专利名称：等离子发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种制备纳米氮化硅陶瓷粉体的设备，具体讲是气相合成制备纳米氮化硅陶瓷粉体的等离子弧发生器。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是等离子发生器，包括正阳极体，其管腔中设置有彼此配合用于产生离子弧的阴极、阳极部件其特征在于所述的阳极部件内部有供离子弧通过的管状空腔，其一端为锥孔状并与阴极的锥状端部构成间隙配合，另一端与气相合成装置相连；靠近阴极、阳极部件的配合位置处设有能包附在离子弧周围并以气旋方式输入起弧、转弧气体的气旋装置；在上述的阳极部件的管状空腔周围设有冷却水腔。
由上述技术方案可知，本实用新型在结构上采用了三级联合压缩的方案，即提供旋转气流的方式压缩、阳极的机械结构压缩及冷却水压缩，通过上述三级压缩的方案使所产生的离子弧被有效的压缩集中，从而形成高速、稳定火焰的离子弧，为制备高质量的纳米氮化硅陶瓷粉体提供了可靠的能源保障。
如
图1，等离子发生器包括正阳极体10，其管腔中设置有彼此配合用于产生离子弧的阳极、阴极部件20、30，所述的阳极部件20内部有供离子弧通过的管状空腔21，其一端为锥孔状并与阴极30的锥状端部构成间隙配合，另一端与气相合成装置相连，由本装置产生的离子弧由该管状空腔21引入氮化硅的气相合成装置中，为合成氮化硅提供可靠的热源；靠近阳极、阴极部件20、30的配合位置处设有能包附在离子弧周围并以气旋方式输入起弧、转弧气体的气旋装置，在该气旋装置的作用下，起弧、转弧气体进入阳极、阴极部件20、30配合产生等离子弧的部位时，由于起弧、转弧气体是冷气，因此在起弧、转弧气体的旋气和冷态的双重作用下，能将产生的等离子弧有效地压缩、集中，避免等离子弧分散。所述的阳极部件20内部的管状空腔21大致为台阶状的圆柱形空腔，靠近锥孔的部位为小直径细长孔段，这种孔径结构的空腔在引导等离子弧通过时，能有效起到压缩、集中等离子弧的作用；上述的管状空腔21周围的冷却水腔22与阳极体10上设置的冷却水通路11连通，设置冷却水腔22同样可以起到压缩、集中等离子弧的作用。
参见图1、4、5、6，所述的气旋装置包括一个旋气套管40，其管壁上设有连通套管内外的通孔41，通孔41的外端与起弧、转弧气体的气源管路连通，通孔41的内端沿旋气套管40内壁的切线方向引入，这样可以确保对所产生的等离子弧的有效压缩。所述的旋气套管40上的通孔41在同一截面上彼此对称的设置3～5个，图5中给出的是4个通孔，它们从同一截面的沿圆周彼此均匀对称布置的四个方向进入，图5中的通孔41供输入起弧气体；在另一截面上，沿圆周彼此均匀对称的设置3～5个，图6中的通孔41为四个，它们供输入转弧气体。如图5、6中的结构所示，两个截面上的通孔41的气流进入后形成的的旋转方向相同，这样可以增强气旋效果，使离子弧四周受到的压缩均匀一致，使其保持集中、快速的特性。
参见图1、2、3，所述的管状空腔21中的小直径细长孔段的孔长与孔径比通常为2∶5，比值为3∶4较为理想。所述的阳极体10上设有两个冷却水的输入口12和两个输出口13，这种多路冷却水通路的结构可以保证冷却的均匀性，从而确保离子弧四周受到的压缩均匀一致，使其保持集中、快速的特性。输入口12对应于阳极、阴极部件20、30的锥面、锥孔之间配合间隙所在的位置，两输入口12彼此平行且反向的沿阳极体10内腔的切线方向引入，这种位置的设置是为了使离子弧从刚产生开始既受到来自周围的均匀有效的压缩。
由图3可见，两个水流输出口13分别位于与上述的输入口12垂直的直径两端，同时参见图1、2、3，所述的阳极体10上连有套在阳极部件20外部的套管50，套管50与阳极部件20的外壁之间的空腔51分别与上述的管状空腔21和冷却水通路11相连构成冷却水的通路。套管50是一个工艺结构部件，通过加设套管50一方面便于构成冷却水的通路，同时又使得各部件的结构不致于太过复杂。
如图1所示，所述的阳极体10上设有调节阳极、阴极部件20、30的锥面、锥孔之间配合间隙的调整机构，通过该调整机构对阳极、阴极部件20、30的锥面、锥孔之间配合间隙实施调节，可以改变工作气体的流量，这对改变等离子弧弧压有显著效果，从而可以满足不同工艺要求的产品对电压和电流的要求。所述的配合间隙的调整机构包括一个局部管体位于阳极体10内部并与其相对固定的套管60，套管60的里端抵靠在旋气套管40上，阴极部件30与内部设有冷却水路的调节杆70相连，调节杆70在套管60和旋气套管40内腔中可沿轴向移动，阴极部件30的柱形外表面与旋气套管40之间有供起弧、转弧气体进入阳极、阴极部件20、30锥面之间的通路间隙。
以下结合图1对本实用新型的工作原理作简要说明。
给本实用新型接通合适的高频起弧电源，经气旋装置输入符合工艺条件的高压氮、氢、氩气，电气系统在适当电压和电流情况下高频起弧，所产生的等离子弧在旋气压缩、机械压缩以及冷却压缩的多元复合压缩环境下获得集中、快速的等离子弧，并通过弧径通路到达气相合成装置为其提供合成环境。
以下结合图1对间隙的调整机构的工作原理简要说明。
套管60和旋气套管40通过压帽80与阳极体10固定，转动套管60上设有转柄90，由于转柄90只能相对于套管60转动，与转柄90螺纹配合的调节杆70则沿其轴向移动，同时由于调节杆70的里端与阴极部件30相连，所以转动转柄90时，阴极部件30的尾段圆柱状的部位在旋气套管40内沿轴向移动，从而实现了阳极、阴极部件20、30的锥面、锥孔之间配合间隙的调整。
权利要求1.一种等离子发生器，它包括阳极体(10)，其管腔中设置有彼此配合用于产生离子弧的阳极、阴极部件(20)、(30)，其特征在于所述的阳极部件(20)内部有供离子弧通过的管状空腔(21)，其一端为锥孔状并与阴极(30)的锥状端部构成间隙配合，另一端与气相合成装置相连；靠近阳极、阴极部件(20)、(30)的配合位置处设有能包附在离子弧周围并以气旋方式输入起弧、转弧气体的气旋装置；在上述的阳极部件(20)的管状空腔(21)周围设有冷却水腔(22)。
2.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征在于所述的阳极部件(20)内部的管状空腔(21)大致为台阶状的圆柱形空腔，靠近锥孔的部位为小直径细长孔段，上述的管状空腔(21)周围的冷却水腔(22)与阳极体(10)上设置的冷却水通路(11)连通。
3.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征在于所述的阳极体(10)上设有调节阳极、阴极部件(20)、(30)的锥面、锥孔之间配合间隙的调整机构。
4.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征在于所述的气旋装置包括一个旋气套管(40)，其管壁上设有连通套管内外的通孔(41)，通孔(41)的外端与起弧、转弧气体的气源管路连通，通孔(41)的内端沿旋气套管(40)内壁的切线方向引入。
5.根据权利要求2或3所述的等离子发生器，其特征在于所述的管状空腔(21)中的小直径细长孔段的孔长与孔径比为2∶5，所述的阳极体(10)上设有两个冷却水的输入口(12)和两个输出口(13)，输入口(12)对应于阳极、阴极部件(20)、(30)的锥面、锥孔之间配合间隙所在的位置，两输入口(12)彼此平行且反向的沿阳极体(10)内腔的切线方向引入。
6.根据权利要求5所述的等离子发生器，其特征在于两个水流输出口(13)分别位于与上述的输入口(12)垂直的直径两端，所述的阳极体(10)上连有套在阳极部件(20)外部的套管(50)，套管(50)与阳极部件(20)的外壁之间的空腔(51)分别与上述的管状空腔(21)和冷却水通路(11)相连构成冷却水的通路。
7.根据权利要求4所述的等离子发生器，其特征在于所述的旋气套管(40)上的通孔(41)在同一截面上沿圆周彼此均匀对称的设置3～5个，在另一截面上沿圆周彼此均匀对称的设置3～5个，两个截面上的通孔(41)的气流进入后形成的气旋方向相同。
8.根据权利要求3或7所述的等离子发生器，其特征在于所述的配合间隙的调整机构包括一个局部管体位于阳极体(10)内部并与其相对固定的套管(60)，套管(60)的里端抵靠在旋气套管(40)上，阴极部件(30)与内部设有冷却水路的调节杆(70)相连，调节杆(70)在套管(60)和旋气套管(40)内腔中可沿轴向移动，阴极部件(30)的柱形外表面与旋气套管(40)之间有供起弧、转弧气体进入阳极、阴极部件(20)、(30)锥面之间的通路间隙。
专利摘要本实用新型公开一种气相合成法制备纳米氮化硅陶瓷粉体的等离子发生器，它包括正阳极体设有以锥状间隙配合的阴极、阳极部件，靠近阴极、阳极部件的配合位置处设有能包附在离子弧周围并以气旋方式输入起弧、转弧气体的气旋装置，本实用新型在结构上采用了旋转气流的方式压缩、阳极的机械结构压缩及冷却水压缩，使所产生的离子弧被有效的压缩集中，从而形成高速、稳定火焰的离子弧，为制备高质量的纳米氮化硅陶瓷粉体提供了可靠的能源保障。
文档编号H05H1/24GK2569514SQ0226429
公开日2003年8月27日 申请日期2002年9月9日 优先权日2002年9月9日
发明者张芬红 申请人:张芬红