用于产生成束的等离子体束的方法和射束发生器技术

本发明专利技术涉及一种用于在流动的工作气体中通过在两个彼此相距地布置在工作气体流内的电极之间的电弧放电而产生等离子体束的方法和装置，其中，产生带有脉冲频率和用于电弧放电的点火电压的电压脉冲序列，该电压脉冲序列分别在两个依次的电压脉冲之间使电弧熄灭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在输送流动的工作气体的情况下通过电弧放电产生成束的等离子体束的射束发生器，所述射束发生器具有两个在工作气体流内彼此相距布置的电极以及用于在电极之间产生电压的电压源。此外，本专利技术涉及一种用于产生成束的等离子体束的方法。
技术介绍
如果应对工件表面覆层、喷漆或粘接，那么通常需要预处理，通过预处理去除表面的污物和/或通过预处理以如下方式改变分子结构，即，使表面能以液体如粘接剂、油漆和类似物更好地润湿。为进行表面处理和净化，使用用于产生成束的等离子体束的射束发生器，在所述射束发生器中，在施加电压的情况下在两个电极之间的喷嘴管内借助非热放电从工作气体中产生等离子体束。在此，工作气体优选处于大气压力下。以优选的方式使用空气作为工作气体。借助等离子体的预处理和净化具有很多优点，其中尤其可强调的是清除效率高、 利于环保、适合几乎任何材料、运行成本低以及突出地整合到不同的加工流程中等。由EP 0761415B9以及DE 1953M12C2公知一种此类用于产生成束的等离子体束的射束发生器，所述射束发生器具有带有用于工作气体的在侧向上的输送器的、由合成材料构成的、呈罐状的壳体。在壳体内同轴地保持由陶瓷构成的喷嘴管。在呈罐状壳体的内部居中地布置有伸入到喷嘴管内的由铜构成的棒形电极。喷嘴管的外周在呈罐状的壳体外由以导电材料构成的罩包围，该罩在喷嘴管的自由端上构成环形电极。环形电极同时界定喷嘴口，喷嘴口的直径小于喷嘴管的内直径，从而在喷嘴管的出口处实现一定的收缩。所公知的射束发生器的缺点在于待处理的表面的高热负荷。电压源需要在IOkV 至30kV的数量级中的点火电压。同样不利的是低效率。对此的原因尤其是在等离子体内的低电离度。此外，从射束发生器发出的工作气体具有高温度，而电子则具有相当低的温度。但为了运行用于表面处理的射束发生器，力求产生如下非热的等离子体，在该等离子体中电子具有相比重粒子(分子、原子、离子)高得多的温度。然而技术上制造的非热等离子体通常具有低的电离度。
技术实现思路
从这种现有技术出发，本专利技术的任务在于，提供一种开头所述类型的射束发生器， 该射束发生器尤其产生从射束发生器中发出的等离子体束的带有低温的非热等离子体。此外追求的是射束发生器的紧凑的构造方式。最后还应说明一种方法，利用该方法可以产生等离子体束的带有低温的尤其非热的等离子体。该任务在开头所称类型的射束发生器中由以下方式来解决，S卩，电压源产生带有用于电弧放电的点火电压和脉冲频率的电压脉冲序列(Sparmungspuls)，该电压脉冲序列分别在两个依次的电压脉冲(Spanrumgsimpuls)之间使电弧熄灭。用于产生等离子体束的带有低温的非热等离子体的方法由权利要求15和16所述的特征得出。在流动的工作气体内，成束的等离子体束通过电弧放电产生。电弧是在两个彼此相距地布置的电极之间的气体放电，在这两个电极上施加足够高的电压，以便通过碰撞电离产生气体放电所需的高电流密度。气体放电形成在其中重粒子部分电离的等离子体。点火电压是为在两个电极之间导入气体放电所需的电压。点火电压由电压源产生或由电压源从一次电源中导出。对于本专利技术来说，原则上考虑直流电压源和交流电压源，但优选考虑直流电压源。但关键是，电压源产生可以分别在两个依次的电压脉冲之间使电弧熄灭的电压脉冲序列。在此，电压脉冲是指由电压输出的电压首先从低值(优选是零)出发，上升到大于或等于点火电压的最高值，且短时间后重新降低到低值(优选是零)。电压脉冲的周期序列称为电压脉冲序列。在每个电压脉冲期间，电压下落得远低于所需的点火电压，从而随每个电压脉冲熄灭电弧，直至在下个电压脉冲中重新达到点火电压并在电极之间进行新的电弧放电。通过随每个电压脉冲强行熄灭电弧，在高的电极温度中产生从射束发生器中流出的工作气体的低温。通过电子在达到高点火电压时冲击式的流出，在等离子体内生成大量高度加速的、 具有高电子温度的电子。在达到或超过点火电压时，在两个电极之间在1纳秒至1000纳秒的非常短的时间段内流动带有高达10安培至1000安培的最大电流强度的电流。由此产生的高电流密度对所谓的箍缩效应产生积极影响。箍缩效应是指由高电流流过的等离子体由于等离子体流与由它产生的磁场交互作用而收缩成为经压缩的细等离子体管或等离子体丝。电压源构造为用于产生电压脉冲序列的脉冲频率，该脉冲频率优选在IOkHz至 IOOkHz之间的范围内，尤其在20kHz至70kHz之间的范围内。在所述脉冲频率下确保了等离子体产生和等离子体束不中断。通过这种措施可以利用依据本专利技术的射束发生器进行衬底表面的尤其以粉末的不中断的激活和覆层。尽管电弧熄灭，对等离子体束的维持在衬底表面同时非常低的热负荷下优选以在20kHz至70kHz之间范围内的脉冲频率实现。在射束发生器的电极之间的间距与工作气体的压力以如下方式确定，S卩，使等离子体内的上述电流强度在2kV至IOkV之间的点火电压下达到。测定电极间距的原理是巴申定律，据此，点火电压是工作气体的气体压力与放电距离、也就是电极之间的间距乘积的函数。取决于彼此相对置的电极的形状以及所使用的工作气体(优选是空气)地，在计算时必须考虑校正参数。由电压源产生的电压脉冲可以是直流的或交流的。电压源的优选实施方式的特征在于，电压源具有电源件，所述电源件带有用于输入电压的接口和两个用于在电源件内经转换的输入电压的输出端，其中，与输出端并联至少一个电容器，该电容器与电源件通过至少一个电阻连接。在此可以选择的是，输出端中的一个与地电位连接，且将共同的地线作为基准电位和用于电容器的接口使用。在此，电源件是将由电网提供的输入电压转换成射束发生器所需的输出电压的组件。由电容器和电阻组成的电路迫使电弧熄灭，其中将由电源件输出的功率暂时储存 (zwischenspeichern)在电容器内。由电源件输出的功率首先由电容器储存，直至达到用于电弧放电的点火电压。在达到点火电压时产生气体放电，并且储存在电容器内的能量在1纳秒至1000纳秒内以高达10安培至1000安培的高电流强度流出。通过将至少一个电容器与电源件连接的至少一个充电电阻，电流不足以续流来维持由电容器馈给的电弧。因此， 电弧自动熄灭，且电容器为下个电压脉冲而重新开始充电。为了依据本专利技术的射束发生器的紧凑的构造方式和效率的进一步提高，电压源的电源件优选构造为开关电源件。开关电源件的特征在于，不同于带有50Hz变压器或60Hz 变压器的传统电源件，电网电压被转换成明显更高频率的交流电压并在变压后最终重新整流。带有更高频率的变压器的运行造成在功率相同的情况下可以明显减小变压器的质量。 因此，开关电源件在功率相同的情况下更紧凑且更轻。此外，其效率相比传统的电源件更尚ο特别节省空间的是，电压源的电容器可以实施为呈屏蔽电缆的形式，其中，将第一电极与电压源连接的电线由绝缘体包围，该绝缘体至少在部分长度上包覆导电的屏蔽件， 该屏蔽件是在电压源与另一电极之间的导电连接的组成部分，其中，屏蔽件由外绝缘体包覆。电容器的电容优选处于IOnF至200 μ F的范围内。射束发生器的紧凑的构造方式在工作气体均勻流动的同时由以下方式实现，即， 一个电极构造为棒形电极，且一个电极构造为呈环形的电极，与棒形电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．射束发生器，所述射束发生器用于在输送流动的工作气体的情况下通过电弧放电产生成束的等离子体束，所述射束发生器具有两个在工作气体流内彼此相距地布置的电极以及用于在所述电极之间产生电压的电压源，其特征在于，所述电压源（６）产生带有用于电弧放电的点火电压（１９）和脉冲频率的电压脉冲序列，所述电压脉冲序列分别在两个依次的电压脉冲（２１）之间使电弧熄灭。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃尔·比斯格斯，乌韦·哈特曼，霍尔格·施耐德赖特，
申请(专利权)人：莱茵豪森等离子有限公司，
类型：发明
国别省市：DE