專利名稱：微波表面波等離子體炬的制作方法
技術(shù)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(shù)：
等離子體炬在焊接、噴涂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(fā)的。由于是有極放電，不但電極壽命短，而且電極對 等離子體的污染是許多應用領域，例如，微電子，高純材料制造和光譜分析等領域不能接受 的；射頻等離子體炬由于采用了電感耦合無極放電的形式，電極污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，很難應用于要求產(chǎn)生高效和高能密度等離子體的領 域。近年來由于高科技應用領域的牽引，微波等離子體炬得到了充分的發(fā)展，也出現(xiàn)了相 應的一些專利，如申請?zhí)?2144899.X和申請?zhí)?00580016015.6的兩個專利。但這兩個專 利，前者用具有內(nèi)導體的介質(zhì)波導/同軸轉(zhuǎn)換器耦合微波功率，使得內(nèi)導體浸漬在等離子 體中；后者放電就在壓縮波導的微波電場的最大區(qū)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(qū)別，但由這兩 種微波等離子體炬產(chǎn)生的高能量密度等離子體的潔凈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(zhì)管隔離。

實用新型內(nèi)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(yōu)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(zhì)管中產(chǎn)生。為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)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(chǎn)生傳輸 裝置，矩形波導的另一端設置有活塞，活塞桿穿過矩形波導另一端伸入波導腔中與活塞連 接，其特征在于所述矩形波導一個側(cè)壁上設置有凸起的通道壓縮塊，所述側(cè)壁對應所述通 道壓縮塊的中央位置還垂直于所述側(cè)壁安裝有帶進氣口的旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)，所述進氣口的軸線 與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)相切，所述旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)的軸線上安裝有點火器；還包括有垂直于矩形波導另 一側(cè)壁的介質(zhì)管，所述介質(zhì)管依次穿過所述矩形波導另一側(cè)壁與通道壓縮塊相對的中央位 置、通道壓縮塊后，與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)連通，所述介質(zhì)管與所述旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)同軸，介質(zhì)管外套有 與介質(zhì)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(cè)壁上。所述的微波表面波等離子體炬，其特征在于所述點火器位于所述旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)軸 線上。來自于微波產(chǎn)生傳輸裝置的微波經(jīng)過壓縮塊透過介質(zhì)管壁形成表面波，點火器工 作后，將在介質(zhì)管中形成預電離等離子體。表面波在預電離等離子體產(chǎn)生后，將在介質(zhì)管中 形成潔凈的微波等離子體炬。本實用新型采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(qū)。矩形波導一端是微波產(chǎn)生傳輸系統(tǒng)，另一端是微波匹配系統(tǒng)。微波產(chǎn)生系統(tǒng)是由微波管和激勵腔組成，傳輸系統(tǒng)是由環(huán)形器等組 成；微波匹配系統(tǒng)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(zhì)管和圓形波導，介質(zhì)管與圓形波導同軸。介質(zhì)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(zhuǎn)進氣環(huán)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(cè)壁上，另一端與介質(zhì)管同軸延伸出。微波管在激勵腔中產(chǎn)生的微波經(jīng)由環(huán)形器至矩形變截面波導壓縮通道中央轉(zhuǎn)換 成沿介質(zhì)管傳播的表面波。當在介質(zhì)管中形成適當流速的旋轉(zhuǎn)氣流和點火器工作時，表面 波將在介質(zhì)管內(nèi)產(chǎn)生高能量密度的等離子體。本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型涉及的等離子體炬，由于放電區(qū)局限在耐高溫的介質(zhì)管內(nèi)，因而等 離子體純凈度很高，可以用來制備高純度材料，例如用來生產(chǎn)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，由于放電區(qū)局限在耐高溫的介質(zhì)管內(nèi)，產(chǎn)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(qū)能產(chǎn)生高能量密度的等離子體，因而可 以用來凈化任何有毒有害物質(zhì)；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，所采用的微波 系統(tǒng)都是已工程化的微波設備，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，運行可靠，轉(zhuǎn)換效率高，價格便宜。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)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(chǎn)生傳輸裝置，矩形波導2的另一端設置有短路活塞1，有活塞桿穿過矩形波導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(cè)壁上設置有凸起的通道壓縮塊3，側(cè)壁 對應通道壓縮塊3的中央位置還垂直于側(cè)壁安裝有帶進氣口 13的旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4，進氣口 13 的軸線與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4相切，旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4上安裝有點火器5，點火器5位于旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4 的軸線上。還包括有垂直于矩形波導2另一側(cè)壁的介質(zhì)管7，介質(zhì)管7依次穿過矩形波導2 另一側(cè)壁與通道壓縮塊3相對的中央位置、通道壓縮塊3后，與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4連通，介質(zhì)管 另一個管口作為出氣口 8，介質(zhì)管的出氣口 8位于矩形波導2外，介質(zhì)管7與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)4 同軸，介質(zhì)管7外套有與介質(zhì)管同軸的圓波導6，圓波導6安裝在矩形波導2的另一側(cè)壁上。 這樣潔凈的等離子體9就可以在介質(zhì)管7中產(chǎn)生。微波產(chǎn)生傳輸裝置包括激勵腔11，激勵腔11側(cè)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(huán)形器10安裝在矩形波導2 —端。
權(quán)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(chǎn)生傳輸裝置，矩形波導的另一端設置有活塞，活塞桿穿過矩形波導另一端伸入波導腔中與活塞連接，其特征在于所述矩形波導一個側(cè)壁上設置有凸起的通道壓縮塊，所述側(cè)壁對應所述通道壓縮塊的中央位置還垂直于所述側(cè)壁安裝有帶進氣口的旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)，所述進氣口的軸線與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)相切，所述旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)的軸線上安裝有點火器；還包括有垂直于矩形波導另一側(cè)壁的介質(zhì)管，所述介質(zhì)管依次穿過所述矩形波導另一側(cè)壁與通道壓縮塊相對的中央位置、通道壓縮塊后，與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)連通，所述介質(zhì)管與所述旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)同軸，介質(zhì)管外套有與介質(zhì)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(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波表面波等離子體炬，其特征在于所述點火器位于所述 旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)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(chǎn)生傳輸裝置，另一端安裝有微波匹配裝置，矩形波導一個側(cè)壁上設置有凸起的通道壓縮塊，側(cè)壁還安裝有旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)，旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)上安裝有點火器；還包括有垂直于矩形波導另一側(cè)壁的介質(zhì)管，介質(zhì)管依次穿過矩形波導另一側(cè)壁與通道壓縮塊相對的位置、通道壓縮塊后，與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)連通，介質(zhì)管與旋轉(zhuǎn)進氣環(huán)同軸，介質(zhì)管外套有與介質(zhì)管同軸的圓波導。本實用新型產(chǎn)生的等離子體既是高能量密度的，也是足夠潔凈的等離子體，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(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)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