等離子發生器的製作方法

2023-06-07 20:18:56

專利名稱：等離子發生器的製作方法
技術領域：
本發明公開一種製備納米氮化矽陶瓷粉體的設備，具體講是氣相合成製備納米氮化矽陶瓷粉體的等離子弧發生器。
背景技術：
氮化矽陶瓷粉體應用領域很廣，如耐磨工具和零件，一般耐熱耐腐蝕部件，燃氣輪機，柴油發動機、化工、國防及其它熱裝置。目前，一般氮化矽粉體的製備是採用矽粉氮化的固相工藝，通過氮化產品的超細粉碎，要得到納米(100～10nm)級的氮化矽則需要採用雷射誘導的新工藝，目前國內雷射法製備氮化矽超細粉體規模較小且價格昂貴。為了克服雷射法存在的不足，技術人員開始將精力集中在等離子弧合成納米氮化矽陶瓷粉體的研究上，以期降低生產成本，雖然可以生產出合格的納米氮化矽陶瓷粉體，作為氣相合成納米材料的能量提供者的等離子發生器存在著能量分散、速度慢、衝刷力不足以及弧焰不穩的缺陷，從而影響製得的納米氮化矽陶瓷粉體的產品質量。
技術內容本發明的目的是提供一種弧焰能量集中、弧焰穩定、速度快的等離子發生器。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是等離子發生器，包括正陽極體，其管腔中設置有彼此配合用於產生離子弧的陰極、陽極部件其特徵在於所述的陽極部件內部有供離子弧通過的管狀空腔，其一端為錐孔狀並與陰極的錐狀端部構成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連；靠近陰極、陽極部件的配合位置處設有能包附在離子弧周圍並以氣旋方式輸入起弧、轉弧氣體的氣旋裝置；在上述的陽極部件的管狀空腔周圍設有冷卻水腔。
由上述技術方案可知，本發明在結構上採用了三級聯合壓縮的方案，即提供旋轉氣流的方式壓縮、陽極的機械結構壓縮及冷卻水壓縮，通過上述三級壓縮的方案使所產生的離子弧被有效的壓縮集中，從而形成高速、穩定火焰的離子弧，為製備高質量的納米氮化矽陶瓷粉體提供了可靠的能源保障。
附圖概述

圖1是本發明的結構示意圖；圖2是陽極體的結構示意圖；圖3是圖2中A-A剖視圖；圖4是旋氣套管的結構示意圖；圖5是圖4中A-A剖視圖；圖6是圖4中B-B剖視圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明.
如圖1，等離子發生器包括正陽極體10，其管腔中設置有彼此配合用於產生離子弧的陽極、陰極部件20、30，所述的陽極部件20內部有供離子弧通過的管狀空腔21，其一端為錐孔狀並與陰極30的錐狀端部構成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連，由本裝置產生的離子弧由該管狀空腔21引入氮化矽的氣相合成裝置中，為合成氮化矽提供可靠的熱源；靠近陽極、陰極部件20、30的配合位置處設有能包附在離子弧周圍並以氣旋方式輸入起弧、轉弧氣體的氣旋裝置，在該氣旋裝置的作用下，起弧、轉弧氣體進入陽極、陰極部件20、30配合產生等離子弧的部位時，由於起弧、轉弧氣體是冷氣，因此在起弧、轉弧氣體的旋氣和冷態的雙重作用下，能將產生的等離子弧有效地壓縮、集中，避免等離子弧分散。所述的陽極部件20內部的管狀空腔21大致為臺階狀的圓柱形空腔，靠近錐孔的部位為小直徑細長孔段，這種孔徑結構的空腔在引導等離子弧通過時，能有效起到壓縮、集中等離子弧的作用；上述的管狀空腔21周圍的冷卻水腔22與陽極體10上設置的冷卻水通路11連通，設置冷卻水腔22同樣可以起到壓縮、集中等離子弧的作用。
參見圖1、4、5、6，所述的氣旋裝置包括一個旋氣套管40，其管壁上設有連通套管內外的通孔41，通孔41的外端與起弧、轉弧氣體的氣源管路連通，通孔41的內端沿旋氣套管40內壁的切線方向引入，這樣可以確保對所產生的等離子弧的有效壓縮。所述的旋氣套管40上的通孔41在同一截面上彼此對稱的設置3～5個，圖5中給出的是4個通孔，它們從同一截面的沿圓周彼此均勻對稱布置的四個方向進入，圖5中的通孔41供輸入起弧氣體；在另一截面上，沿圓周彼此均勻對稱的設置3～5個，圖6中的通孔41為四個，它們供輸入轉弧氣體。如圖5、6中的結構所示，兩個截面上的通孔41的氣流進入後形成的的旋轉方向相同，這樣可以增強氣旋效果，使離子弧四周受到的壓縮均勻一致，使其保持集中、快速的特性。
參見圖1、2、3，所述的管狀空腔21中的小直徑細長孔段的孔長與孔徑比通常為2～5，比值為3～4較為理想。所述的陽極體10上設有兩個冷卻水的輸入口12和兩個輸出口13，這種多路冷卻水通路的結構可以保證冷卻的均勻性，從而確保離子弧四周受到的壓縮均勻一致，使其保持集中、快速的特性。輸入口12對應於陽極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙所在的位置，兩輸入口12彼此平行且反向的沿陽極體10內腔的切線方向引入，這種位置的設置是為了使離子弧從剛產生開始既受到來自周圍的均勻有效的壓縮。
由圖3可見，兩個水流輸出口13分別位於與上述的輸入口12垂直的直徑兩端，同時參見圖1、2、3，所述的陽極體10上連有套在陽極部件20外部的套管50，套管50與陽極部件20的外壁之間的空腔51分別與上述的管狀空腔21和冷卻水通路11相連構成冷卻水的通路。套管50是一個工藝結構部件，通過加設套管50一方面便於構成冷卻水的通路，同時又使得各部件的結構不致於太過複雜。
如圖1所示，所述的陽極體10上設有調節陽極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙的調整機構，通過該調整機構對陽極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙實施調節，可以改變工作氣體的流量，這對改變等離子弧弧壓有顯著效果，從而可以滿足不同工藝要求的產品對電壓和電流的要求。所述的配合間隙的調整機構包括一個局部管體位於陽極體10內部並與其相對固定的套管60，套管60的裡端抵靠在旋氣套管40上，陰極部件30與內部設有冷卻水路的調節杆70相連，調節杆70在套管60和旋氣套管40內腔中可沿軸向移動，陰極部件30的柱形外表面與旋氣套管40之間有供起弧、轉弧氣體進入陽極、陰極部件20、30錐面之間的通路間隙。
以下結合圖1對本發明的工作原理作簡要說明。
給本發明接通合適的高頻起弧電源，經氣旋裝置輸入符合工藝條件的高壓氮、氫、氬氣，電氣系統在適當電壓和電流情況下高頻起弧，所產生的等離子弧在旋氣壓縮、機械壓縮以及冷卻壓縮的多元複合壓縮環境下獲得集中、快速的等離子弧，並通過弧徑通路到達氣相合成裝置為其提供合成環境。
以下結合圖1對間隙的調整機構的工作原理簡要說明。
套管60和旋氣套管40通過壓帽80與陽極體10固定，轉動套管60上設有轉柄90，由於轉柄90隻能相對於套管60轉動，與轉柄90螺紋配合的調節杆70則沿其軸向移動，同時由於調節杆70的裡端與陰極部件30相連，所以轉動轉柄90時，陰極部件30的尾段圓柱狀的部位在旋氣套管40內沿軸向移動，從而實現了陽極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙的調整。
權利要求
1.一種等離子發生器，它包括陽極體(10)，其管腔中設置有彼此配合用於產生離子弧的陽極、陰極部件(20)、(30)，其特徵在於所述的陽極部件(20)內部有供離子弧通過的管狀空腔(21)，其一端為錐孔狀並與陰極(30)的錐狀端部構成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連；靠近陽極、陰極部件(20)、(30)的配合位置處設有能包附在離子弧周圍並以氣旋方式輸入起弧、轉弧氣體的氣旋裝置；在上述的陽極部件(20)的管狀空腔(21)周圍設有冷卻水腔(22)。
2.根據權利要求1所述的等離子發生器，其特徵在於所述的陽極部件(20)內部的管狀空腔(21)大致為臺階狀的圓柱形空腔，靠近錐孔的部位為小直徑細長孔段，上述的管狀空腔(21)周圍的冷卻水腔(22)與陽極體(10)上設置的冷卻水通路(11)連通。
3.根據權利要求1所述的等離子發生器，其特徵在於所述的陽極體(10)上設有調節陽極、陰極部件(20)、(30)的錐面、錐孔之間配合間隙的調整機構。
4.根據權利要求1所述的等離子發生器，其特徵在於所述的氣旋裝置包括一個旋氣套管(40)，其管壁上設有連通套管內外的通孔(41)，通孔(41)的外端與起弧、轉弧氣體的氣源管路連通，通孔(41)的內端沿旋氣套管(40)內壁的切線方向引入。
5.根據權利要求2或3所述的等離子發生器，其特徵在於所述的管狀空腔(21)中的小直徑細長孔段的孔長與孔徑比為2～5，所述的陽極體(10)上設有兩個冷卻水的輸入口(12)和兩個輸出口(13)，輸入口(12)對應於陽極、陰極部件(20)、(30)的錐面、錐孔之間配合間隙所在的位置，兩輸入口(12)彼此平行且反向的沿陽極體(10)內腔的切線方向引入。
6.根據權利要求5所述的等離子發生器，其特徵在於兩個水流輸出口(13)分別位於與上述的輸入口(12)垂直的直徑兩端，所述的陽極體(10)上連有套在陽極部件(20)外部的套管(50)，套管(50)與陽極部件(20)的外壁之間的空腔(51)分別與上述的管狀空腔(21)和冷卻水通路(11)相連構成冷卻水的通路。
7.根據權利要求4所述的等離子發生器，其特徵在於所述的旋氣套管(40)上的通孔(41)在同一截面上沿圓周彼此均勻對稱的設置3～5個，在另一截面上沿圓周彼此均勻對稱的設置3～5個，兩個截面上的通孔(41)的氣流進入後形成的氣旋方向相同。
8.根據權利要求3或7所述的等離子發生器，其特徵在於所述的配合間隙的調整機構包括一個局部管體位於陽極體(10)內部並與其相對固定的套管(60)，套管(60)的裡端抵靠在旋氣套管(40)上，陰極部件(30)與內部設有冷卻水路的調節杆(70)相連，調節杆(70)在套管(60)和旋氣套管(40)內腔中可沿軸向移動，陰極部件(30)的柱形外表面與旋氣套管(40)之間有供起弧、轉弧氣體進入陽極、陰極部件(20)、(30)錐面之間的通路間隙。
全文摘要
本發明公開一種氣相合成法製備納米氮化矽陶瓷粉體的等離子弧發生器，它包括正陽極體設有以錐狀間隙配合的陰極、陽極部件，靠近陰極、陽極部件的配合位置處設有能包附在離子弧周圍並以氣旋方式輸入起弧、轉弧氣體的氣旋裝置，本發明在結構上採用了旋轉氣流的方式壓縮、陽極的機械結構壓縮及冷卻水壓縮，使所產生的離子弧被有效的壓縮集中，從而形成高速、穩定火焰的離子弧，為製備高質量的納米氮化矽陶瓷粉體提供了可靠的能源保障。
文檔編號H05H1/00GK1482843SQ0213826
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月9日 優先權日2002年9月9日
發明者張芬紅 申請人:張芬紅