一種實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，由陶瓷支架、感應(yīng)器、O型橡膠密封圈、圓形底座及石英管組成，其特征是，所述設(shè)備可抽真空且側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管作為反應(yīng)室，內(nèi)置于底座和感應(yīng)器內(nèi)，管內(nèi)真空度1.5～3kPa，管側(cè)面進(jìn)氣孔與小頭出氣孔內(nèi)徑5～6mm，其與底座間通過(guò)過(guò)盈配合的密封圈密封；底座上表面與石英管進(jìn)氣孔距離15～20mm；感應(yīng)器由銅質(zhì)空心管彎制成3～4匝，內(nèi)徑300～500mm，震蕩頻率2.5～5MHz；支架頂部高出感應(yīng)器底部5～10mm。本發(fā)明采用石英管作為反應(yīng)室，操作便捷，便于觀察管內(nèi)反應(yīng)情況，可精確測(cè)溫，節(jié)約材料；采用感應(yīng)器加熱，反應(yīng)速度快，適用于實(shí)驗(yàn)室。
【專利說(shuō)明】一種實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利是關(guān)于一種實(shí)驗(yàn)室用通過(guò)高頻感應(yīng)等離子快速處理工件設(shè)備的設(shè)計(jì)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)，等離子體技術(shù)在醫(yī)藥學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、輕工紡織、冶金化工等領(lǐng)域的應(yīng)用十分活躍，現(xiàn)代工業(yè)和科技的迅猛發(fā)展對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高，為滿足現(xiàn)代工業(yè)和科技的要求，等離子體材料表面改性的設(shè)備和工藝需不斷進(jìn)步。
[0003]現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室研究等離子體表面改性技術(shù)皆屬低真空下的氣體放電技術(shù)，基本粒子必須在低氣壓條件及一定電壓下才能取得滿足化學(xué)反應(yīng)所需要的能量，為此需要有真空系統(tǒng)和具有嚴(yán)格的真空罩反應(yīng)器，一般反應(yīng)室采用真空爐，爐膛較大，抽真空所需時(shí)間較長(zhǎng)且須用高精密真空設(shè)備保證真空度，使用成本高，無(wú)論維修設(shè)備還是安裝工件都十分不便，增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；其次，真空爐的熱慣性大，升降溫緩慢，很難實(shí)現(xiàn)精確測(cè)溫；然后，通入的反應(yīng)氣體較多，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重；最后，等離子處理過(guò)程中很難清晰的觀察氣體與工件的反應(yīng)過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有不足，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是，提供一種可精確測(cè)溫、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工和拆裝、氣密性好、幾乎全方位可視的、節(jié)約材料、無(wú)污染、高效快速適于實(shí)驗(yàn)室用的等尚子處理設(shè)備。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的方案是，一種實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，由陶瓷支架、感應(yīng)器、O型橡膠密封圈、圓形底座以及側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管組成，其特征是，所述設(shè)備可從上方小頭抽真空且側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管作為反應(yīng)室，該石英管內(nèi)置于圓形底座和感應(yīng)器內(nèi)，操作方便，適用于實(shí)驗(yàn)室使用。
[0006]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其石英管為大小頭敞開(kāi)式、側(cè)面帶進(jìn)氣孔、可從小頭抽真空，作為反應(yīng)室置于圓形底座和感應(yīng)器的內(nèi)部。
[0007]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其石英管的側(cè)面進(jìn)氣孔與小頭出氣孔內(nèi)徑為5 ?6mm ο
[0008]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其石英管與圓形底座接觸處使用O型橡膠密封圈密封。
[0009]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管內(nèi)真空度為1.5?3kPa。
[0010]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其圓形底座上表面與石英管進(jìn)氣孔距離為15 ?20mmo
[0011]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其O型橡膠密封圈在圓形底座與石英管間為過(guò)盈配合。
[0012]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其感應(yīng)器由銅質(zhì)空心管彎制成3?4匝，內(nèi)徑為 300 ?500mm。
[0013]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其感應(yīng)器的震蕩頻率為2.5?5MHz。
[0014]上述實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，其陶瓷支架頂部高出感應(yīng)器底部5?10mm。
[0015]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備，采用側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管作為反應(yīng)室，能夠便捷的控制進(jìn)氣和出氣，保證反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)，方便安放工件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工和拆裝，能夠精確測(cè)溫，可隨時(shí)觀察反應(yīng)室內(nèi)各個(gè)部位的反應(yīng)情況。
[0016]O型橡膠密封圈在圓形底座與石英管間為過(guò)盈配合，能夠保證反應(yīng)室石英管內(nèi)的真空度。
[0017]感應(yīng)器的震蕩頻率為2.5?5MH，能夠使氣體電離，從而放電形成等離子體。
[0018]陶瓷支架頂部高出感應(yīng)器底部5?10mm，能夠保證放置在陶瓷支架上的工件置于處于感應(yīng)加熱區(qū)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]出氣孔1、石英管2、高頻感應(yīng)器3、陶瓷支架4、O型橡膠密封圈5、圓形底座6、進(jìn)氣孔7【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:不銹鋼表面等離子沉積類金剛石膜
[0021]材料及工藝條件如下:
[0022]基底材料為lCrl8Ni9Ti不銹鋼片；
[0023]沉積溫度介于800?1100°C ；
[0024]沉積時(shí)間為30min ；
[0025]反應(yīng)室中混合氣體氣壓為1.5kPa ；
[0026]反應(yīng)氣源為H2和CH4混合氣體，其流量比為80:5 (sccm，標(biāo)況立方厘米/每分)。
[0027]金剛石膜沉積的過(guò)程:
[0028]用1000目金相砂紙對(duì)基底進(jìn)行摩擦處理，然后將基底放入含丙酮的溶液中超聲波處理lOmin。表面預(yù)處理后的基底直接放入反應(yīng)室內(nèi)?；妆砻骖A(yù)處理一方面使其表面有微小的劃痕，增大了基底的表面能，另一方面去除了其表面油污，有利于類金剛石膜的沉積和形核。
[0029]預(yù)處理后的基底放在支架4上，與感應(yīng)器3連接的感應(yīng)加熱裝置通入冷卻水；出氣孔I與真空排氣系統(tǒng)連接，用機(jī)械泵對(duì)石英管反應(yīng)室預(yù)抽真空，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)氣壓低于IOPa時(shí)，再使用分子泵抽真空；由進(jìn)氣孔7通入反應(yīng)混合氣體，用機(jī)械泵和分子泵控制反應(yīng)室內(nèi)的氣壓；氣壓為1.5kPa時(shí)，感應(yīng)器3通入80安培電流；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)溫度逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度，混合氣體發(fā)生分解合成反應(yīng)，形成等離子體；并在到達(dá)基底表面過(guò)程中發(fā)生一系列的氣相反應(yīng)，生成的基團(tuán)沉積到基底表面，最終形成類金剛石薄膜。反應(yīng)結(jié)束后，先停止通甲燒15min后,再停止通氫氣和冷卻水。
[0030]實(shí)施例2:滲碳鋼表面等離子滲碳
[0031]工藝條件:
[0032]基底材料為φ16mmX 3mm 的 20CrMnTi 鋼；
[0033]滲碳溫度介于500± 15°C ;
[0034]滲碳時(shí)間為60min ；[0035]滲碳?xì)鉃镃3H8和H2,其比值為1:2;
[0036]滲碳?xì)鈮航橛?kPa。
[0037]等離子滲碳過(guò)程:
[0038]基底材料放在含丙酮的溶液中超聲波處理lOmin。預(yù)處理后的基底放在陶瓷支架4上。與感應(yīng)器3連接的感應(yīng)加熱裝置通入冷卻水。通過(guò)與出氣孔I連接的真空系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)室抽真空，使反應(yīng)室氣壓達(dá)到IOPa以下。接通感應(yīng)器3的電源，加熱至滲碳溫度500°C ；由進(jìn)氣孔7通入滲碳?xì)猓磻?yīng)室氣壓應(yīng)保持在2kPa。利用高頻感應(yīng)放電所產(chǎn)生的等離子體中的活性碳離子快速滲碳，直至預(yù)定的滲碳反應(yīng)時(shí)間結(jié)束。
[0039]以上所述，僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是，凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，由陶瓷支架、感應(yīng)器、O型橡膠密封圈、圓形底座以及側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管組成，其特征是，所述設(shè)備可從上方小頭抽真空且側(cè)面帶進(jìn)氣孔的大小頭敞開(kāi)式石英管作為反應(yīng)室，該石英管內(nèi)置于圓形底座和感應(yīng)器內(nèi)，操作方便，適用于實(shí)驗(yàn)室使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述石英管為大小頭敞開(kāi)式、側(cè)面帶進(jìn)氣孔、可從小頭抽真空，作為反應(yīng)室置于圓形底座和感應(yīng)器的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述石英管的側(cè)面進(jìn)氣孔與小頭出氣孔內(nèi)徑為5?6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述石英管與圓形底座接觸處使用O型橡膠密封圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述石英管內(nèi)真空度為1.5?3kPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述圓形底座上表面與石英管進(jìn)氣孔距離為15?20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述O型橡膠密封圈在圓形底座與石英管間為過(guò)盈配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述感應(yīng)器由銅質(zhì)空心管彎制成3?4 EL內(nèi)徑300?500mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述感應(yīng)器的震蕩頻率為2.5?5MHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)室用感應(yīng)等離子處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其特征是，所述陶瓷支架頂部高出感應(yīng)器底部5?10mm。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK103874316SQ201410111289
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】馬伯江 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)