微波表面波等離子體炬的製作方法
2023-05-20 14:34:46
專利名稱：微波表面波等離子體炬的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及等離子體炬領域，具體為一種微波表面波等離子體炬。
背景技術：
等離子體炬在焊接、噴塗和材料合成等領域取得了卓有成效的應用，但這種等離 子體炬一般是用直流和交流電源激發的。由於是有極放電，不但電極壽命短，而且電極對 等離子體的汙染是許多應用領域，例如，微電子，高純材料製造和光譜分析等領域不能接受 的；射頻等離子體炬由於採用了電感耦合無極放電的形式，電極汙染問題得到了很好的解 決，但射頻等離子體炬的耦合效率低，很難應用於要求產生高效和高能密度等離子體的領 域。近年來由於高科技應用領域的牽引，微波等離子體炬得到了充分的發展，也出現了相 應的一些專利，如申請號02144899.X和申請號200580016015.6的兩個專利。但這兩個專 利，前者用具有內導體的介質波導/同軸轉換器耦合微波功率，使得內導體浸漬在等離子 體中；後者放電就在壓縮波導的微波電場的最大區域，使放電等離子體仍然與金屬波導管 直接接觸。雖然這兩種微波放電與直流和交流等離子體炬有極放電機制有區別，但由這兩 種微波等離子體炬產生的高能量密度等離子體的潔淨度顯然比不上射頻電感耦合的，因為 電感耦合等離子體炬的電感線圈與等離子體之間有介質管隔離。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種微波表面波等離子體炬，將電感耦合等離子體炬的 優點引入到微波等離子體炬中，使高能密度的等離子體在微波高透過率的介質管中產生。為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案為微波表面波等離子體炬，包括矩形波導，所述矩形波導一端安裝有微波產生傳輸 裝置，矩形波導的另一端設置有活塞，活塞杆穿過矩形波導另一端伸入波導腔中與活塞連 接，其特徵在於所述矩形波導一個側壁上設置有凸起的通道壓縮塊，所述側壁對應所述通 道壓縮塊的中央位置還垂直於所述側壁安裝有帶進氣口的旋轉進氣環，所述進氣口的軸線 與旋轉進氣環相切，所述旋轉進氣環的軸線上安裝有點火器；還包括有垂直於矩形波導另 一側壁的介質管，所述介質管依次穿過所述矩形波導另一側壁與通道壓縮塊相對的中央位 置、通道壓縮塊後，與旋轉進氣環連通，所述介質管與所述旋轉進氣環同軸，介質管外套有 與介質管同軸的圓波導，所述圓波導安裝在所述矩形波導的另一側壁上。所述的微波表面波等離子體炬，其特徵在於所述點火器位於所述旋轉進氣環軸 線上。來自於微波產生傳輸裝置的微波經過壓縮塊透過介質管壁形成表面波，點火器工 作後，將在介質管中形成預電離等離子體。表面波在預電離等離子體產生後，將在介質管中 形成潔淨的微波等離子體炬。本實用新型採用矩形變截面的波導壓縮微波通道提高微波場強，矩形變截面波導 壓縮通道是矩形波導和通道壓縮塊形成的狹窄區。矩形波導一端是微波產生傳輸系統，另一端是微波匹配系統。微波產生系統是由微波管和激勵腔組成，傳輸系統是由環形器等組 成；微波匹配系統是一個微波短路活塞。在矩形變截面波導壓縮微波通道的寬面中央開有一圓形通孔，在圓形通孔處安裝 與波導寬面垂直的介質管和圓形波導，介質管與圓形波導同軸。介質管一端插入矩形變截 面壓縮通道，與安裝在壓縮快上的旋轉進氣環和點火器相連，另一端延伸出作為出氣口，圓 形波導一端旋緊在矩形波導的一側壁上，另一端與介質管同軸延伸出。微波管在激勵腔中產生的微波經由環形器至矩形變截面波導壓縮通道中央轉換 成沿介質管傳播的表面波。當在介質管中形成適當流速的旋轉氣流和點火器工作時，表面 波將在介質管內產生高能量密度的等離子體。本實用新型具有以下優點1、本實用新型涉及的等離子體炬，由於放電區局限在耐高溫的介質管內，因而等 離子體純淨度很高，可以用來製備高純度材料，例如用來生產太陽能級，乃至半導體級晶體 娃；2、本實用新型涉及的等離子體炬，由於放電區局限在耐高溫的介質管內，產生的 等離子體能量密度很高，因而既可以用來高效離解鍵能很高的化合物，也可以用來合成鍵 能很高的化合物；3、本實用新型涉及的等離子體炬，放電區能產生高能量密度的等離子體，因而可 以用來淨化任何有毒有害物質；4、本實用新型涉及的等離子體炬，在常壓下運行，不需要真空設備，所採用的微波 系統都是已工程化的微波設備，結構簡單，調節方便，運行可靠，轉換效率高，價格便宜。
圖1為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示。微波表面波等離子體炬，包括矩形波導2，矩形波導2 —端安裝有微 波產生傳輸裝置，矩形波導2的另一端設置有短路活塞1，有活塞杆穿過矩形波導2另一端 伸入波導腔中與短路活塞1連接，矩形波導2 —個側壁上設置有凸起的通道壓縮塊3，側壁 對應通道壓縮塊3的中央位置還垂直於側壁安裝有帶進氣口 13的旋轉進氣環4，進氣口 13 的軸線與旋轉進氣環4相切，旋轉進氣環4上安裝有點火器5，點火器5位於旋轉進氣環4 的軸線上。還包括有垂直於矩形波導2另一側壁的介質管7，介質管7依次穿過矩形波導2 另一側壁與通道壓縮塊3相對的中央位置、通道壓縮塊3後，與旋轉進氣環4連通，介質管 另一個管口作為出氣口 8，介質管的出氣口 8位於矩形波導2外，介質管7與旋轉進氣環4 同軸，介質管7外套有與介質管同軸的圓波導6，圓波導6安裝在矩形波導2的另一側壁上。 這樣潔淨的等離子體9就可以在介質管7中產生。微波產生傳輸裝置包括激勵腔11，激勵腔11側壁上安裝有與激勵腔11連通的微 波管12，激勵腔11的輸出端通過環形器10安裝在矩形波導2 —端。
權利要求微波表面波等離子體炬，包括矩形波導，所述矩形波導一端安裝有微波產生傳輸裝置，矩形波導的另一端設置有活塞，活塞杆穿過矩形波導另一端伸入波導腔中與活塞連接，其特徵在於所述矩形波導一個側壁上設置有凸起的通道壓縮塊，所述側壁對應所述通道壓縮塊的中央位置還垂直於所述側壁安裝有帶進氣口的旋轉進氣環，所述進氣口的軸線與旋轉進氣環相切，所述旋轉進氣環的軸線上安裝有點火器；還包括有垂直於矩形波導另一側壁的介質管，所述介質管依次穿過所述矩形波導另一側壁與通道壓縮塊相對的中央位置、通道壓縮塊後，與旋轉進氣環連通，所述介質管與所述旋轉進氣環同軸，介質管外套有與介質管同軸的圓波導，所述圓波導安裝在所述矩形波導的另一側壁上。
2.根據權利要求1所述的微波表面波等離子體炬，其特徵在於所述點火器位於所述 旋轉進氣環軸線上。
專利摘要本實用新型公開了一種微波表面波等離子體炬，包括矩形波導，矩形波導一端安裝有微波產生傳輸裝置，另一端安裝有微波匹配裝置，矩形波導一個側壁上設置有凸起的通道壓縮塊，側壁還安裝有旋轉進氣環，旋轉進氣環上安裝有點火器；還包括有垂直於矩形波導另一側壁的介質管，介質管依次穿過矩形波導另一側壁與通道壓縮塊相對的位置、通道壓縮塊後，與旋轉進氣環連通，介質管與旋轉進氣環同軸，介質管外套有與介質管同軸的圓波導。本實用新型產生的等離子體既是高能量密度的，也是足夠潔淨的等離子體，將能夠滿足十分重要的高科技領域的需求。
文檔編號H05H1/46GK201726585SQ201020216820
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者任兆杏, 任炟, 劉靜 申請人:合肥飛帆等離子科技有限公司