專利名稱：利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域中材料表面改性技術(shù)，涉及到在細(xì)長(zhǎng)的可彎曲 的絕緣介質(zhì)管內(nèi)產(chǎn)生高電子密度的氬等離子體，通過摻入活性氣體實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面改性的方 法。
背景技術(shù)：
應(yīng)科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐的各種需要，往往要求絕緣管內(nèi)表面要具有親水性，疏水 性，防腐蝕，消毒殺菌等各種特性。利用大氣壓放電產(chǎn)生的等離子體來進(jìn)行表面改性和鍍膜 從而實(shí)現(xiàn)這些特性是目前正在探索的技術(shù)途徑。因?yàn)橄鄬?duì)于低真空等離子體技術(shù)而言，一 方面因不需要真空設(shè)備而大大降低了投資費(fèi)用并減少了設(shè)備操作維護(hù)的復(fù)雜性，另一方面 在大氣壓下可以產(chǎn)生更高濃度的活性粒子從而縮短處理時(shí)間。然而，在大氣壓下通過放電 獲得等離子體的擊穿電壓很高，因此對(duì)電源的要求苛刻，尤其是要產(chǎn)生大尺度的等離子體， 過高的擊穿電壓嚴(yán)重制約了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。另外，在大氣壓開放系統(tǒng)中所需的 氣體流量很大，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，使用的載氣必須采用廉價(jià)的氣體才能突出這種技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)。目前，所采用的射流技術(shù)多以氦氣為載氣，再者所采用的射流技術(shù)產(chǎn)生的射流長(zhǎng) 度不足以滿足對(duì)細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)表面均勻處理的要求；另外，通過在介質(zhì)管外表面纏繞電極在管 內(nèi)激勵(lì)氦氣或氬氣放電的方法所產(chǎn)生的等離子體具有典型的介質(zhì)阻擋絲狀放電的特征，而 且受制于介質(zhì)管壁的厚度和介電常數(shù)，放電情況很復(fù)雜，不僅應(yīng)用條件苛刻，而且其應(yīng)用范 圍也受到很大的限制。我們提出一種方法是利用在介質(zhì)管內(nèi)部直接產(chǎn)生等離子體，而不是 透過管壁的誘導(dǎo)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生等離子體，在以氬氣為載氣的等離子體放電中混入活性氣 體，完成等離子體化學(xué)反應(yīng)，形成各種有用的自由基來實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面的改性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在細(xì)長(zhǎng)的可彎曲的絕緣介質(zhì)管內(nèi)產(chǎn)生高電子密度的氬 等離子體，通過摻入活性氣體實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面的改性的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在細(xì)長(zhǎng)絕緣管的兩端插入邊緣鋒利的 中空的金屬電極，并封閉固定好讓氣體從其中一個(gè)電極的內(nèi)孔中流入，從另一電極的內(nèi)孔 中流出，在這兩個(gè)中空的金屬電極上加上工作頻率為40 50kHz范圍內(nèi)的交流電壓。逐漸 增加電壓，等離子體射流由驅(qū)動(dòng)電極端產(chǎn)生并向接地電極蔓延，最后形成完整的放電通道。 進(jìn)一步調(diào)節(jié)電源電壓，使得放電通道中最終形成高電子密度的弧放電等離子體。然后，根據(jù) 實(shí)際需要通入所要使用的活性氣體使之混合于氬載氣中，從而產(chǎn)生所需的化學(xué)活性粒子來 完成介質(zhì)管內(nèi)表面的改性或鍍膜。本發(fā)明所述的利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法，在氬氣 等離子體放電后并形成完整的放電通道后通入所要使用的活性氣體，產(chǎn)生化學(xué)活性粒子。本發(fā)明所述的利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法，所處理的細(xì)長(zhǎng)管材料是絕緣材料，在不堵塞氣流通道的情況下任意彎曲。本發(fā)明所述的利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法，所述電 源為脈沖調(diào)制正弦高壓電源或脈沖高壓電源。本發(fā)明的效果和益處是在細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)產(chǎn)生了高電子密度的等離子體，為摻入 活性氣體產(chǎn)生各種活性粒子實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面的處理和膜沉積提供了寬工作窗口的物理環(huán)境，由 于本發(fā)明中通過選擇了最佳的交流工作頻率使所需的工作電壓大大降低，相對(duì)于已有的技 術(shù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)技術(shù)方案簡(jiǎn)潔，在降低設(shè)備成本上和增加可操作性上具有突出的優(yōu)點(diǎn)。


附圖是利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法原理示意圖。圖中1細(xì)長(zhǎng)絕緣管；2中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極；3中空的接地電極；4高壓交流電源； 5驅(qū)動(dòng)電極耐熱密封圈；6接地電極耐熱密封圈；7氣體混合箱；8載氣流量計(jì)；9活性氣體流 量計(jì)；10氬氣瓶；11活性氣體瓶。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。首先，將中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極2和中空的接地電極3相對(duì)插入待處理細(xì)長(zhǎng)絕緣管 1內(nèi)部2厘米左右，并用驅(qū)動(dòng)電極耐熱密封圈5和接地電極耐熱密封圈6固定在管子的端 部，讓工作氣體由中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極2的入氣孔通入細(xì)長(zhǎng)絕緣管1內(nèi)，由中空的接地電 極3的孔中排出。高壓交流電源4施加在中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極2上，最佳工作頻率在40 50kHz的范圍內(nèi)，可以獲得最低的擊穿電壓，并通過進(jìn)一步增加電源功率在管內(nèi)獲得穩(wěn)定的 等離子體放電，直到弧放電的產(chǎn)生，使內(nèi)部等離子體的電子密度達(dá)到工作要求。所加電壓隨 需要處理的細(xì)長(zhǎng)絕緣管1的長(zhǎng)度而增加。然后，在純氬氣中放電穩(wěn)定下，打開活性氣體流量 計(jì)9通入活性氣體使氬氣和活性氣體在氣體混合箱7內(nèi)充分混合后由中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極 2的入氣孔通入細(xì)長(zhǎng)絕緣管1中的等離子體中，產(chǎn)生所需活性自由粒子，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面改 性的目的。
權(quán)利要求
一種利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法，其特征是在細(xì)長(zhǎng)絕緣管(1)的兩端插入邊緣鋒利的耐高溫的中空的電壓驅(qū)動(dòng)電極(2)和中空的接地電極(3)，在這兩個(gè)中空的金屬電極上加上工作頻率在40～50kHz范圍內(nèi)的高壓交流電源(4)，在絕緣管內(nèi)產(chǎn)生等離子體，根據(jù)實(shí)際需要通入所要使用的活性氣體，使之混合于已穩(wěn)定放電的氬等離子體中產(chǎn)生所需的化學(xué)化學(xué)活性粒子來完成介質(zhì)管內(nèi)表面的改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的 方法，其特征是根據(jù)實(shí)際需要選擇所要使用的活性氣體，在氬氣等離子體放電后并形成完 整的放電通道后通入所要使用的活性氣體或者活性氣體與氬氣的混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的 方法，其特征是驅(qū)動(dòng)電源為脈沖調(diào)制交流高壓電源，交流電壓的工作頻率為40 50kHz范 圍，或者脈沖高壓電源。
全文摘要
一種利用常壓下等離子體放電對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的方法，屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域中材料表面改性技術(shù)。其特征是在待處理的細(xì)長(zhǎng)絕緣管的兩端插入邊緣鋒利的中空的金屬電極，在這兩個(gè)中空的金屬電極上加上工作頻率為40-50kHz范圍內(nèi)的調(diào)幅交流電壓或脈沖，通入細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)的氟氣放電產(chǎn)生了高電子密度的等離子體，并根據(jù)實(shí)際需要通入所要使用的活性氣體使之混合于氬載氣中，產(chǎn)生所需的化學(xué)自由基來完成介質(zhì)管內(nèi)表面的改性和膜沉積。本發(fā)明的效果和益處是實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)長(zhǎng)絕緣管內(nèi)表面改性的目的，設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)潔，在降低設(shè)備成本上和增加可操作性上具有突出的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C16/503GK101876065SQ20101018641
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者李壽哲 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)