一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置。包括：等离子体发生装置、等离子体电源、气体混合装置和三维移动平台。气体混合装置将氦气、氩气和反应媒质TEOS混合，通入等离子体发生装置的介质管中；等离子体电源提供高压激励，介质管内产生等离子体射流；需处理的绝缘材料由三维移动平台控制在等离子体射流下方匀速移动，使材料整个表面得到均匀处理。本发明专利技术克服现有等离子体材料处理装置的缺陷，使得氦气和氩气化学特性互补，提高活性粒子产生效率，从而提高绝缘材料处理效果。从而提高绝缘材料处理效果。从而提高绝缘材料处理效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置


[0001]本专利技术属于电力设备绝缘制备领域，涉及一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置。

技术介绍

[0002]随着我国高压直流输电的不断发展，直流电场下绝缘材料的绝缘性能得到广泛关注。高分子聚合物材料有着良好的机械性能和绝缘性能，常作为绝缘材料应用于电力系统高压设备中。例如环氧树脂（Epoxy Resin）凭借其优秀的电气性能、耐高温、易制备等特性大量用于气体绝缘输电线路（GIL）和气体绝缘开关（GIS）中。然而聚合物材料表面在高压直流下容易产生电荷积聚的现象，降低本身的耐压特性，使得沿面闪络出现的概率增大，使电力系统设备的运行安全受到威胁。研究表明，对聚合物材料进行表面改性处理，可以有效提升材料绝缘性能，降低闪络发生的概率。将大气压等离子体射流应用于材料表面改性，具有操作简便、可控性强、可处理复杂表面、无环境污染等优点，是当下研究的热点。
[0003]氦气和氩气是大气压等离子体射流常用的工作气体。以这类惰性气体作为工作气体可以得到更低的等离子体激发电压，比起空气等离子体更容易控制。使用等离子体射流进行表面改性具有很强的灵活性，在射流工作气体中引入不同的反应媒质，可以产生大量不同种类的活性粒子与材料表面发生反应，实现不同需求的表面改性。如在工作气体中引入适量的H2O，产生的等离子体射流对材料表面改性后，可改善材料表面的亲水性；在工作气体中加入含F、Si或Ti等元素的反应媒质,产生的等离子体射流对材料表面改性后，可在材料表面沉积薄膜，引入含F、Si或Ti基团，改善材料的表面电荷积累现象，提升绝缘特性。
[0004]采用等离子体对材料进行表面处理时，通常以氩气作为工作气体。相比于氦气，氩气等离子体化学活性高，处理材料时作用面积更大，且价格低廉，使用成本更低。但同时氩气等离子体也有着其放电的稳定性和均匀性较差、击穿电压较高等缺陷。氦气价格昂贵，用于材料改性时作用面积小，效率低，但放电均匀性和稳定性都较好，击穿电压低，更容易控制。综上，氦气和氩气作为等离子体工作气体都有相应的优点和缺陷，为了达到最佳的材料表面改性效果，亟需对当前用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置进行改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有等离子体材料处理装置缺陷，提供一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，采用一定比例的氩、氦混合气体作为射流工作气体，将两种气体的优点相结合，再掺杂反应媒质正硅酸乙酯TEOS，在聚合物材料表面进行等离子体薄膜沉积，实现最优的材料表面改性效果。基于该目的提出了一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，包括：等离子体发生装置、等离子体电源、气体混合装置和三维移动平台；所述等离子体发生装置用于向混合气体施加电场，电离出等离子体，产生含高浓度活性粒子的等
离子体射流；所述等离子体电源用于为等离子体发生装置提供高电压激励；所述气体混合装置用于混合氦气、氩气和TEOS蒸汽；所述三维移动平台用于固定和移动需处理材料的位置。
[0007]在本专利技术一实施例中，所述等离子体发生装置包括：石英玻璃管、设置在石英玻璃管上部的高压电极和末端的地电极；所述气体混合装置包括三路通道和一个混气室，其中，三路通道中一路连接氦气气瓶并带有一台质量流量计，一路连接氩气气瓶并带有第二台质量流量计，一路连接氩气气瓶并带有第三台质量流量计，并通入装有反应媒质TEOS的洗气瓶，三路通道汇合并连接到混气室；所述等离子体电源连接高压电极；所述三维移动平台置于石英管口下方。
[0008]在本专利技术一实施例中，所述气体混合装置中第三路通道的洗气瓶置于水浴锅中均匀加热至60~70 ℃，以增大载气带出TEOS分子的数量。
[0009]在本专利技术一实施例中，所述混合气体体积比例设置为氩气70%、氦气29.8%、TEOS 0.02%。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述等离子体发生装置采用环
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环电极结构，地电极采用铜箔胶带包裹在石英玻璃管外侧末端，高压电极也采用铜箔胶带包裹在地电极上方。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述等离子体发生装置中，石英玻璃管的内径为2~4 mm；地电极长度为20 mm，与管口距离为5~10 mm；高压电极长度为20 mm，与地电极距离为10 mm。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述等离子体电源为高频交流电源或脉冲电源；优选地，采用纳秒脉冲电源能够提高材料表面处理的均匀程度和效率。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述三维移动平台固定需处理材料，调节Z轴方向高度将材料置于射流管口5~10 mm处，并在电机控制下水平X、Y轴移动，使材料表面每处处理时间相同，保证表面覆膜的均匀性。
[0014]在本专利技术一实施例中，多个所述等离子体发生装置共同组成一维阵列结构，增大射流处理面积，提高处理效率。
[0015]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的技术方案将氦气、氩气和反应媒质TEOS混合作为工作气体产生等离子体射流，TEOS分子在等离子体氛围中发生反应，将Si
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O
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Si、Si
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OH等含Si基团沉积环氧树脂等聚合物材料的表面，以实现表面改性。本专利技术通过一定的混合比例将氦气和氩气的优点结合，提高等离子体射流中活性粒子产生效率，在材料表面更快、更均匀地沉积含Si基团的薄膜，从而高效地减少聚合物材料表面电荷的积累，提升绝缘性能。
[0016]和使用纯氦气作为工作气体相比，混合了氩、氦的等离子体射流增大了垂直方向的表面处理面积，降低了使用成本；和使用纯氩气作为工作气体相比，混合了氩、氦的等离子体射流降低了等离子体气体温度，增强放电均匀性和稳定性，防止处理材料表面时过度刻蚀或局部灼烧，破坏已沉积的薄膜。
附图说明
[0017]图1是本专利技术装置的整体结构示意图；图2是本专利技术装置的气体混合装置的结构示意图；图3是本专利技术装置的一种等离子体发生装置的结构示意图；
图4是本专利技术装置的等离子体射流阵列的结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0019]如图1至图3所示，本专利技术提供了一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，包括以下4个部分：用于混合氦气、氩气和反应媒质TEOS的气体混合装置1；用于产生等离子体射流的等离子体发生装置2；用于提供高压激励的等离子体电源3；用于固定和移动处理材料的三维移动平台4。
[0020]所述气体混合装置1包括三路通道和一个混气室：一路连接氦气气瓶21并带有质量流量计23，一路连接氩气气瓶22并带有质量流量计24，一路连接氩气气瓶22并带有质量流量计25，并通入装有反应媒质TEOS的洗气瓶26，以上几路通道汇合并连接到混气室27；所述等离子体发生装置包括：进气口31、石英玻璃管32、高压电极33和地电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，其特征在于，包括：等离子体发生装置、等离子体电源、气体混合装置和三维移动平台；所述等离子体发生装置用于向混合气体施加电场，电离出等离子体，产生含高浓度活性粒子的等离子体射流；所述等离子体电源用于为等离子体发生装置提供高电压激励；所述气体混合装置用于混合氦气、氩气和正硅酸乙酯TEOS蒸汽；所述三维移动平台用于固定和移动需处理材料的位置。2.根据权利要求1所述的一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，其特征在于，所述等离子体发生装置包括：石英玻璃管、设置在石英玻璃管上部的高压电极和末端的地电极；所述气体混合装置包括三路通道和一个混气室，其中，三路通道中一路连接氦气气瓶并带有一台质量流量计，一路连接氩气气瓶并带有第二台质量流量计，一路连接氩气气瓶并带有第三台质量流量计，并通入装有反应媒质TEOS的洗气瓶，三路通道汇合并连接到混气室；所述等离子体电源连接高压电极；所述三维移动平台置于石英管口下方。3.根据权利要求2所述的一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，其特征在于，所述气体混合装置中第三路通道的洗气瓶置于水浴锅中均匀加热至60~70 ℃，以增大载气带出TEOS分子的数量。4.根据权利要求2所述的一种用于绝缘材料表面改性的等离子体射流装置，其特征在于，所述混合气体体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：何桐桐，郑怡泽，郑跃胜，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：