专利名称：一体化等离子体发生装置的制作方法
技术领域：
本发明属于等离子体加工设备的技术领域。
背景技术：
目前常温大气等离子体加工用到等离子体炬，包括电容耦合等离子体炬(CCP)和电感耦合等离子体炬(ICP)。这两种等离子体炬都需要在射频电源的驱动下，通过阻抗匹配器调谐后工作，因此射频电源和阻抗匹配器是大气等离子体加工系统的重要组成部分，它们将交流电转换为可供等离子体激发所使用的射频电流。对于射频技术来说，阻抗匹配是一种常用工作状态。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输；当电路失配时，高频电源所发出的能量将不能最大限度的传递到负载上，没有加载的能量会反射回来并且产生驻波，在检测上表现为反射功率偏高，严重时可能引起高频电源末级功率放大器的损坏，这样一来，不但不能获得最大功率传输，还有可能对上级电路造成损害。高频电源和负载之间的匹配状态会影响电能的传输效率，两者电抗相等时其功率传输效率最闻，因此在电路中，均有由可调电容和电感组成的调谐电路和匹配电路。其功能是调节可变电容使负载与高频电源之间阻抗相匹配，以保持等离子体获得足够的功率，维持等离子体稳定运行。当负载变化时，负载阻抗会发生明显变化，此时需要改变调谐电路中的可变电容，使负载与电路重新处于良好的匹配状态，否则等离子体得不到足够能量将熄灭。与普通直流电路和工频交流电路不同，在高频电路中，一段数厘米长导线，它不仅有不可忽略的电阻，而且有很大的感抗和容抗，在回路中不能忽视它的存在。工作时间过长，由于负载线本身的感抗和容抗，使一部分能量消耗在负载线上，导致其发热量大，具有一定的危险性，尤其是在感应耦合状态，大功率工作的情况下，负载线呈现红热状态；其次，阻抗匹配器与负载等离子体炬之间的负载线过长，也将受到外界环境电磁干扰；再者，若阻抗匹配与负载之间的电缆扭转和大范围运动，也将导致等离子体炬工作不稳定。因此，在装置中匹配器和负载(等离子体)之间的距离越近越好。为使负等离子体炬工作稳定，阻抗匹配器实现最佳的工作效果，现有的等离子体加工设备中，常要求将匹配器机箱与加工室尽可能靠近。匹配器安装在机柜内的，要将机柜与加工室尽可能靠近，最好能直接与加工室或工作台接触。大气等离子体加工工件时，需根据不同的加工要求，采用不同等离子体炬。由于CCP与ICP的等离子体产生机理不同，相应装置差异明显，互换性差。现有的大气等离子体加工机床只采用一种等离子体炬，在不同加工要求下，需根据材料去除率更换不同机床进行加工，重新定位，在加工过程中增加了误差，延长了加工周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体化等离 子体发生装置，是为了解决常温大气等离子体加工过程中，匹配器与等离子体炬距离过大，导致其工作不稳定的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种一体化等离子体发生装置，它由匹配器、电容耦合等离子体射流炬模块、电感耦合等离子体炬模块、成形电极模块组成:
所述电容耦合等离子体射流炬模块由电容耦合等离子体射流炬、第一连接支架、第一绝缘连接架、第一保护罩组成；第一绝缘连接架的底端面连接在第一连接支架的中部，电容耦合等离子体射流炬的外壳中部镶嵌在第一绝缘连接架的孔中，第一保护罩围绕在电容耦合等离子体射流炬的周围，并与第一连接支架连接，使电容耦合等离子体射流炬的喷嘴露在第一连接支架和第一保护罩的外部；所述电感耦合等离子体炬模块由电感耦合等离子体炬、第二连接支架、第二绝缘连接架、第二保护罩组成；第二绝缘连接架的底端面连接在第二连接支架的中部，电感耦合等离子体炬的外壳中部镶嵌在第二绝缘连接架的孔中，第二保护罩围绕在电感耦合等离子体炬的周围，并与第二连接支架连接，使电感耦合等离子体炬的喷嘴露在第二连接支架和第二保护罩的外部；所述成形电极模块由成形电极、第三连接支架、第三绝缘连接架、第三保护罩组成；第三绝缘连接架的上端面与第三连接支架的下端面连接，成形电极的上端面与第三绝缘连接架的下端面连接，成形电极的导电引线穿过第三绝缘连接架上的孔和第三连接支架下侧的孔后设置在第三连接支架的中部附近，第三保护罩围绕在导电引线的周围，并与第三连接支架连接；当匹配器与电容耦合等离子体射流炬模块组合连接时，电容耦合等离子体射流炬模块的第一连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接，匹配器的正极引线穿过第一连接支架上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬的正极引线导电连接，匹配器的负极引线穿过第一连接支架上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬的负极引线导电连接；当匹配器与电感耦合等离子体炬模块组合连接时，电感耦合等离子体炬模块的第二连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接，匹配器的正极引线穿过第二连接支架上端的孔后与电感耦合等离子体炬的正极引线导电连接，匹配器的负极引线穿过第二连接支架上端的孔后与电感耦合等离子体炬的负极引线导电连接；当匹配器与成形电极模块组合连接时，成形电极模块的第三连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接，匹配器的正极引线穿过第三连接支架上端的孔后与成形电极的正极引线导电连接。本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明将匹配器和等 离子体炬集成为一体，无需负载线连接，缩短了匹配器和负载之间的距离，可有效降低外界对装置的电磁干扰，同时使阻抗匹配效果更加稳定；采用ICP模块时，无需负载线，大功率工作时，安全性高；一体化设计便于机构整体置于机床动平台，随动平台按要求运动，不影响ICP稳定性。本发明将ICP和CCP等离子体炬模块化设计，为达到不同加工目的，可简便快速更换负载等离子体源，而不需全部更换匹配器和等离子体炬，极大的减少了工序，节省了加工时间。本发明的CCP成形电极模块可大面积快速修形，ICP模块可局部小面积修形，CCP射流模块可实现小去除量的面型精修整，装置集成在一个机床上，可实现不同的加工目的，工件一次性定位，无需重复装夹，提高了制造精度。本发明使用了模块化设计，互换性强，采用不同模块，可实现不同功能，便于各种加工情况选择，设计人性化。
图1是当匹配器I与电容耦合等离子体射流炬模块2组合连接时的结构示意图； 图2是当匹配器I与电感耦合等离子体炬模块3组合连接时的结构示意 图3是当匹配器I与成形电极模块4组合连接时的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1、图2所示，它由匹配器1、电容耦合等离子体射流炬模块2、电感耦合等离子体炬模块3、成形电极模块4组成:
所述电容耦合等离子体射流炬模块2由电容耦合等离子体射流炬2-1、第一连接支架
2-2、第一绝缘连接架2-3、第一保护罩2-4组成；第一绝缘连接架2-3的底端面连接在第一连接支架2-2的中部，电容耦合等离子体射流炬2-1的外壳中部镶嵌在第一绝缘连接架2-3的孔2-5中，第一保护罩2-4围绕在电容耦合等离子体射流炬2-1的周围，并与第一连接支架2-2连接， 使电容耦合等离子体射流炬2-1的喷嘴露在第一连接支架2-2和第一保护罩2-4的外部；所述电感耦合等离子体炬模块3由电感耦合等离子体炬3-1、第二连接支架
3-2、第二绝缘连接架3-3、第二保护罩3-4组成；第二绝缘连接架3-3的底端面连接在第二连接支架3-2的中部，电感耦合等离子体炬3-1的外壳中部镶嵌在第二绝缘连接架3-3的孔3-5中，第二保护罩3-4围绕在电感耦合等离子体炬3-1的周围，并与第二连接支架3-2连接，使电感耦合等离子体炬3-1的喷嘴露在第二连接支架3-2和第二保护罩3-4的外部；所述成形电极模块4由成形电极4-1、第三连接支架4-2、第三绝缘连接架4-3、第三保护罩
4-4组成；第三绝缘连接架4-3的上端面与第三连接支架4-2的下端面连接，成形电极4-1的上端面与第三绝缘连接架4-3的下端面连接，成形电极4-1的导电引线4-5穿过第三绝缘连接架4-3上的孔和第三连接支架4-2下侧的孔后设置在第三连接支架4-2的中部附近，第三保护罩4-4围绕在导电引线4-5的周围，并与第三连接支架4-2连接；当匹配器I与电容耦合等离子体射流炬模块2组合连接时，电容耦合等离子体射流炬模块2的第一连接支架2-2的上端面与匹配器I的下面端面连接，匹配器I的正极引线穿过第一连接支架2-2上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬2-1的正极引线导电连接，匹配器I的负极引线穿过第一连接支架2-2上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬2-1的负极引线导电连接；当匹配器I与电感耦合等离子体炬模块3组合连接时，电感耦合等离子体炬模块3的第二连接支架3-2的上端面与匹配器I的下面端面连接，匹配器I的正极引线穿过第二连接支架3-2上端的孔后与电感耦合等离子体炬3-1的正极引线导电连接，匹配器I的负极引线穿过第二连接支架3-2上端的孔后与电感耦合等离子体炬3-1的负极引线导电连接；当匹配器I与成形电极模块4组合连接时，成形电极模块4的第三连接支架4-2的上端面与匹配器I的下面端面连接，匹配器I的正极引线穿过第三连接支架4-2上端的孔后与成形电极4-1的正极引线导电连接。所述匹配器I的可采用常州瑞思杰尔电子科技有限公司生产的型号为PSG-1II的匹配器，其射频输入频率为27.12MHz或40.68MHz。所述电容耦合等离子体射流炬2-1的具体结构设计可参见中国专利200610010156.3 “用于超光滑表面加工的电容耦合式射频常压等离子体炬”。所述电感耦合等离子体炬3-1采用电感耦合等离子体质谱技术与电感耦合等离子体发射光谱分析技术中常见的Fassel炬管和Greenfild炬管。
当匹配器I与成形电极模块4组合连接时，应配合地电极共同工作使用。工作原理:本发明将匹配器和等离子体炬集成为一体，匹配器功率直接加载到等离子体炬上，无需负载线连接，缩短了匹配器和负载之间的距离，可有效降低外界对装置的电磁干扰，同时使阻抗匹配效果更加稳定；采用ICP模块时，无需负载线，大功率工作时，安全性高；一体化设计便于机构整体置于机床动平台，随动平台按要求运动，不影响ICP稳定性。·
权利要求
1.一体化等离子体发生装置，其特征在于它由匹配器(I)、电容耦合等离子体射流炬模块(2)、电感耦合等离子体炬模块(3)、成形电极模块(4)组成: 所述电容耦合等离子体射流炬模块(2)由电容耦合等离子体射流炬(2-1)、第一连接支架(2-2)、第一绝缘连接架(2-3)、第一保护罩(2-4)组成；第一绝缘连接架(2-3)的底端面连接在第一连接支架(2-2)的中部，电容耦合等离子体射流炬(2-1)的外壳中部镶嵌在第一绝缘连接架(2-3)的孔(2-5)中，第一保护罩(2-4)围绕在电容耦合等离子体射流炬(2-1)的周围，并与第一连接支架(2-2)连接，使电容耦合等离子体射流炬(2-1)的喷嘴露在第一连接支架(2-2)和第一保护罩(2-4)的外部；所述电感耦合等离子体炬模块(3)由电感耦合等离子体炬(3-1)、第二连接支架(3-2)、第二绝缘连接架(3-3)、第二保护罩(3-4)组成；第二绝缘连接架(3-3)的底端面连接在第二连接支架(3-2)的中部，电感稱合等离子体炬(3-1)的外壳中部镶嵌在第二绝缘连接架(3-3)的孔(3-5)中，第二保护罩(3-4)围绕在电感耦合等离子体炬(3-1)的周围，并与第二连接支架(3-2)连接，使电感耦合等离子体炬(3-1)的喷嘴露在第二连接支架(3-2)和第二保护罩(3-4)的外部；所述成形电极模块(4)由成形电极(4-1)、第三连接支架(4-2)、第三绝缘连接架(4-3)、第三保护罩(4-4)组成；第三绝缘连接架(4-3)的上端面与第三连接支架(4-2)的下端面连接，成形电极(4-1)的上端面与第三绝缘连接架(4-3)的下端面连接，成形电极(4-1)的导电引线(4-5)穿过第三绝缘连接架(4-3)上的孔和第三连接支架(4-2)下侧的孔后设置在第三连接支架(4-2)的中部附近，第三保护罩(4-4)围绕在导电引线(4-5)的周围，并与第三连接支架(4-2)连接；当匹配器(I)与电容耦合等离子体射流炬模块(2)组合连接时，电容耦合等离子体射流炬模块(2)的第一连接支架(2-2)的上端面与匹配器(I)的下面端面连接，匹配器(I)的正极引线穿过第一连接支 架(2-2)上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬(2-1)的正极引线导电连接，匹配器(I)的负极引线穿过第一连接支架(2-2)上端的孔后与电容耦合等离子体射流炬(2-1)的负极引线导电连接；当匹配器(I)与电感耦合等离子体炬模块(3)组合连接时，电感耦合等离子体炬模块(3)的第二连接支架(3-2)的上端面与匹配器(I)的下面端面连接，匹配器(I)的正极引线穿过第二连接支架(3-2)上端的孔后与电感耦合等离子体炬(3-1)的正极引线导电连接，匹配器(I)的负极引线穿过第二连接支架(3-2)上端的孔后与电感耦合等离子体炬(3-1)的负极引线导电连接；当匹配器(I)与成形电极模块(4)组合连接时，成形电极模块(4)的第三连接支架(4-2)的上端面与匹配器(I)的下面端面连接，匹配器(I)的正极引线穿过第三连接支架(4-2)上端的孔后与成形电极(4-1)的正极引线导电连接。
全文摘要
一体化等离子体发生装置，它属于等离子体加工设备的技术领域。它是为了解决常温大气等离子体加工过程中，匹配器与等离子体炬距离过大，导致其工作不稳定的问题。它的当匹配器与电容耦合等离子体射流炬模块组合连接时，电容耦合等离子体射流炬模块的第一连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接；当匹配器与电感耦合等离子体炬模块组合连接时，第二连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接；当匹配器与成形电极模块组合连接时，成形电极模块的第三连接支架的上端面与匹配器的下面端面连接。本发明将匹配器和等离子体炬集成为一体，无需负载线连接，缩短了匹配器和负载之间的距离，可有效降低外界对装置的电磁干扰，同时使阻抗匹配效果更加稳定。
文档编号H05H1/30GK103237405SQ201310177048
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者王波, 辛强, 姚英学, 金会良, 丁飞, 李娜, 金江, 李铎 申请人:哈尔滨工业大学