專利名稱：等離子發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種制備納米氮化硅陶瓷粉體的設(shè)備，具體講是氣相合成制備納米氮化硅陶瓷粉體的等離子弧發(fā)生器。
背景技術(shù)：
氮化硅陶瓷粉體應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如耐磨工具和零件，一般耐熱耐腐蝕部件，燃?xì)廨啓C(jī)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、化工、國(guó)防及其它熱裝置。目前，一般氮化硅粉體的制備是采用硅粉氮化的固相工藝，通過(guò)氮化產(chǎn)品的超細(xì)粉碎，要得到納米(100～10nm)級(jí)的氮化硅則需要采用激光誘導(dǎo)的新工藝，目前國(guó)內(nèi)激光法制備氮化硅超細(xì)粉體規(guī)模較小且價(jià)格昂貴。為了克服激光法存在的不足，技術(shù)人員開(kāi)始將精力集中在等離子弧合成納米氮化硅陶瓷粉體的研究上，以期降低生產(chǎn)成本，雖然可以生產(chǎn)出合格的納米氮化硅陶瓷粉體，作為氣相合成納米材料的能量提供者的等離子發(fā)生器存在著能量分散、速度慢、沖刷力不足以及弧焰不穩(wěn)的缺陷，從而影響制得的納米氮化硅陶瓷粉體的產(chǎn)品質(zhì)量。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種弧焰能量集中、弧焰穩(wěn)定、速度快的等離子發(fā)生器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是等離子發(fā)生器，包括正陽(yáng)極體，其管腔中設(shè)置有彼此配合用于產(chǎn)生離子弧的陰極、陽(yáng)極部件其特征在于所述的陽(yáng)極部件內(nèi)部有供離子弧通過(guò)的管狀空腔，其一端為錐孔狀并與陰極的錐狀端部構(gòu)成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連；靠近陰極、陽(yáng)極部件的配合位置處設(shè)有能包附在離子弧周?chē)⒁詺庑绞捷斎肫鸹?、轉(zhuǎn)弧氣體的氣旋裝置；在上述的陽(yáng)極部件的管狀空腔周?chē)O(shè)有冷卻水腔。
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用了三級(jí)聯(lián)合壓縮的方案，即提供旋轉(zhuǎn)氣流的方式壓縮、陽(yáng)極的機(jī)械結(jié)構(gòu)壓縮及冷卻水壓縮，通過(guò)上述三級(jí)壓縮的方案使所產(chǎn)生的離子弧被有效的壓縮集中，從而形成高速、穩(wěn)定火焰的離子弧，為制備高質(zhì)量的納米氮化硅陶瓷粉體提供了可靠的能源保障。
附圖概述

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是陽(yáng)極體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中A-A剖視圖；圖4是旋氣套管的結(jié)構(gòu)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(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明.
如圖1，等離子發(fā)生器包括正陽(yáng)極體10，其管腔中設(shè)置有彼此配合用于產(chǎn)生離子弧的陽(yáng)極、陰極部件20、30，所述的陽(yáng)極部件20內(nèi)部有供離子弧通過(guò)的管狀空腔21，其一端為錐孔狀并與陰極30的錐狀端部構(gòu)成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連，由本裝置產(chǎn)生的離子弧由該管狀空腔21引入氮化硅的氣相合成裝置中，為合成氮化硅提供可靠的熱源；靠近陽(yáng)極、陰極部件20、30的配合位置處設(shè)有能包附在離子弧周?chē)⒁詺庑绞捷斎肫鸹?、轉(zhuǎn)弧氣體的氣旋裝置，在該氣旋裝置的作用下，起弧、轉(zhuǎn)弧氣體進(jìn)入陽(yáng)極、陰極部件20、30配合產(chǎn)生等離子弧的部位時(shí)，由于起弧、轉(zhuǎn)弧氣體是冷氣，因此在起弧、轉(zhuǎn)弧氣體的旋氣和冷態(tài)的雙重作用下，能將產(chǎn)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(yáng)極部件20內(nèi)部的管狀空腔21大致為臺(tái)階狀的圓柱形空腔，靠近錐孔的部位為小直徑細(xì)長(zhǎng)孔段，這種孔徑結(jié)構(gòu)的空腔在引導(dǎo)等離子弧通過(guò)時(shí)，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?chē)睦鋮s水腔22與陽(yáng)極體10上設(shè)置的冷卻水通路11連通，設(shè)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(jiàn)圖1、4、5、6，所述的氣旋裝置包括一個(gè)旋氣套管40，其管壁上設(shè)有連通套管內(nèi)外的通孔41，通孔41的外端與起弧、轉(zhuǎn)弧氣體的氣源管路連通，通孔41的內(nèi)端沿旋氣套管40內(nèi)壁的切線方向引入，這樣可以確保對(duì)所產(chǎn)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(duì)稱的設(shè)置3～5個(gè)，圖5中給出的是4個(gè)通孔，它們從同一截面的沿圓周彼此均勻?qū)ΨQ布置的四個(gè)方向進(jìn)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?qū)ΨQ的設(shè)置3～5個(gè)，圖6中的通孔41為四個(gè)，它們供輸入轉(zhuǎn)弧氣體。如圖5、6中的結(jié)構(gòu)所示，兩個(gè)截面上的通孔41的氣流進(jìn)入后形成的的旋轉(zhuǎn)方向相同，這樣可以增強(qiáng)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(jiàn)圖1、2、3，所述的管狀空腔21中的小直徑細(xì)長(zhǎng)孔段的孔長(zhǎng)與孔徑比通常為2～5，比值為3～4較為理想。所述的陽(yáng)極體10上設(shè)有兩個(gè)冷卻水的輸入口12和兩個(gè)輸出口13，這種多路冷卻水通路的結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)于陽(yáng)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(yáng)極體10內(nèi)腔的切線方向引入，這種位置的設(shè)置是為了使離子弧從剛產(chǎn)生開(kāi)始既受到來(lái)自周?chē)木鶆蛴行У膲嚎s。
由圖3可見(jiàn)，兩個(gè)水流輸出口13分別位于與上述的輸入口12垂直的直徑兩端，同時(shí)參見(jiàn)圖1、2、3，所述的陽(yáng)極體10上連有套在陽(yáng)極部件20外部的套管50，套管50與陽(yáng)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(gòu)成冷卻水的通路。套管50是一個(gè)工藝結(jié)構(gòu)部件，通過(guò)加設(shè)套管50一方面便于構(gòu)成冷卻水的通路，同時(shí)又使得各部件的結(jié)構(gòu)不致于太過(guò)復(fù)雜。
如圖1所示，所述的陽(yáng)極體10上設(shè)有調(diào)節(jié)陽(yáng)極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過(guò)該調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)陽(yáng)極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙實(shí)施調(diào)節(jié)，可以改變工作氣體的流量，這對(duì)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(chǎn)品對(duì)電壓和電流的要求。所述的配合間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)包括一個(gè)局部管體位于陽(yáng)極體10內(nèi)部并與其相對(duì)固定的套管60，套管60的里端抵靠在旋氣套管40上，陰極部件30與內(nèi)部設(shè)有冷卻水路的調(diào)節(jié)桿70相連，調(diào)節(jié)桿70在套管60和旋氣套管40內(nèi)腔中可沿軸向移動(dòng)，陰極部件30的柱形外表面與旋氣套管40之間有供起弧、轉(zhuǎn)弧氣體進(jìn)入陽(yáng)極、陰極部件20、30錐面之間的通路間隙。
以下結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的工作原理作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
給本發(fā)明接通合適的高頻起弧電源，經(jīng)氣旋裝置輸入符合工藝條件的高壓氮、氫、氬氣，電氣系統(tǒng)在適當(dāng)電壓和電流情況下高頻起弧，所產(chǎn)生的等離子弧在旋氣壓縮、機(jī)械壓縮以及冷卻壓縮的多元復(fù)合壓縮環(huán)境下獲得集中、快速的等離子弧，并通過(guò)弧徑通路到達(dá)氣相合成裝置為其提供合成環(huán)境。
以下結(jié)合圖1對(duì)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)的工作原理簡(jiǎn)要說(shuō)明。
套管60和旋氣套管40通過(guò)壓帽80與陽(yáng)極體10固定，轉(zhuǎn)動(dòng)套管60上設(shè)有轉(zhuǎn)柄90，由于轉(zhuǎn)柄90只能相對(duì)于套管60轉(zhuǎn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)柄90螺紋配合的調(diào)節(jié)桿70則沿其軸向移動(dòng)，同時(shí)由于調(diào)節(jié)桿70的里端與陰極部件30相連，所以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)柄90時(shí)，陰極部件30的尾段圓柱狀的部位在旋氣套管40內(nèi)沿軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極、陰極部件20、30的錐面、錐孔之間配合間隙的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種等離子發(fā)生器，它包括陽(yáng)極體(10)，其管腔中設(shè)置有彼此配合用于產(chǎn)生離子弧的陽(yáng)極、陰極部件(20)、(30)，其特征在于所述的陽(yáng)極部件(20)內(nèi)部有供離子弧通過(guò)的管狀空腔(21)，其一端為錐孔狀并與陰極(30)的錐狀端部構(gòu)成間隙配合，另一端與氣相合成裝置相連；靠近陽(yáng)極、陰極部件(20)、(30)的配合位置處設(shè)有能包附在離子弧周?chē)⒁詺庑绞捷斎肫鸹?、轉(zhuǎn)弧氣體的氣旋裝置；在上述的陽(yáng)極部件(20)的管狀空腔(21)周?chē)O(shè)有冷卻水腔(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的陽(yáng)極部件(20)內(nèi)部的管狀空腔(21)大致為臺(tái)階狀的圓柱形空腔，靠近錐孔的部位為小直徑細(xì)長(zhǎng)孔段，上述的管狀空腔(21)周?chē)睦鋮s水腔(22)與陽(yáng)極體(10)上設(shè)置的冷卻水通路(11)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的陽(yáng)極體(10)上設(shè)有調(diào)節(jié)陽(yáng)極、陰極部件(20)、(30)的錐面、錐孔之間配合間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的氣旋裝置包括一個(gè)旋氣套管(40)，其管壁上設(shè)有連通套管內(nèi)外的通孔(41)，通孔(41)的外端與起弧、轉(zhuǎn)弧氣體的氣源管路連通，通孔(41)的內(nèi)端沿旋氣套管(40)內(nèi)壁的切線方向引入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的管狀空腔(21)中的小直徑細(xì)長(zhǎng)孔段的孔長(zhǎng)與孔徑比為2～5，所述的陽(yáng)極體(10)上設(shè)有兩個(gè)冷卻水的輸入口(12)和兩個(gè)輸出口(13)，輸入口(12)對(duì)應(yīng)于陽(yáng)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(yáng)極體(10)內(nèi)腔的切線方向引入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子發(fā)生器，其特征在于兩個(gè)水流輸出口(13)分別位于與上述的輸入口(12)垂直的直徑兩端，所述的陽(yáng)極體(10)上連有套在陽(yáng)極部件(20)外部的套管(50)，套管(50)與陽(yáng)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(gòu)成冷卻水的通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的旋氣套管(40)上的通孔(41)在同一截面上沿圓周彼此均勻?qū)ΨQ的設(shè)置3～5個(gè)，在另一截面上沿圓周彼此均勻?qū)ΨQ的設(shè)置3～5個(gè)，兩個(gè)截面上的通孔(41)的氣流進(jìn)入后形成的氣旋方向相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的等離子發(fā)生器，其特征在于所述的配合間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)包括一個(gè)局部管體位于陽(yáng)極體(10)內(nèi)部并與其相對(duì)固定的套管(60)，套管(60)的里端抵靠在旋氣套管(40)上，陰極部件(30)與內(nèi)部設(shè)有冷卻水路的調(diào)節(jié)桿(70)相連，調(diào)節(jié)桿(70)在套管(60)和旋氣套管(40)內(nèi)腔中可沿軸向移動(dòng)，陰極部件(30)的柱形外表面與旋氣套管(40)之間有供起弧、轉(zhuǎn)弧氣體進(jìn)入陽(yáng)極、陰極部件(20)、(30)錐面之間的通路間隙。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種氣相合成法制備納米氮化硅陶瓷粉體的等離子弧發(fā)生器，它包括正陽(yáng)極體設(shè)有以錐狀間隙配合的陰極、陽(yáng)極部件，靠近陰極、陽(yáng)極部件的配合位置處設(shè)有能包附在離子弧周?chē)⒁詺庑绞捷斎肫鸹?、轉(zhuǎn)弧氣體的氣旋裝置，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用了旋轉(zhuǎn)氣流的方式壓縮、陽(yáng)極的機(jī)械結(jié)構(gòu)壓縮及冷卻水壓縮，使所產(chǎn)生的離子弧被有效的壓縮集中，從而形成高速、穩(wěn)定火焰的離子弧，為制備高質(zhì)量的納米氮化硅陶瓷粉體提供了可靠的能源保障。
文檔編號(hào)H05H1/00GK1482843SQ0213826
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者張芬紅 申請(qǐng)人:張芬紅