施方式 特別適用于在以分子氣體作為處理氣體的情況下工作；內(nèi)部的金屬襯 套9導(dǎo)致放電管1內(nèi)部的電場(chǎng)提高，并從而導(dǎo)致較強(qiáng)的等離子流。在本發(fā)明框架內(nèi)，外部電極3也可以通過(guò)其它方式部分地被電介 質(zhì)包圍或者被完全封閉在電介質(zhì)中。圖5簡(jiǎn)要示出本發(fā)明的具有多個(gè)放電管1的實(shí)施方式，即所謂的 多射流結(jié)構(gòu)。圖中示出多個(gè)平行設(shè)置的放電管1，它們從一個(gè)處理氣 體饋送通道10和一個(gè)氣體分配系統(tǒng)11分別獲得處理氣體。這樣的結(jié) 構(gòu)原理上同樣也已由現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)。在已知的結(jié)構(gòu)中多個(gè)放電管中可 能有一個(gè)流過(guò)處理氣體，最好該放電管具有最小的流阻或處于最接近 饋送通道10的位置上。在現(xiàn)有技術(shù)中的這種處理氣體輸出的不均勻性 對(duì)基底的表面處理的均勻性有不利的影響。在圖5所示實(shí)施方式中， 按照本發(fā)明的一個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)，在每個(gè)放電管1中有一個(gè)過(guò)濾器 7，如上面已經(jīng)說(shuō)明的那樣，它的流阻比放電管1自身的流阻大得多， 使得每個(gè)放電管l獲得相同的處理氣體供給；這導(dǎo)致各平行的等離子 流的一致性。圖6示出這種結(jié)構(gòu)的另一種變型的實(shí)施方式，其中在各個(gè)放電管 1之前設(shè)置了一個(gè)較大的共用的過(guò)濾板12，以代替單個(gè)的過(guò)濾器。在已說(shuō)明了圖1至6中簡(jiǎn)要示出本發(fā)明的最重要的主要部件之后， 最后在圖7中示出一個(gè)商用的本發(fā)明所述裝置的完整結(jié)構(gòu)圖。除了已 說(shuō)明的構(gòu)件外這里還示出一個(gè)由塑料構(gòu)成的環(huán)狀絕緣體13，它圍著放 電管l。圍繞著這個(gè)絕緣體13設(shè)置了一個(gè)由陶瓷構(gòu)成的保護(hù)管14。圍 繞外部電極3的是一個(gè)由塑料構(gòu)成的保護(hù)隔離15。圓形金屬外殼16 構(gòu)成外部端接。在這個(gè)實(shí)施方式中一個(gè)專用的由金屬構(gòu)成的電極支架17位于過(guò)濾器7上作為獨(dú)立的構(gòu)件。所述裝置在后面的末端上還具有 一個(gè)塑料構(gòu)成的蓋帽18，其上連接有一個(gè)由金屬構(gòu)成的端塊19。 一個(gè) 螺栓接頭20旋入所述端塊19，通過(guò)這個(gè)接頭不僅引入氣體軟管5，而 且還引入高壓電纜6。在所述裝置的前面的開(kāi)放端還示出了塑料螺釘 21，借助于它使端接帽8被固定，在這里它被固定在外部的環(huán)狀電極 3上。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生等離子流的裝置，具有至少一個(gè)放電管(1)，通過(guò)一個(gè)氣體軟管(5)饋送的處理氣體流過(guò)所述放電管，其中放電管(1)的壁由電介質(zhì)材料構(gòu)成，并且其中第一個(gè)電極(2)構(gòu)造成實(shí)心的，并且以它在其縱向方向延伸的形式被設(shè)置在放電管(1)內(nèi)部的中心處，其中第二個(gè)電極(3)在軸向方向上同心地圍繞著放電管(1)的壁設(shè)置，使得第一個(gè)電極(2)、放電管(1)和第二個(gè)電極(3)構(gòu)成一個(gè)具有開(kāi)放端面的、同軸的、并在橫截面上同心的結(jié)構(gòu)，在所述開(kāi)放端面處可產(chǎn)生等離子流，其特征在于，一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成的放電防護(hù)裝置(4)被設(shè)置在放電管(1)上，這個(gè)放電防護(hù)裝置與第一個(gè)電極(2)相連接，所述放電防護(hù)裝置(4)接納氣體軟管(5)的開(kāi)放端，并且放電防護(hù)裝置(4)的朝向氣體軟管(5)的開(kāi)放端的一側(cè)如此延伸，使得它以一個(gè)中間間隙包圍所述氣體軟管(5)。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，放電防護(hù)裝置(4) 的朝向氣體軟管(5)的開(kāi)放端的一側(cè)以一個(gè)角度a呈錐形地延伸。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，放電防護(hù)裝置(4) 的朝向氣體軟管(5)的開(kāi)放端的一側(cè)通過(guò)一個(gè)中央的孔延伸。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第二個(gè) 電極(3)以與放電管(1)有一個(gè)徑向間距的方式圍繞所述放電管設(shè) 置。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在其上 可產(chǎn)生等離子流的所述裝置的端面上設(shè)裝一個(gè)電介質(zhì)的同心的端接帽(8)，它圍持住第二個(gè)電極(3)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述端接帽(8)由 聚四氟乙烯、具有相應(yīng)熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的其它塑料或陶瓷構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求5或6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述端 接帽(8)由兩部分構(gòu)成，即設(shè)置了一個(gè)附加的內(nèi)部的金屬襯套(9)， 該金屬襯套與第二個(gè)電極(3)導(dǎo)電連接。
8. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第二個(gè) 電極(3)完全或部分地被電介質(zhì)包圍。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在其上 可饋送處理氣體的放電管(1)的端面處設(shè)置了可流過(guò)處理氣體的過(guò)濾 器。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述過(guò)濾器(7)由 燒結(jié)材料，特別是燒結(jié)青銅構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在具 有多個(gè)放電管(1)的情況下每個(gè)放電管都具有一個(gè)過(guò)濾器(7)。
12. 如權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在具 有多個(gè)放電管(1)的情況下所有這些放電管共同具有一個(gè)單個(gè)的過(guò)濾 板(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)放電管的用于產(chǎn)生等離子流的裝置，處理氣體流過(guò)所述放電管。按照本發(fā)明，在至少一個(gè)放電管上設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)電的放電防護(hù)裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，寄生放電被抑制，并且所述裝置的各部件和基底的熱負(fù)荷被降低。
文檔編號(hào)H05H1/24GK101326863SQ200780000574
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者安德列·伊格納特科夫, 簡(jiǎn)斯·雷克 申請(qǐng)人:賴茵豪森機(jī)械制造公司