專利名稱：一體化等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體加工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前常溫大氣等離子體加工用到等離子體炬，包括電容耦合等離子體炬(CCP)和電感耦合等離子體炬(ICP)。這兩種等離子體炬都需要在射頻電源的驅(qū)動(dòng)下，通過阻抗匹配器調(diào)諧后工作，因此射頻電源和阻抗匹配器是大氣等離子體加工系統(tǒng)的重要組成部分，它們將交流電轉(zhuǎn)換為可供等離子體激發(fā)所使用的射頻電流。對(duì)于射頻技術(shù)來說，阻抗匹配是一種常用工作狀態(tài)。當(dāng)電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的功率傳輸；當(dāng)電路失配時(shí)，高頻電源所發(fā)出的能量將不能最大限度的傳遞到負(fù)載上，沒有加載的能量會(huì)反射回來并且產(chǎn)生駐波，在檢測上表現(xiàn)為反射功率偏高，嚴(yán)重時(shí)可能引起高頻電源末級(jí)功率放大器的損壞，這樣一來，不但不能獲得最大功率傳輸，還有可能對(duì)上級(jí)電路造成損害。高頻電源和負(fù)載之間的匹配狀態(tài)會(huì)影響電能的傳輸效率，兩者電抗相等時(shí)其功率傳輸效率最聞，因此在電路中，均有由可調(diào)電容和電感組成的調(diào)諧電路和匹配電路。其功能是調(diào)節(jié)可變電容使負(fù)載與高頻電源之間阻抗相匹配，以保持等離子體獲得足夠的功率，維持等離子體穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載阻抗會(huì)發(fā)生明顯變化，此時(shí)需要改變調(diào)諧電路中的可變電容，使負(fù)載與電路重新處于良好的匹配狀態(tài)，否則等離子體得不到足夠能量將熄滅。與普通直流電路和工頻交流電路不同，在高頻電路中，一段數(shù)厘米長導(dǎo)線，它不僅有不可忽略的電阻，而且有很大的感抗和容抗，在回路中不能忽視它的存在。工作時(shí)間過長，由于負(fù)載線本身的感抗和容抗，使一部分能量消耗在負(fù)載線上，導(dǎo)致其發(fā)熱量大，具有一定的危險(xiǎn)性，尤其是在感應(yīng)耦合狀態(tài)，大功率工作的情況下，負(fù)載線呈現(xiàn)紅熱狀態(tài)；其次，阻抗匹配器與負(fù)載等離子體炬之間的負(fù)載線過長，也將受到外界環(huán)境電磁干擾；再者，若阻抗匹配與負(fù)載之間的電纜扭轉(zhuǎn)和大范圍運(yùn)動(dòng)，也將導(dǎo)致等離子體炬工作不穩(wěn)定。因此，在裝置中匹配器和負(fù)載(等離子體)之間的距離越近越好。為使負(fù)等離子體炬工作穩(wěn)定，阻抗匹配器實(shí)現(xiàn)最佳的工作效果，現(xiàn)有的等離子體加工設(shè)備中，常要求將匹配器機(jī)箱與加工室盡可能靠近。匹配器安裝在機(jī)柜內(nèi)的，要將機(jī)柜與加工室盡可能靠近，最好能直接與加工室或工作臺(tái)接觸。大氣等離子體加工工件時(shí)，需根據(jù)不同的加工要求，采用不同等離子體炬。由于CCP與ICP的等離子體產(chǎn)生機(jī)理不同，相應(yīng)裝置差異明顯，互換性差?，F(xiàn)有的大氣等離子體加工機(jī)床只采用一種等離子體炬，在不同加工要求下，需根據(jù)材料去除率更換不同機(jī)床進(jìn)行加工，重新定位，在加工過程中增加了誤差，延長了加工周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種一體化等離 子體發(fā)生裝置，是為了解決常溫大氣等離子體加工過程中，匹配器與等離子體炬距離過大，導(dǎo)致其工作不穩(wěn)定的問題。
所述的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:所述的一種一體化等離子體發(fā)生裝置，它由匹配器、電容耦合等離子體射流炬模塊、電感耦合等離子體炬模塊、成形電極模塊組成:
所述電容耦合等離子體射流炬模塊由電容耦合等離子體射流炬、第一連接支架、第一絕緣連接架、第一保護(hù)罩組成；第一絕緣連接架的底端面連接在第一連接支架的中部，電容耦合等離子體射流炬的外殼中部鑲嵌在第一絕緣連接架的孔中，第一保護(hù)罩圍繞在電容耦合等離子體射流炬的周圍，并與第一連接支架連接，使電容耦合等離子體射流炬的噴嘴露在第一連接支架和第一保護(hù)罩的外部；所述電感耦合等離子體炬模塊由電感耦合等離子體炬、第二連接支架、第二絕緣連接架、第二保護(hù)罩組成；第二絕緣連接架的底端面連接在第二連接支架的中部，電感耦合等離子體炬的外殼中部鑲嵌在第二絕緣連接架的孔中，第二保護(hù)罩圍繞在電感耦合等離子體炬的周圍，并與第二連接支架連接，使電感耦合等離子體炬的噴嘴露在第二連接支架和第二保護(hù)罩的外部；所述成形電極模塊由成形電極、第三連接支架、第三絕緣連接架、第三保護(hù)罩組成；第三絕緣連接架的上端面與第三連接支架的下端面連接，成形電極的上端面與第三絕緣連接架的下端面連接，成形電極的導(dǎo)電引線穿過第三絕緣連接架上的孔和第三連接支架下側(cè)的孔后設(shè)置在第三連接支架的中部附近，第三保護(hù)罩圍繞在導(dǎo)電引線的周圍，并與第三連接支架連接；當(dāng)匹配器與電容耦合等離子體射流炬模塊組合連接時(shí)，電容耦合等離子體射流炬模塊的第一連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接，匹配器的正極引線穿過第一連接支架上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器的負(fù)極引線穿過第一連接支架上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器與電感耦合等離子體炬模塊組合連接時(shí)，電感耦合等離子體炬模塊的第二連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接，匹配器的正極引線穿過第二連接支架上端的孔后與電感耦合等離子體炬的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器的負(fù)極引線穿過第二連接支架上端的孔后與電感耦合等離子體炬的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器與成形電極模塊組合連接時(shí)，成形電極模塊的第三連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接，匹配器的正極引線穿過第三連接支架上端的孔后與成形電極的正極引線導(dǎo)電連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明將匹配器和等 離子體炬集成為一體，無需負(fù)載線連接，縮短了匹配器和負(fù)載之間的距離，可有效降低外界對(duì)裝置的電磁干擾，同時(shí)使阻抗匹配效果更加穩(wěn)定；采用ICP模塊時(shí)，無需負(fù)載線，大功率工作時(shí)，安全性高；一體化設(shè)計(jì)便于機(jī)構(gòu)整體置于機(jī)床動(dòng)平臺(tái)，隨動(dòng)平臺(tái)按要求運(yùn)動(dòng)，不影響ICP穩(wěn)定性。本發(fā)明將ICP和CCP等離子體炬模塊化設(shè)計(jì)，為達(dá)到不同加工目的，可簡便快速更換負(fù)載等離子體源，而不需全部更換匹配器和等離子體炬，極大的減少了工序，節(jié)省了加工時(shí)間。本發(fā)明的CCP成形電極模塊可大面積快速修形，ICP模塊可局部小面積修形，CCP射流模塊可實(shí)現(xiàn)小去除量的面型精修整，裝置集成在一個(gè)機(jī)床上，可實(shí)現(xiàn)不同的加工目的，工件一次性定位，無需重復(fù)裝夾，提高了制造精度。本發(fā)明使用了模塊化設(shè)計(jì)，互換性強(qiáng)，采用不同模塊，可實(shí)現(xiàn)不同功能，便于各種加工情況選擇，設(shè)計(jì)人性化。


圖1是當(dāng)匹配器I與電容耦合等離子體射流炬模塊2組合連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是當(dāng)匹配器I與電感耦合等離子體炬模塊3組合連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意 圖3是當(dāng)匹配器I與成形電極模塊4組合連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1、圖2所示，它由匹配器1、電容耦合等離子體射流炬模塊2、電感耦合等離子體炬模塊3、成形電極模塊4組成:
所述電容耦合等離子體射流炬模塊2由電容耦合等離子體射流炬2-1、第一連接支架
2-2、第一絕緣連接架2-3、第一保護(hù)罩2-4組成；第一絕緣連接架2-3的底端面連接在第一連接支架2-2的中部，電容耦合等離子體射流炬2-1的外殼中部鑲嵌在第一絕緣連接架2-3的孔2-5中，第一保護(hù)罩2-4圍繞在電容耦合等離子體射流炬2-1的周圍，并與第一連接支架2-2連接， 使電容耦合等離子體射流炬2-1的噴嘴露在第一連接支架2-2和第一保護(hù)罩2-4的外部；所述電感耦合等離子體炬模塊3由電感耦合等離子體炬3-1、第二連接支架
3-2、第二絕緣連接架3-3、第二保護(hù)罩3-4組成；第二絕緣連接架3-3的底端面連接在第二連接支架3-2的中部，電感耦合等離子體炬3-1的外殼中部鑲嵌在第二絕緣連接架3-3的孔3-5中，第二保護(hù)罩3-4圍繞在電感耦合等離子體炬3-1的周圍，并與第二連接支架3-2連接，使電感耦合等離子體炬3-1的噴嘴露在第二連接支架3-2和第二保護(hù)罩3-4的外部；所述成形電極模塊4由成形電極4-1、第三連接支架4-2、第三絕緣連接架4-3、第三保護(hù)罩
4-4組成；第三絕緣連接架4-3的上端面與第三連接支架4-2的下端面連接，成形電極4-1的上端面與第三絕緣連接架4-3的下端面連接，成形電極4-1的導(dǎo)電引線4-5穿過第三絕緣連接架4-3上的孔和第三連接支架4-2下側(cè)的孔后設(shè)置在第三連接支架4-2的中部附近，第三保護(hù)罩4-4圍繞在導(dǎo)電引線4-5的周圍，并與第三連接支架4-2連接；當(dāng)匹配器I與電容耦合等離子體射流炬模塊2組合連接時(shí)，電容耦合等離子體射流炬模塊2的第一連接支架2-2的上端面與匹配器I的下面端面連接，匹配器I的正極引線穿過第一連接支架2-2上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬2-1的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器I的負(fù)極引線穿過第一連接支架2-2上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬2-1的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器I與電感耦合等離子體炬模塊3組合連接時(shí)，電感耦合等離子體炬模塊3的第二連接支架3-2的上端面與匹配器I的下面端面連接，匹配器I的正極引線穿過第二連接支架3-2上端的孔后與電感耦合等離子體炬3-1的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器I的負(fù)極引線穿過第二連接支架3-2上端的孔后與電感耦合等離子體炬3-1的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器I與成形電極模塊4組合連接時(shí)，成形電極模塊4的第三連接支架4-2的上端面與匹配器I的下面端面連接，匹配器I的正極引線穿過第三連接支架4-2上端的孔后與成形電極4-1的正極引線導(dǎo)電連接。所述匹配器I的可采用常州瑞思杰爾電子科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為PSG-1II的匹配器，其射頻輸入頻率為27.12MHz或40.68MHz。所述電容耦合等離子體射流炬2-1的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可參見中國專利200610010156.3 “用于超光滑表面加工的電容耦合式射頻常壓等離子體炬”。所述電感耦合等離子體炬3-1采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)與電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析技術(shù)中常見的Fassel炬管和Greenfild炬管。
當(dāng)匹配器I與成形電極模塊4組合連接時(shí)，應(yīng)配合地電極共同工作使用。工作原理:本發(fā)明將匹配器和等離子體炬集成為一體，匹配器功率直接加載到等離子體炬上，無需負(fù)載線連接，縮短了匹配器和負(fù)載之間的距離，可有效降低外界對(duì)裝置的電磁干擾，同時(shí)使阻抗匹配效果更加穩(wěn)定；采用ICP模塊時(shí)，無需負(fù)載線，大功率工作時(shí)，安全性高；一體化設(shè)計(jì)便于機(jī)構(gòu)整體置于機(jī)床動(dòng)平臺(tái)，隨動(dòng)平臺(tái)按要求運(yùn)動(dòng)，不影響ICP穩(wěn)定性?！?br> 權(quán)利要求
1.一體化等離子體發(fā)生裝置，其特征在于它由匹配器(I)、電容耦合等離子體射流炬模塊(2)、電感耦合等離子體炬模塊(3)、成形電極模塊(4)組成: 所述電容耦合等離子體射流炬模塊(2)由電容耦合等離子體射流炬(2-1)、第一連接支架(2-2)、第一絕緣連接架(2-3)、第一保護(hù)罩(2-4)組成；第一絕緣連接架(2-3)的底端面連接在第一連接支架(2-2)的中部，電容耦合等離子體射流炬(2-1)的外殼中部鑲嵌在第一絕緣連接架(2-3)的孔(2-5)中，第一保護(hù)罩(2-4)圍繞在電容耦合等離子體射流炬(2-1)的周圍，并與第一連接支架(2-2)連接，使電容耦合等離子體射流炬(2-1)的噴嘴露在第一連接支架(2-2)和第一保護(hù)罩(2-4)的外部；所述電感耦合等離子體炬模塊(3)由電感耦合等離子體炬(3-1)、第二連接支架(3-2)、第二絕緣連接架(3-3)、第二保護(hù)罩(3-4)組成；第二絕緣連接架(3-3)的底端面連接在第二連接支架(3-2)的中部，電感稱合等離子體炬(3-1)的外殼中部鑲嵌在第二絕緣連接架(3-3)的孔(3-5)中，第二保護(hù)罩(3-4)圍繞在電感耦合等離子體炬(3-1)的周圍，并與第二連接支架(3-2)連接，使電感耦合等離子體炬(3-1)的噴嘴露在第二連接支架(3-2)和第二保護(hù)罩(3-4)的外部；所述成形電極模塊(4)由成形電極(4-1)、第三連接支架(4-2)、第三絕緣連接架(4-3)、第三保護(hù)罩(4-4)組成；第三絕緣連接架(4-3)的上端面與第三連接支架(4-2)的下端面連接，成形電極(4-1)的上端面與第三絕緣連接架(4-3)的下端面連接，成形電極(4-1)的導(dǎo)電引線(4-5)穿過第三絕緣連接架(4-3)上的孔和第三連接支架(4-2)下側(cè)的孔后設(shè)置在第三連接支架(4-2)的中部附近，第三保護(hù)罩(4-4)圍繞在導(dǎo)電引線(4-5)的周圍，并與第三連接支架(4-2)連接；當(dāng)匹配器(I)與電容耦合等離子體射流炬模塊(2)組合連接時(shí)，電容耦合等離子體射流炬模塊(2)的第一連接支架(2-2)的上端面與匹配器(I)的下面端面連接，匹配器(I)的正極引線穿過第一連接支 架(2-2)上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬(2-1)的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器(I)的負(fù)極引線穿過第一連接支架(2-2)上端的孔后與電容耦合等離子體射流炬(2-1)的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器(I)與電感耦合等離子體炬模塊(3)組合連接時(shí)，電感耦合等離子體炬模塊(3)的第二連接支架(3-2)的上端面與匹配器(I)的下面端面連接，匹配器(I)的正極引線穿過第二連接支架(3-2)上端的孔后與電感耦合等離子體炬(3-1)的正極引線導(dǎo)電連接，匹配器(I)的負(fù)極引線穿過第二連接支架(3-2)上端的孔后與電感耦合等離子體炬(3-1)的負(fù)極引線導(dǎo)電連接；當(dāng)匹配器(I)與成形電極模塊(4)組合連接時(shí)，成形電極模塊(4)的第三連接支架(4-2)的上端面與匹配器(I)的下面端面連接，匹配器(I)的正極引線穿過第三連接支架(4-2)上端的孔后與成形電極(4-1)的正極引線導(dǎo)電連接。
全文摘要
一體化等離子體發(fā)生裝置，它屬于等離子體加工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決常溫大氣等離子體加工過程中，匹配器與等離子體炬距離過大，導(dǎo)致其工作不穩(wěn)定的問題。它的當(dāng)匹配器與電容耦合等離子體射流炬模塊組合連接時(shí)，電容耦合等離子體射流炬模塊的第一連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接；當(dāng)匹配器與電感耦合等離子體炬模塊組合連接時(shí)，第二連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接；當(dāng)匹配器與成形電極模塊組合連接時(shí)，成形電極模塊的第三連接支架的上端面與匹配器的下面端面連接。本發(fā)明將匹配器和等離子體炬集成為一體，無需負(fù)載線連接，縮短了匹配器和負(fù)載之間的距離，可有效降低外界對(duì)裝置的電磁干擾，同時(shí)使阻抗匹配效果更加穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H05H1/30GK103237405SQ201310177048
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者王波, 辛強(qiáng), 姚英學(xué), 金會(huì)良, 丁飛, 李娜, 金江, 李鐸 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)