阅读说明：本技术 基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置 (Flat plate type plasma generating device based on mixed type plasma structure ) 是由 李兵 姜涛 尚中昱 李昂 于 2019-08-19 设计创作，主要内容包括：基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置,包括左右两侧分别带有供气口和排气口的放电容器,在放电容器内部自上而下一次设置交流脉冲电源、与其相连接的等离子体放电总成以及下方的可更换式工作平台。首先通过可拆卸式下保护壳的拆卸区域送入被放置物件并固定在物件夹具中,通过交流脉冲电源为放电提供放电电压,通过供气口和排气口向放电容器中通入工作气体并根据处理要求控制容器内部的气压。本发明同时适用于大气压和低气压环境,应用范围广泛。(A flat-plate plasma generating device based on a mixed plasma structure comprises a discharge vessel with an air supply port and an air exhaust port on the left side and the right side respectively, an alternating current pulse power supply, a plasma discharge assembly connected with the alternating current pulse power supply and a replaceable working platform below the alternating current pulse power supply are arranged in the discharge vessel from top to bottom once. Firstly, an object to be placed is fed in through a disassembling area of a detachable lower protective shell and is fixed in an object clamp, discharge voltage is provided for discharge through an alternating current pulse power supply, working gas is introduced into a discharge container through a gas supply port and a gas exhaust port, and the gas pressure in the container is controlled according to processing requirements. The invention is suitable for the atmospheric pressure and low pressure environment at the same time, and has wide application range.)

基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，特别涉及基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置。

背景技术

等离子体作为物质的第四态，其离子化气体、激发活性粒子、辐射紫外线等特性被广泛应用于消毒杀菌领域和临床医学中，近年来持续成为应用领域的研究热点。

在实际应用中，工作于低温(通常低于40摄氏度)和大气压或低气压环境下的等离子体发生装置被经常使用，该种类型设备的工作原理主要分为以下几类：

第一种是直接型等离子体发生源，直接利用目标区域作为辅助电极进行触发放电产生等离子体，该种方法主要采用基于浮动式电极的介质阻挡放电技术为实现，能够产生相对均匀的等离子体以及高浓度活性物质。同时相对于其他两种类型的装置，直接型等离子体发生源因其结构特点有着对等离子体的触发位置高度可控的优势，但也有着触发距离须为固定距离等局限。该种基于浮动式电极的介质阻挡放电结构作为近年出现的新兴技术，在直接型等离子体发生装置领域有着诸多研究，其被广泛。

第二种是间接型等离子体发生源，是在发生设备内部的两个电极之间产生等离子体，进而通过载体气体或扩散的方式将等离子体传递至目标区域。通过控制载体气体可改变该气体中等离子体产生的活性物质的成分，以及控制等离子体射流的射出位置。间接性等离子体发生设备可采用等离子体针筒、等离子体喷嘴、大尺寸等离子体火炬等结构实现，其具有应用尺寸灵活的优势，但另一方面由于其等离子体的间接式发生机理等问题，该类型设备也存在着可控性较弱、等离子体产生的活性物质浓度较低等不足。

第三种是混合型等离子体发生源，是一种结合直接型和间接型等离子体发生源的混合结构，该方法主要利用表面微放电技术，在接地的多电极阵列中触发微放电现象并产生等离子体，其优势在于电极阵列的面积较大，对目标区域的覆盖能力较强，但由于电极阵列中的导线网格电阻值较小，其在目标区域产生的丝状微放电电束的穿透能力较弱，难以完全穿过目标区域。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置，装置同时适用于大气压和低气压环境，应用范围广泛，在不产生电弧、保证安全性的前提下提高了混合型等离子体发生装置在处理不同尺度和材料的物件上的灵活度和处理效能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置，包括左右两侧分别带有供气口10和排气口11的放电容器1，在放电容器1内部自上而下依次设置交流脉冲电源3、与放电容器1相连接的等离子体放电总成4以及等离子体放电总成下方的可更换式工作平台2。

所述的交流脉冲电源3的频率为10-350kHz且电压幅值为 0.5-2kV。

所述的等离子体发生装置在标准大气压环境工作时，经由供气口 10和排气口11通过放电容器1的工作气体为空气；等离子体发生装置在低气压环境工作时，经由供气口10和排气口11通过放电容器1 的工作气体采用氦气或氩气等惰性气体。

所述的等离子体放电总成4上部为聚四氟乙烯材料的上保护外壳12，上保护外壳12的底表面由上介质层6、铜制主放电板5以及下介质层7三层式结构组成，上介质层6和下介质层7均由陶瓷或石英等绝缘材料填充构成，主放电板5右侧顶端与交流脉冲电源3相连接。

所述的可更换式工作平台2由被放置物体13、夹具底座15、物件夹具16、旋转轨道14、步进电机8共同组成，夹具底座15上设置有三个一组平行设置的物件夹具16，被放置物件13由物件夹具16 固定，物件夹具16下方为夹具底座15，夹具底座15设置在旋转轨道14上，夹具底座15通过步进电机8带动沿旋转轨道14逆时针旋转，可更换式工作平台2下方为可拆卸式下保护外壳17。

所述的旋转轨道14为圆形旋转轨道。

所述的可拆卸式下保护外壳17区域的大小可根据实际被放置物件13的形状尺寸与工作平台2中圆形旋转轨道的半径进行调整。

所述的夹具底座15的构成材料为铝，物件夹具16和旋转轨道 14的构成材料均为聚四氟乙烯，所述的可拆卸式下保护外壳17由聚四氟乙烯材料构成。

本发明的有益效果：

利用放电容器1提供密闭空间、交流脉冲电源3为铜质主放电板 5提供放电电压、工作平台2用于放置被处理物和作为悬浮式电极以触发介质阻挡的辉光放电，由此该装置放电时，等离子体9产生于铜质主放电板5与可更换式工作平台2之间，放电路径随由导体材料构成的被放置物体13或铝制夹具底座15直接诱发，具有良好的表面贴合度，应用范围广泛，在不产生电弧、保证安全性的前提下提高了等离子体的处理效能。

附图说明

图1为混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置示意图。

图2为等离子体发生装置中旋转轨道的内部结构示意图。

图3为等离子放电总成4与可更换式工作平台2的轴测示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，混合型等离子体结构的平板式等离子体发生装置，包括左右两侧分别带有供气口10和排气口11的放电容器1，在放电容器1内部自上而下一次设置交流脉冲电源、与其相连接的等离子体放电总成4以及下方的可更换式工作平台2。

所述的交流脉冲电源3的频率为10-350kHz且电压幅值为0.5-2kV。

所述的等离子体放电总成4上部为聚四氟乙烯材料的上保护外壳12，上保护外壳12的底表面由上介质层6、铜制主放电板5以及下介质层7三层式结构组成，上介质层6和下介质层7均由陶瓷或石英等绝缘材料填充构成，主放电板5右侧顶端与交流脉冲电源3相连接。

如图2所示，所述的可更换式工作平台2由被放置物体13、夹具底座15、物件夹具16、旋转轨道14、步进电机8共同组成，夹具底座15的构成材料为铝，物件夹具16和旋转轨道14的构成材料均为聚四氟乙烯，可更换式工作平台2下方为可拆卸式下保护外壳17，由聚四氟乙烯材料构成，通过对可更换式工作平台2和可拆卸式下保护外壳17的尺寸调整，该平板式等离子体发生装置可处理不同尺寸和形状的物件。

如图2为等离子体发生装置中旋转轨道的内部结构示意图，被放置物件13由在夹具底座15上三个一组平行设置的物件夹具16固定，在一个工作处理周期结束后，被放置物件13经由步进电机8带动连接物件夹具16的夹具底座15沿着旋转轨道14逆时针旋转180度，继续处理一个工作周期，从而保证了对被放置物件13的表面进行完全覆盖处理。

图3为等离子放电总成4与可更换式工作平台2的轴测示意图，被放置物件13以深色棍状物体表示，夹具底座15与三个物件夹具 16均在与图3中相同的初始位置，可拆卸式下保护外壳17区域的大小可根据实际被放置物件13的形状尺寸与工作平台2中圆形旋转轨道14的半径进行调整。

通过放电容器提供密闭空间、工作平台用于放置被处理导体或绝缘体材料同时作为辅助电极、交流脉冲电源为等离子体放电提供放电电压、等离子体放电板用于主放电，这样的结构在该装置放电时，等离子体产生于放电板与下方工作平台之间，由被处理导体本身或工作平台的夹具底座直接诱发放电，这样该装置可以应对表面形状复杂、尺寸特殊的导体进行表面完全贴合处理，或对相似情况下的绝缘体表面进行贴合度较高的处理，并且针对直接型等离子体中发生电极在处理目标距离上的限制，结合混合型等离子体结构的在处理覆盖率上的优势，设计了适用于不同尺寸物件的可更换式工作平台，装置同时适用于大气压和低气压环境，应用范围广泛，在不产生电弧、保证安全性的前提下提高了混合型等离子体发生装置在处理不同尺度和材料的物件上的灵活度和处理效能。

本发明的工作原理为：

首先通过可拆卸式下保护壳17的拆卸区域送入被放置物件13并固定在物件夹具16中，并将工作平台2置于靠近主放电板5底部的下介质层7外表面，通过交流脉冲电源3为放电提供放电电压，通过供气口10和排气口11向放电容器1中通入工作气体并根据处理要求控制容器内部的气压，在标准大气压环境下，工作气体为空气；在低气压环境下，工作气体采用氦气或氩气等惰性气体。整个工作平台2 与放电总成4相互绝缘隔离，因此工作平台2被视为悬浮式电极，当被放置物件13为导体材料时，主放电板5所发生的介质阻挡的辉光放电被被放置物件13直接触发并进行等离子体处理；当被放置物件 13为绝缘体或导电性能较差材料时，主放电板5所发生的介质阻挡的辉光放电击穿被放置物件13被铝制夹具底座15触发并进行等离子体处理。

利用放电容器1提供密闭空间、交流脉冲电源3为铜质主放电板 5提供放电电压、工作平台2用于放置被处理物和作为悬浮式电极以触发介质阻挡的辉光放电，由此该装置放电时，等离子体9产生于铜质主放电板5与可更换式工作平台2之间，放电路径随由导体材料构成的被放置物体13或铝制夹具底座15直接诱发，具有良好的表面贴合度，应用范围广泛，在不产生电弧、保证安全性的前提下提高了等离子体的处理效能。