一种大功率复合频率ICP等离子发生器制造技术

本申请公开了一种大功率复合频率ICP等离子发生器，包括：射频电源，频率为3‑27.12MHz,功率为1‑10KW；中频电源，频率为50‑1000KHz,功率为10‑200KW；等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。本实用新型专利技术的优点在于电源的成本低，可靠性高，可以大大降低感应电源的制造或采购成本。

A High Power Compound Frequency ICP Plasma Generator

【技术实现步骤摘要】
一种大功率复合频率ICP等离子发生器
本申请涉及等离子发生器，特别涉及一种大功率复合频率ICP等离子发生器。
技术介绍
大功率ICP等离子体应用技术被广泛应用于纳米材料制备，粉末喷涂，金属加工等许多
ICP等离子体发生器，自上世纪六十年代起，已经开始用于工业设备装置，其结构经过多年的优化改良，已经非常完善。其基本结构包括一个4-6圈的感应圈，把高频交流电能送入等离子体中；一个管状的等离子腔体，通常是用石英材料制作，用来限定等离子体的范围；一个气体分布头，将气体以一种特定的模式送入等离子腔体，以保证能够产生稳定的等离子体，并将等离子体限制在等离子腔体的中心部位，使等离子腔体管壁不和等离子体直接接触，以保护等离子腔体不因接触等离子体的高温而损坏。对于功率在五千瓦以上的装置，还需要在腔体外用冷却液加以冷却，一般是用双层管，管壁之间通去离子水冷却。高频交流电源，一般都是用射频电源，频率在3兆赫到几十兆赫，功率在几个千瓦到上百个千瓦不等。上述ICP等离子体发生器的主要缺点是必须使用射频交流电源，频率为3兆赫到几十兆赫，在这个频率范围内，射频电源对负载的阻抗的变化非常敏感，一旦气流有变化，引起等离子体的内阻变化，就容易造成等离子体熄灭；为解决这个问题，通常要配备与射频电源功率相当的射频匹配器，以便在等离子体内阻发生变化时进行自动调整内阻匹配。另外一个缺点是射频电源一般采用固态射频晶体管作为功率放大器件，受于半导体器件制造工艺的限制，射频晶体管的功率只能做到150瓦左右，因此大功率的射频电源需要用几十甚至上百个这样的晶体管，造成射频电源的可靠性比较差，并且，与相同功率的中频感应电源(频率为几十到几百千赫)相比，射频电源的采购成本要高8-10倍。而且相同功率的射频匹配网络的采购成本也有同功率的射频电源的价格的1/4左右。
技术实现思路
本技术的目的在于用功率为10-200KW、频率为几十到几百千赫兹的中频感应电源，取代功率为10-200KW、频率为3到几十兆赫的射频电源，用于大功率ICP等离子体发生器。中频感应电源采用大功率IGBT模块，每个模块的输出功率可达十几千到一、两百千瓦，电源的成本低，可靠性高，可以大大降低感应电源的制造或采购成本。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案。本申请实施例公开了一种大功率复合频率ICP等离子发生器，包括：射频电源，频率为3-27.12MHz,功率为1-10KW；中频电源，频率为50-1000KHz,功率为10-200KW；等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，还包括高压点火电极，自所述气体分布头引入至所述等离子体发生内腔。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述螺旋感应圈为8-20mm直径铜管通过陶瓷材料或保温纤维材料包裹成管状，所述螺旋感应圈圈数为6-7圈，相邻两圈间距为5-10mm，所述公共接地端位置为所述射频电源接入端下方1-2圈抽头处。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述螺旋感应圈与所述等离子体管之间同轴设置有冷却管，所述冷却管内壁与所述等离子体管外壁之间流动设置有冷却液。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述气体分布头轴心处密封设置有连通所述等离子体发生内腔的中心气管。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述气体分布头开设有连通所述等离子体发生内腔的旋转气进气管，所述旋转气进气管连通于所述等离子体发生内腔的入口位于所述等离子体发生内腔顶部侧面，所述气体分布头同轴连接设置有旋气导向管，所述旋气导向管位于所述等离子体发生内腔顶部。更优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述气体分布头与所述冷却管之间密封设置有出水法兰，所述出水法兰顶部设置有出水口，所述冷却液自所述出水口流出，所述出水法兰底部设置有密封法兰。更优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述等离子体管底部同轴密封连通设置有进气法兰，所述进气法兰侧面开设有连通其内腔的进气腔。更优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述进气法兰与所述冷却管之间同轴密封设置有水环法兰，所述水环法兰内壁形成有连通所述冷却管内部的环腔，所述进气法兰底部同轴密封设置有进水法兰，所述进水法兰一侧开设有进水口，所述进水法兰、进气法兰依次开设有连通所述环腔的进液通道，所述冷却液自所述进水口流入所述进液通道后流入所述环腔，再流入所述冷却管内部。优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，所述射频电源通过同轴电缆连接至射频匹配网络，所述射频匹配网络再通过同轴电缆把射频功率接到所述射频电源接入端，所述中频电源通过水冷电缆连接至所述中频电源接入端。气体进入等离子体发生内腔后，在暂短的10KV高压放电下产生离化，产生的离子在射频功率的激励下，形成稳定的初始等离子体；这一等离子体在大功率的中频交变电磁场的激励下，产生功率为几十甚至上百千瓦的高温等离子体。电源的成本低，可靠性高，可以大大降低感应电源的制造或采购成本。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本技术具体实施例中用液态或气态前驱体生产纳米材料的设备的示意图；图2所示为本技术具体实施例中等离子体管的结构示意图；图3所示为本技术具体实施例中大功率复合频率ICP等离子发生器的结构示意图；图4所示为本技术具体实施例中用液态或气态前驱体生产纳米材料的ICP等离子气相反应器的结构示意图；图5所示为本技术具体实施例中用液态或气态前驱体生产纳米材料的ICP等离子气相冷却器的结构示意图；图6所示为本技术具体实施例中鼓泡器的结构示意图；图7所示为本技术具体实施例中进气环的俯视图；图8所示为本技术具体实施例中热交换器的俯视图；图9所示为本技术具体实施例中反应腔内气体温度的轴向分布图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，包括：射频电源，频率为3‑27.12MHz,功率为1‑10KW；中频电源，频率为50‑1000KHz,功率为10‑200KW；等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。

【技术特征摘要】
1.一种大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，包括：射频电源，频率为3-27.12MHz,功率为1-10KW；中频电源，频率为50-1000KHz,功率为10-200KW；等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。2.根据权利要求1所述的大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，还包括高压点火电极，自所述气体分布头引入至所述等离子体发生内腔。3.根据权利要求1所述的大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，所述螺旋感应圈为8-20mm直径铜管通过陶瓷材料或保温纤维材料包裹成管状，所述螺旋感应圈圈数为6-7圈，相邻两圈间距为5-10mm，所述公共接地端位置为所述射频电源接入端下方1-2圈抽头处。4.根据权利要求1所述的大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，所述螺旋感应圈与所述等离子体管之间同轴设置有冷却管，所述冷却管内壁与所述等离子体管外壁之间流动设置有冷却液。5.根据权利要求1所述的大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，所述气体分布头轴心处密封设置有连通所述等离子体发生内腔的中心气管。6.根据权利要求1所述的大功率复合频率ICP等离子发生器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小勇，
申请(专利权)人：张家港衡德新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32