电感耦合等离子体喷枪及等离子体设备制造技术

本发明专利技术公开了一种电感耦合等离子体喷枪及等离子体设备，其中，电感耦合等离子体喷枪包括放电室、气体导入装置、冷却装置和电感线圈；放电室由第一空心管材围设而成，第一空心管材为氮化硅管或碳化硅管；气体导入装置与放电室连通；冷却装置包括第二空心管材、冷却剂导入组件和冷却剂导出组件，第二空心管材围设在第一空心管材的外侧，且第二空心管材的内侧壁与第一空心管材的外侧壁之间存在第一间隙，冷却剂导入组件和冷却剂导出组件均与第一间隙连通；电感线圈设置在第二空心管材的外侧。本发明专利技术提高了电感耦合等离子体喷枪在使用过程中的稳定性，有效避免了由于高温造成的破裂，满足了连续生产的需要，降低了安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
电感耦合等离子体喷枪及等离子体设备
本专利技术涉及等离子体
，特别是涉及一种电感耦合等离子体喷枪及应用其的等离子体设备。
技术介绍
等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，被称为物质的第四态，广泛应用于冶炼、镀膜、晶体生长、喷涂和焊接等
等离子体可通过自然产生(如北极光和闪电)，也可通过人工产生。人工产生等离子体的方式主要包括：直流弧光放电法、交流工频放电法、高频感应放电法、辉光放电法和燃烧法。其中，利用高频感应放电法生成等离子体所用的设备通常为电感耦合等离子体喷枪。目前的电感耦合等离子体喷枪耐热性较差，在使用过程中容易发生破裂，不仅不能满足连续生产的需要，而且存在很大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术提供了一种耐热性能良好的电感耦合等离子体喷枪及等离子体设备。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电感耦合等离子体喷枪，包括放电室，所述放电室由第一空心管材围设而成，所述第一空心管材为氮化硅管或碳化硅管；气体导入装置，所述气体导入装置与所述放电室连通；冷却装置，所述冷却装置包括第二空心管材、冷却剂导入组件和冷却剂导出组件，所述第二空心管材围设在所述第一空心管材的外侧，且所述第二空心管材的内侧壁与所述第一空心管材的外侧壁之间存在第一间隙，所述冷却剂导入组件和所述冷却剂导出组件均与所述第一间隙连通；电感线圈，所述电感线圈设置在所述第二空心管材的外侧。在其中一个实施例中，所述气体导入装置包括反应气体导入管，所述反应气体导入管中设置有进气通道和冷却剂流通通道，所述冷却剂流通通道围绕所述进气通道进行设置，所述进气通道与所述放电室连通。在其中一个实施例中，所述冷却剂流通通道包括相互连通的第一冷却通道和第二冷却通道；所述第一冷却通道、所述第二冷却通道与所述进气通道同轴设置，所述第一冷却通道围设在所述进气通道的外侧，所述第二冷却通道围设在所述第一冷却通道的外侧；所述第一冷却通道上设置有冷却剂入口，所述第二冷却通道上设置有冷却剂出口。在其中一个实施例中，所述第一冷却通道的横截面积与所述进气通道的横截面积之比为2:1～4:1，所述第一冷却通道的横截面积与所述第二冷却通道的横截面积相等。在其中一个实施例中，所述气体导入装置还包括等离子体气体导入组件，所述等离子体气体导入组件上设置有径向导气口和切向导气口，所述径向导气口和所述切向导气口均与所述放电室连通。在其中一个实施例中，所述反应气体导入管的一端套装在所述第一空心管材中，所述反应气体导入管的外侧壁与所述第一空心管材的内侧壁之间存在第二间隙，所述径向导气口和所述切向导气口均通过所述第二间隙与所述放电室连通。在其中一个实施例中，所述第二间隙的大小为1mm～5mm。在其中一个实施例中，所述第一间隙的大小为1mm～10mm。在其中一个实施例中，所述第一空心管材的内径为40mm～80mm，所述第一空心管材的厚度为1mm～3mm。在其中一个实施例中，所述第二空心管材的内径为48mm～90mm，所述第二空心管材的厚度为2mm～4mm。在其中一个实施例中，所述冷却剂导入组件和所述冷却剂导出组件均固定在所述第二空心管材的外侧壁上，且所述冷却剂导入组件位于所述第二空心管材的底端，所述冷却剂导出组件位于所述第二空心管材的顶端。在其中一个实施例中，所述电感耦合等离子体喷枪还包括固定部件和调节环；所述反应气体导入管通过所述固定部件进行固定；所述反应气体导入管的顶端沿径向设置有凸出部，所述调节环设置在所述凸出部和所述固定部件之间，所述反应气体导入管通过所述调节环进行轴向位置的调节。一种等离子体设备，包括所述的电感耦合等离子体喷枪。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的电感耦合等离子体喷枪及等离子体设备中，放电室由氮化硅或碳化硅材料制成，该种材料具有良好的热导率和优异的耐高温性能，大大提高了电感耦合等离子体喷枪在使用过程中的稳定性，有效避免了由于高温造成的破裂，从而满足了连续生产的需要，降低了安全隐患；并且，在第一空心管材的周侧设置冷却装置进行降温，进一步防止了第一空心管材110的烧坏或破裂，提高了安全性能；另外，该电感耦合等离子体喷枪采用电感线圈进行感应耦合，避免了电极的使用，降低了材料成本和材料污染。附图说明图1为本专利技术的电感耦合等离子体喷枪一实施例的结构示意图；图2为图1中A部分的放大图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。需要说明的是，本专利技术中的方位词，如底端、顶端等均以图1中的摆放位置为参照。参见图1和图2，本专利技术提供了一种电感耦合等离子体喷枪，包括放电室100、气体导入装置200、冷却装置300和电感线圈400。该等离子体喷枪主要用于产生等离子体，通常与其他装置配合使用，以完成冶炼、镀膜、晶体生长、喷涂或焊接等工艺过程。其中，放电室100为生成等离子体的腔室，其由第一空心管材110围设而成，第一空心管材110为氮化硅管或碳化硅管；气体导入装置200的一端与放电室100连通，工作时，气体导入装置200的另一端与气源连通，用于向放电室100中导入气体，导入的气体通常包括反应气体和等离子体气体，具体种类视工艺需求而定；冷却装置300包括第二空心管材310、冷却剂导入组件320和冷却剂导出组件330，第二空心管材310围设在第一空心管材110的外侧，且第二空心管材310的内侧壁与第一空心管材110的外侧壁之间存在第一间隙340，冷却剂导入组件320和冷却剂导出组件330均与第一间隙340连通，工作时，冷却剂首先从冷却剂导入组件320流入到第一间隙340，与放电室100的管壁发生热量交换，带走放电室100中产生的部分热量，然后从冷却剂导出组件330流出；电感线圈400设置在第二空心管材310的外侧，可直接缠绕在第二空心管材310的外侧壁上，在工作过程中电感线圈400与射频电源连通，通过电感耦合产生较大的感应电压，使放电室100中的等离子体气体放电产生等离子体，较佳地，电感线圈400由铜管制成，匝数优选为3～6匝。需要说明的是，本专利技术中的冷却剂可以为冷却水或其他冷却液体，也可为冷却气体，优选为冷却水；本专利技术中的等离子体气体是指工艺气体，在放电室100内被电离为等离子体，通常为氩气或氦气；反应气体是指工艺过程中实质性发挥作用的气体，在放电室100内被电离为离子，最终与等离子体一起形成离子流流出喷枪。本专利技术的电感耦合等离子体喷枪，放电室100由氮化硅或碳化硅材料制成，氮化硅或碳化硅材料本身具有良好的热导率和优异的耐高温性能，从而大大提高了电感耦合等离子体喷枪在使用过程中的稳定性，有效避免了由于高温造成的破裂，进而满足了连续生产的需要，降低了安全隐患；并且，在第一空心管材110的周侧设置冷却装置300进行降温，进一步防止了第一空心管材110的烧坏或破裂，提高了安全性能，同时，冷却装置300还能够对电感线圈400进行降温，从而提高了电感耦合效率；另外，该电感耦合等离子体喷枪采用电感线圈400进行感应耦合，避免了电极的使用，降低了材料成本和材料污染。作为优选，上述的电感耦合等离子体喷枪中，第一间隙340的大小为1mm～10mm。该间隙范围内，冷却剂的流通量较大，能够有效进行热量交换，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感耦合等离子体喷枪，其特征在于，包括放电室，所述放电室由第一空心管材围设而成，所述第一空心管材为氮化硅管或碳化硅管；气体导入装置，所述气体导入装置与所述放电室连通；冷却装置，所述冷却装置包括第二空心管材、冷却剂导入组件和冷却剂导出组件，所述第二空心管材围设在所述第一空心管材的外侧，且所述第二空心管材的内侧壁与所述第一空心管材的外侧壁之间存在第一间隙，所述冷却剂导入组件和所述冷却剂导出组件均与所述第一间隙连通；电感线圈，所述电感线圈设置在所述第二空心管材的外侧。

【技术特征摘要】
1.一种电感耦合等离子体喷枪，其特征在于，包括放电室，所述放电室由第一空心管材围设而成，所述第一空心管材为氮化硅管或碳化硅管；气体导入装置，所述气体导入装置与所述放电室连通，所述气体导入装置包括反应气体导入管及等离子体气体导入组件，所述反应气体导入管中设置有进气通道和冷却剂流通通道，所述冷却剂流通通道围绕所述进气通道进行设置，所述进气通道与所述放电室连通，所述等离子体气体导入组件上设置有径向导气口和切向导气口，所述径向导气口和所述切向导气口均与所述放电室连通；冷却装置，所述冷却装置包括第二空心管材、冷却剂导入组件和冷却剂导出组件，所述第二空心管材围设在所述第一空心管材的外侧，且所述第二空心管材的内侧壁与所述第一空心管材的外侧壁之间存在第一间隙，所述冷却剂导入组件和所述冷却剂导出组件均与所述第一间隙连通；电感线圈，所述电感线圈设置在所述第二空心管材的外侧。2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体喷枪，其特征在于，所述冷却剂流通通道包括相互连通的第一冷却通道和第二冷却通道；所述第一冷却通道、所述第二冷却通道与所述进气通道同轴设置，所述第一冷却通道围设在所述进气通道的外侧，所述第二冷却通道围设在所述第一冷却通道的外侧；所述第一冷却通道上设置有冷却剂入口，所述第二冷却通道上设置有冷却剂出口。3.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体喷枪，其特征在于，所述第一冷却通道的横截面积与所述进气通道的横截面积之比为2:1～4:1，所述第一冷却通道的横截面积与所述第二冷却通道的横截面积相等。4.根据权利要求1所述的电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬苏东，叶继春，高平奇，杨映虎，韩灿，张胜，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33