一种形成等离子体的方法技术

本发明专利技术为各种等离子体加工和处理提供了用于等离子体激发、调节和维持等离子体的方法和装置。在一个实施例中，在惰性或活性等离子体存在的情况下，通过使多模处理腔中的气体受到频率介于大约１ＭＨｚ和大约３３３ＧＨｚ的电磁辐射来激发等离子体。例如，惰性等离子体催化剂可以包括能够使局部电场变形而诱发等离子体的任何物体。活性等离子体催化剂可以包括在电磁辐射存在的情况下能够向气态原子或分子输送大量能量以从气态原子或分子激发出至少一个电子的任何粒子或高能波包。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用等离子体催化剂从气体中激发、调节和维持等离子体的方法和装置。
技术介绍
已知通过使气体受到足量的微波辐射可以激发等离子体。然而，在气体压力基本上低于大气压时等离子体一般更容易激发。然而，用于降低气压的真空设备价格昂贵而且效率低下、浪费能源。而且，使用这样的设备会限制制造的灵活性。
技术实现思路
本专利技术提供用于激发、调节和维持等离子体的等离子体催化剂。等离子体催化剂可以是惰性或活性的。根据本专利技术的惰性等离子体催化剂可以包括能够使局部电场变形而诱发等离子体的任何物体，不需要增加额外的能量。另一方面，活性等离子体催化剂可以包括在电磁辐射存在的情况下能够向气态原子或分子输送大量能量以从气态原子或分子激发出至少一个电子的任何粒子或高能波包。在这两种情况中，等离子体催化剂可以改善或放松激发等离子体所需的环境条件。本专利技术还提供了用于形成等离子体的方法和装置。在根据本专利技术的一个实施例中，所述方法包括使气体流入多模处理腔，并在至少一种惰性等离子体催化剂存在的情况下，通过使所述腔中的气体受到频率低于大约333GHz的电磁辐射来激发等离子体，所述惰性等离子体催化剂包括至少是半导电的材料。在根据本专利技术的另一个实施例中，提供了在包括粉末的等离子体催化剂存在的情况下通过使气体受到频率小于约333GHz的电磁场辐射来激发等离子体的方法和装置。在根据本专利技术的另一个实施例中，提供了使用双腔系统形成等离子体的其它方法和装置。所述系统可以包括相互流体连通的第一激发腔和第二腔。所述方法可以包括(i)使第一激发腔中的气体受到频率低于大约333GHz的电磁辐射，从而使第一激发腔中的等离子体引起在第二腔中形成第二等离子体，以及(ii)通过使其受到附加电磁辐射而维持第二腔中的第二等离子体。本专利技术还提供了用于激发、调节和维持等离子体的其它等离子体催化剂、方法和装置。附图说明本专利技术的其它特征将通过下面结合附图的详细描述变得明显，其中相同的标号表示相同的部件，其中图1表示根据本专利技术的等离子体系统的示意图；图1A表示根据本专利技术的部分等离子体系统的实施例，用于向等离子体腔加入粉末等离子体催化剂来激发、调节或维持腔中的等离子体；图2表示根据本专利技术的等离子体催化剂纤维，该纤维的至少一种成分沿其长度方向具有浓度梯度；图3表示根据本专利技术的等离子体催化剂纤维，该纤维的多种成分沿其长度按比率变化；图4表示根据本专利技术的另一个等离子体催化剂纤维，该纤维包括内层核芯和涂层；图5表示根据本专利技术的图4所示的等离子体催化剂纤维沿图4的线5-5的截面图；图6表示根据本专利技术的等离子体系统的另一个部分的实施例，该等离子体系统包括延伸通过激发口的伸长型等离子体催化剂；图7表示根据本专利技术在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的 具体实施例方式本专利技术涉及用于激发、调节和维持等离子体的方法和装置，用于各种应用，包括热处理，碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和其它材料的合成和沉积，掺杂，渗碳，氮化，和碳氮化，烧结，多部件处理，连接，消除结晶，制造和操作熔炉，废气处理，废物处理，焚化，净化，灰化，碳结构生长，制氢或其它气体，制造无电极等离子体喷嘴，生产线等离子体处理，消毒，清洁等。本专利技术可以用于可控生成热和等离子体辅助处理，以降低能耗并提高热处理效率和等离子辅助制造的灵活性。因此，提供了一种用于激发、调节和维持等离子体的等离子体催化剂。催化剂可以是惰性或活性的。根据本专利技术的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，如施加电压引起瞬间放电。另一方面，活性等离子体催化剂可以是任何粒子或高能波包，其能够在电磁辐射存在的情况下向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子。在此引入下列共同拥有并同时申请的美国专利申请的全部内容作为参考美国专利申请No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0008)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0009)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0010)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0011)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0012)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0013)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0015)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0016)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0017)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0018)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0020)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0021)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0023)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0024)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0025)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0026)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0027)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0028)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0030)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0032)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0033)。等离子体系统的说明图1表示根据本专利技术的一个方面的等离子体系统10。在该实施例中，在位于辐射室(即辐射器(applicator))14内部的容器中形成腔12。在另一个实施例中(未示出)，容器12和辐射室14是同一个，从而不需要两个独立的部件。在其中形成有腔12的容器可包括一个或多个辐射透射隔板，以改善其热绝缘性能使腔12无需显著地屏蔽辐射。在一个实施例中，腔12在由陶瓷制成的容器内形成。由于根据本专利技术的等离子体可以达到非常高的温度，可以使用能够在大约3000华氏度下工作的陶瓷。例如，陶瓷材料可以包括重量百分比为29.8％的硅，68.2％的铝，0.4％的氧化铁，1％的钛，0.1％的氧化钙，0.1％的氧化镁，0.4％的碱金属，该陶瓷材料为Model No.LW-30，由Pennsylvania，New Castle的New Castle Refractories公司出售。然而本领域的普通技术人员可知，根据本专利技术也可以使用其它材料，例如石英以及那些与上述陶瓷材料不同的材料。在一个成功的实验中，等离子体形成在部分开口的腔中，该腔在第一砖状物内并以第二砖状物封顶。腔的尺寸为约2英寸×约2英寸×约1.5英寸。在砖状物中至少具有两个与腔连通的孔一个用来观察等离子体，并且至少一个用来供给气体。腔的尺寸取决于需要进行的等离子体处理。此外，腔至少应该设置成能够防止等离子体上升/漂移从而离开主要处理区。腔12可以通过管线20和控制阀22与一个或多个气体源24(例如氩气、氮气、氢气、氙气、氪气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成等离子体的方法，包括：使气体流入多模处理腔中；以及在至少一种惰性等离子体催化剂存在的情况下，通过使所述腔中的气体受到频率低于大约３３３ＧＨｚ的电磁辐射来激发等离子体，所述惰性等离子体催化剂包括至少是半导电的材料。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S库马尔，D库马尔，
申请(专利权)人：BTU国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]