CN101876065A - 利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，属于低温等离子体技术领域中材料表面改性技术。其特征是在待处理的细长绝缘管的两端插入边缘锋利的中空的金属电极，在这两个中空的金属电极上加上工作频率为40-50kHz范围内的调幅交流电压或脉冲，通入细长绝缘管内的氟气放电产生了高电子密度的等离子体，并根据实际需要通入所要使用的活性气体使之混合于氩载气中，产生所需的化学自由基来完成介质管内表面的改性和膜沉积。本发明的效果和益处是实现了对细长绝缘管内表面改性的目的，设计思路简洁，在降低设备成本上和增加可操作性上具有突出的优点。

Description

利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法

技术领域

本发明属于低温等离子体技术领域中材料表面改性技术，涉及到在细长的可弯曲的绝缘介质管内产生高电子密度的氩等离子体，通过掺入活性气体实现内表面改性的方法。

背景技术

应科学技术及生产实践的各种需要，往往要求绝缘管内表面要具有亲水性，疏水性，防腐蚀，消毒杀菌等各种特性。利用大气压放电产生的等离子体来进行表面改性和镀膜从而实现这些特性是目前正在探索的技术途径。因为相对于低真空等离子体技术而言，一方面因不需要真空设备而大大降低了投资费用并减少了设备操作维护的复杂性，另一方面在大气压下可以产生更高浓度的活性粒子从而缩短处理时间。然而，在大气压下通过放电获得等离子体的击穿电压很高，因此对电源的要求苛刻，尤其是要产生大尺度的等离子体，过高的击穿电压严重制约了该技术的进一步推广应用。另外，在大气压开放系统中所需的气体流量很大，从经济性角度考虑，使用的载气必须采用廉价的气体才能突出这种技术的优势。

目前，所采用的射流技术多以氦气为载气，再者所采用的射流技术产生的射流长度不足以满足对细长管内表面均匀处理的要求；另外，通过在介质管外表面缠绕电极在管内激励氦气或氩气放电的方法所产生的等离子体具有典型的介质阻挡丝状放电的特征，而且受制于介质管壁的厚度和介电常数，放电情况很复杂，不仅应用条件苛刻，而且其应用范围也受到很大的限制。我们提出一种方法是利用在介质管内部直接产生等离子体，而不是透过管壁的诱导电场作用下产生等离子体，在以氩气为载气的等离子体放电中混入活性气体，完成等离子体化学反应，形成各种有用的自由基来实现内表面的改性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在细长的可弯曲的绝缘介质管内产生高电子密度的氩等离子体，通过掺入活性气体实现内表面的改性的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：在细长绝缘管的两端插入边缘锋利的中空的金属电极，并封闭固定好让气体从其中一个电极的内孔中流入，从另一电极的内孔中流出，在这两个中空的金属电极上加上工作频率为40～50kHz范围内的交流电压。逐渐增加电压，等离子体射流由驱动电极端产生并向接地电极蔓延，最后形成完整的放电通道。进一步调节电源电压，使得放电通道中最终形成高电子密度的弧放电等离子体。然后，根据实际需要通入所要使用的活性气体使之混合于氩载气中，从而产生所需的化学活性粒子来完成介质管内表面的改性或镀膜。

本发明所述的利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，在氩气等离子体放电后并形成完整的放电通道后通入所要使用的活性气体，产生化学活性粒子。

本发明所述的利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，所处理的细长管材料是绝缘材料，在不堵塞气流通道的情况下任意弯曲。

本发明所述的利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，所述电源为脉冲调制正弦高压电源或脉冲高压电源。

本发明的效果和益处是：在细长绝缘管内产生了高电子密度的等离子体，为掺入活性气体产生各种活性粒子实现内表面的处理和膜沉积提供了宽工作窗口的物理环境，由于本发明中通过选择了最佳的交流工作频率使所需的工作电压大大降低，相对于已有的技术，本发明设计技术方案简洁，在降低设备成本上和增加可操作性上具有突出的优点。

附图说明

附图是利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法原理示意图。

图中：1细长绝缘管；2中空的电压驱动电极；3中空的接地电极；4高压交流电源；5驱动电极耐热密封圈；6接地电极耐热密封圈；7气体混合箱；8载气流量计；9活性气体流量计；10氩气瓶；11活性气体瓶。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

首先，将中空的电压驱动电极2和中空的接地电极3相对插入待处理细长绝缘管1内部2厘米左右，并用驱动电极耐热密封圈5和接地电极耐热密封圈6固定在管子的端部，让工作气体由中空的电压驱动电极2的入气孔通入细长绝缘管1内，由中空的接地电极3的孔中排出。高压交流电源4施加在中空的电压驱动电极2上，最佳工作频率在40～50kHz的范围内，可以获得最低的击穿电压，并通过进一步增加电源功率在管内获得稳定的等离子体放电，直到弧放电的产生，使内部等离子体的电子密度达到工作要求。所加电压随需要处理的细长绝缘管1的长度而增加。然后，在纯氩气中放电稳定下，打开活性气体流量计9通入活性气体使氩气和活性气体在气体混合箱7内充分混合后由中空的电压驱动电极2的入气孔通入细长绝缘管1中的等离子体中，产生所需活性自由粒子，从而实现内表面改性的目的。

Claims (3)

1.一种利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，其特征是：在细长绝缘管(1)的两端插入边缘锋利的耐高温的中空的电压驱动电极(2)和中空的接地电极(3)，在这两个中空的金属电极上加上工作频率在40～50kHz范围内的高压交流电源(4)，在绝缘管内产生等离子体，根据实际需要通入所要使用的活性气体，使之混合于已稳定放电的氩等离子体中产生所需的化学化学活性粒子来完成介质管内表面的改性。

2.根据权利要求1所述的一种利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，其特征是：根据实际需要选择所要使用的活性气体，在氩气等离子体放电后并形成完整的放电通道后通入所要使用的活性气体或者活性气体与氩气的混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种利用常压下等离子体放电对细长绝缘管内表面改性的方法，其特征是：驱动电源为脉冲调制交流高压电源，交流电压的工作频率为40～50kHz范围，或者脉冲高压电源。

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