本發(fā)明涉及等離子技術(shù)領域，更具體地說涉及一種層流等離子發(fā)生器。

背景技術(shù)：

等離子體發(fā)生器內(nèi)部，氣流通道中氣體溫度與電弧通道內(nèi)氣體溫度相差很大，在一定空間體積內(nèi)兩個通道中氣體壓力不同，電弧通道內(nèi)氣體對氣流通道內(nèi)氣體產(chǎn)生一個反向推力，由于層流等離子體射流的工作氣體流量一般很小，大概只有1-30slpm，這個反向推力會造成氣流通道內(nèi)氣流的短暫阻塞，之后由于反向推力減小直至消失，阻塞消除。在層流等離子體發(fā)生器工作時，這個反向推力會周期性的產(chǎn)生和消失，這就造成層流等離子體射流不穩(wěn)定。

另外在常規(guī)等離子體源中的氣流通道對外連接流量計和減壓閥，對內(nèi)連接電弧通道，等離子體源工作時，電弧通道中工作氣體溫度升高，進而氣壓升高，對氣流通道中的氣體產(chǎn)生一個反向作用力，引起氣流通道中的氣壓波動，且二者壓力相差越大，波動越明顯，這也造成等離子體源射流不穩(wěn)定性。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于2012年07月04日，公開了一種公開號為CN102534569A，名稱為“一種常壓輝光等離子體增強原子層沉積裝置”的發(fā)明專利，該發(fā)明專利包括主腔室，所述主腔室內(nèi)設有前驅(qū)體源進氣管道口、等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極，所述等離子發(fā)生器下電極下方設有加熱器，所述等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極之間形成氣流通道，所述前驅(qū)體源進氣管道口的出口正對氣流通道，其進口與源進氣加熱管道連接，所述源進氣加熱管道與載氣鋼瓶連接，所述源進氣加熱管道上連接有前驅(qū)體源瓶；所述等離子發(fā)生器上電極和等離子發(fā)生器下電極與射頻電源連接，所述等離子發(fā)生器上電極上設有多個將等離子體放電氣體引入的通氣孔，所述通氣孔均與等離子體放電氣體瓶連接；所述加熱器、射頻電源均連接到PLC上，所述PLC與計算機連接。

上述現(xiàn)有技術(shù)為了解決電弧通道內(nèi)工作氣體對氣流通道內(nèi)氣體的反作用力，對進入氣流通道的工作氣體進行加熱，但是這種方法，從一定程度上增大了等離子體源的體積，加大了等離子體源的控制難度，沒有合理利用能量資源，造成一定的資源浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種層流等離子發(fā)生器，本發(fā)明的發(fā)明目的旨在于解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體射流不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明可以穩(wěn)定電弧，保護陰極柱，穩(wěn)定等離子射流。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱、陰極罩和陽極體，其特征在于：所述陽極體設置在陰極罩的一端，所述陰極罩套在陰極柱外側(cè)，所述陽極體內(nèi)部設置有電弧通道，陰極柱的陰極頭對應設置在電弧通道的入口處；所述陰極柱與陰極罩之間設置有氣流通道，所述氣流通道包括至少三條繞陰極柱螺旋環(huán)繞的氣流槽，工作氣體從氣流槽進入到陰極罩與陽極體之間形成的氣流腔內(nèi)，所述氣流槽沿陰極柱軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽的螺旋方向相同。

所述氣流槽的數(shù)量為3-8條，且沿陰極柱外側(cè)圓周均勻分布。

所述氣流槽在陰極柱軸向至少包括3個螺旋，所述螺旋是指氣流槽繞陰極柱一周為一個螺旋。

所述氣流槽的氣流出口端射出的氣流與陰極柱的軸線呈25o-35o夾角。

所述氣流槽設置在陰極柱上。

所述氣流槽設置在陰極罩上。

所述陽極體上設置有進氣口和出氣口；所述進氣口和出氣口分別與冷卻通道連通，工作氣體從進氣口進入到陽極體內(nèi)部的冷卻通道中，然后從出氣口輸送至陰極罩與陽極體之間形成的氣流腔內(nèi)。

所述冷卻通道環(huán)狀分布在陽極體內(nèi)部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在：

1、等離子體源的工作氣體由陰極罩與陰極柱之間的氣流通道進入氣流腔內(nèi)，且設置多條氣流槽，可以增加工作氣體的進入量，且氣流槽螺旋分布，也可以增加工作氣體與陰極柱的接觸面，增加工作氣體的載入量，減少電弧通道內(nèi)工作氣體對氣流通道內(nèi)工作氣體的反作用力，從而起到穩(wěn)定等離子射流的目的。

2、氣流槽的數(shù)量以及氣流槽的分布方式?jīng)Q定了工作氣體的載入量和穩(wěn)定性，螺旋式載入的工作氣體，在氣流通道內(nèi)形成一定的螺旋力，可以有效地減少電弧通道內(nèi)工作氣體對氣流通道內(nèi)工作氣體的反作用力，穩(wěn)定等離子射流，降低等離子體源的控制難度。通過螺旋布置以及多條氣流槽，可以增加等離子體源工作氣體的載入量以及工作氣體與陰極柱的接觸面，可以延長陰極柱的壽命，減輕陰極柱的灼燒。

3、限定工作氣體從氣流槽內(nèi)射出的氣流與陰極柱軸向所呈的夾角，可以將射出的氣流集中在一個點上，根據(jù)設置的氣流槽的數(shù)量的不同，限定出射角度的不同，每條氣流槽內(nèi)射出的氣流相互配合，可以與電弧通道內(nèi)工作氣體對氣流通道內(nèi)工作氣體的反作用力相抵消，進一步減少反作用力，穩(wěn)定等離子射流。

4、本發(fā)明還在陽極體上設置冷卻通道，等離子體源工作時，工作氣體還可以由陽極體的進氣口進入陽極體內(nèi)部，氣體在陽極體內(nèi)的冷卻通道中帶走陽極體能量，最后由出氣口進入等離子體源的氣流腔內(nèi)，最后進入電弧通道內(nèi)；工作氣體在經(jīng)過陽極體內(nèi)部的冷卻通道時，吸收陽極體釋放的能量，溫度升高，氣壓增加，使得電弧通道內(nèi)外氣體壓力差減小，氣流波動減小，能夠穩(wěn)定等離子體射流；同時陽極體上額外的能量部分被用于氣體電離，提高了等離子體源的熱效率。

5、工作氣體分別從陰極和陽極進入到氣流腔內(nèi)，最后進入到電弧通道內(nèi)進行電離，陰極柱的氣流通道內(nèi)載入的工作氣體與陽極體的冷卻通道載入的工作氣體，形成配合，由于陰極柱的氣流通道內(nèi)載入的工作氣體設置有載入角度，會帶動陽極體內(nèi)載入的工作氣體的流向，兩者形成對流，一起抵消電弧通道內(nèi)工作氣體形成的反作用力，穩(wěn)定等離子射流。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明陰極柱與陰極罩的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明陰極柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明陽極體的結(jié)構(gòu)剖視圖；

附圖標記：1、陰極柱，2、陰極罩，3、陽極體，4、電弧通道，5、陰極頭，6、氣流通道，7、氣流槽，8、氣流腔，9、進氣口，10、出氣口，11、冷卻通道。

具體實施方式

實施例1

作為本發(fā)明一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱1、陰極罩2和陽極體3，所述陽極體3設置在陰極罩2的一端，所述陰極罩2套在陰極柱1外側(cè)，所述陽極體3內(nèi)部設置有電弧通道4，陰極柱1的陰極頭5對應設置在電弧通道4的入口處；所述陰極柱1與陰極罩2之間設置有氣流通道6，所述氣流通道6包括至少三條繞陰極柱1螺旋環(huán)繞的氣流槽7，工作氣體從氣流槽7進入到陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)，所述氣流槽7沿陰極柱1軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽7的螺旋方向相同。

實施例2

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱1、陰極罩2和陽極體3，所述陽極體3設置在陰極罩2的一端，所述陰極罩2套在陰極柱1外側(cè)，所述陽極體3內(nèi)部設置有電弧通道4，陰極柱1的陰極頭5對應設置在電弧通道4的入口處；所述陰極柱1與陰極罩2之間設置有氣流通道6，所述氣流通道6包括至少三條繞陰極柱1螺旋環(huán)繞的氣流槽7，工作氣體從氣流槽7進入到陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)，所述氣流槽7沿陰極柱1軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽7的螺旋方向相同；

所述氣流槽7的數(shù)量為3條，且沿陰極柱1外側(cè)圓周均勻分布；所述氣流槽7在陰極柱1軸向至少包括3個螺旋，所述螺旋是指氣流槽7繞陰極柱1一周為一個螺旋；所述氣流槽7的氣流出口端射出的氣流與陰極柱1的軸線呈25o夾角；所述氣流槽7設置在陰極柱1上。

實施例3

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1、2和3，本實施例公開了：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱1、陰極罩2和陽極體3，所述陽極體3設置在陰極罩2的一端，所述陰極罩2套在陰極柱1外側(cè)，所述陽極體3內(nèi)部設置有電弧通道4，陰極柱1的陰極頭5對應設置在電弧通道4的入口處；所述陰極柱1與陰極罩2之間設置有氣流通道6，所述氣流通道6包括至少三條繞陰極柱1螺旋環(huán)繞的氣流槽7，工作氣體從氣流槽7進入到陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)，所述氣流槽7沿陰極柱1軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽7的螺旋方向相同；

所述氣流槽7的數(shù)量為5條，且沿陰極柱1外側(cè)圓周均勻分布；所述氣流槽7在陰極柱1軸向包括4個螺旋，所述螺旋是指氣流槽7繞陰極柱1一周為一個螺旋；所述氣流槽7的氣流出口端射出的氣流與陰極柱1的軸線呈30o夾角；所述氣流槽7設置在陰極柱1上。

實施例4

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1和4，本實施例公開了：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱1、陰極罩2和陽極體3，所述陽極體3設置在陰極罩2的一端，所述陰極罩2套在陰極柱1外側(cè)，所述陽極體3內(nèi)部設置有電弧通道4，陰極柱1的陰極頭5對應設置在電弧通道4的入口處；所述陰極柱1與陰極罩2之間設置有氣流通道6，所述氣流通道6包括至少三條繞陰極柱1螺旋環(huán)繞的氣流槽7，工作氣體從氣流槽7進入到陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)，所述氣流槽7沿陰極柱1軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽7的螺旋方向相同；

所述氣流槽7的數(shù)量為8條，且沿陰極柱1外側(cè)圓周均勻分布；所述氣流槽7在陰極柱1軸向包括4個螺旋，所述螺旋是指氣流槽7繞陰極柱1一周為一個螺旋；所述氣流槽7的氣流出口端射出的氣流與陰極柱1的軸線呈35o夾角；所述氣流槽7設置在陰極罩2上。

實施例5

作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1、2、3和5，本實施例公開了：

一種層流等離子發(fā)生器，包括陰極柱1、陰極罩2和陽極體3，所述陽極體3設置在陰極罩2的一端，所述陰極罩2套在陰極柱1外側(cè)，所述陽極體3內(nèi)部設置有電弧通道4，陰極柱1的陰極頭5對應設置在電弧通道4的入口處；所述陰極柱1與陰極罩2之間設置有氣流通道6，所述氣流通道6包括至少三條繞陰極柱1螺旋環(huán)繞的氣流槽7，工作氣體從氣流槽7進入到陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)，所述氣流槽7沿陰極柱1軸向螺旋分布，所述至少三條氣流槽7的螺旋方向相同；

所述氣流槽7的數(shù)量為6條，且沿陰極柱1外側(cè)圓周均勻分布；所述氣流槽7在陰極柱1軸向包括4個螺旋，所述螺旋是指氣流槽7繞陰極柱1一周為一個螺旋；所述氣流槽7的氣流出口端射出的氣流與陰極柱1的軸線呈32o夾角；所述氣流槽7設置在陰極柱1上；

所述陽極體3上設置有進氣口9和出氣口10；所述進氣口9和出氣口10分別與冷卻通道11連通，工作氣體從進氣口9進入到陽極體3內(nèi)部的冷卻通道11中，然后從出氣口10輸送至陰極罩2與陽極體3之間形成的氣流腔8內(nèi)；所述冷卻通道11環(huán)狀分布在陽極體內(nèi)部。