專利名稱：氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體加工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，對(duì)于硅基大型精密光學(xué)零件的需求越來越多，采用傳統(tǒng)方法加工光學(xué)元件，導(dǎo)致光學(xué)元件表面損傷和亞表面損傷，因此需要后續(xù)的拋光，因此加工周期長(zhǎng)，效率低。等離子體化學(xué)拋光是使反應(yīng)氣體處于活躍的等離子體中，激發(fā)了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，生成易揮發(fā)的混合氣體，從而將工件表面材料去除。等離子體拋光屬于非接觸拋光，避免了表面和亞表面損傷產(chǎn)生的同時(shí)，由于化學(xué)反應(yīng)式的加工去除效率更高。等離子體化學(xué)拋光已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)有的等離子體拋光裝置是在真空環(huán)境下進(jìn)行的，導(dǎo)致現(xiàn)有的硅基光學(xué)零件加工裝置成本高的問題，促進(jìn)了常溫大氣壓等離子體加工方法產(chǎn)生，該方法與真空等離子體加工機(jī)理相同，但由于其不需真空條件，極大的降低了成本。常溫大氣壓等離子體加工方法也存在著一定缺陷，諸如發(fā)生裝置噴射出的等離子體常常曝露在大氣環(huán)境下，導(dǎo)致等離子體氛圍受周圍環(huán)境雜質(zhì)元素影響，活性大大降低，從而使激發(fā)的活性反應(yīng)原子濃度下降，加工效率降低；其次是加工過程中，由于化學(xué)擾動(dòng)性不充分，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)生高聚物，沉積在加工表面，降低了加工表面質(zhì)量，且反應(yīng)產(chǎn)生的高聚物與氣體流速相關(guān)，氣體流速增大，反應(yīng)物可及時(shí)排除，沉積現(xiàn)象也會(huì)減輕；再者，等離子體溫度較高，噴射在待加工表面，使工件溫度升高，產(chǎn)生熱應(yīng)力，需進(jìn)一步采用其他工藝去除熱應(yīng)力，增加了制造成本
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，是為了解決大氣等離子體加工過程中，周圍環(huán)境對(duì)加工的影響，反應(yīng)不充分，及加工溫度過高導(dǎo)致工件產(chǎn)生熱應(yīng)力的問題。所述的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:所述的一種氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，它由固定板、圓管形保護(hù)罩、圓管形炬管延長(zhǎng)件組成；
圓管形保護(hù)罩的內(nèi)孔呈錐形，其內(nèi)側(cè)壁上有三個(gè)間隔120度分布通氣孔，并保證氣流的均勻性；三個(gè)通氣孔都與圓管形保護(hù)罩內(nèi)錐孔的圓面相切，使氣體沿切向進(jìn)入；圓管形炬管延長(zhǎng)件下端外面的圓周上設(shè)置有一個(gè)圓盤，圓盤的外圓面呈錐形，固定板中部設(shè)置有通孔，圓管形保護(hù)罩上端外圓面鑲嵌在通孔中，圓管形炬管延長(zhǎng)件上端外圓面鑲嵌在圓管形保護(hù)罩上端內(nèi)孔中，圓管形炬管延長(zhǎng)件下端圓盤的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩的下端內(nèi)圓面密封連接或之間設(shè)置有間 隙，使圓管形炬管延長(zhǎng)件下側(cè)外圓面與圓管形保護(hù)罩下側(cè)外圓面圍成一圈環(huán)形氣腔，使環(huán)形氣腔與三個(gè)通氣孔導(dǎo)氣連通；當(dāng)圓管形炬管延長(zhǎng)件下端圓盤的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙時(shí)，間隙與環(huán)形氣腔導(dǎo)氣連通；圓管形炬管延長(zhǎng)件的上端口與等離子體發(fā)生裝置的噴嘴連接，并使圓管形炬管延長(zhǎng)件上端口的內(nèi)直徑與等離子體發(fā)生裝置噴嘴的內(nèi)直徑相等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明在通入氣體后，產(chǎn)生錐形回轉(zhuǎn)氣罩，有效隔離了周圍環(huán)境對(duì)等離子體影響，保證等離子體活性氛圍，及活性反應(yīng)原子濃度，提升了電源效率，材料去除率也得到有效保證；且錐形回轉(zhuǎn)氣罩與工件表面形成封閉腔，加工過程中為負(fù)壓，可將加工過程中產(chǎn)生反應(yīng)物，吸入氣流，噴出，與現(xiàn)有的加工方法相比，反應(yīng)產(chǎn)物能夠及時(shí)排出，避免了反應(yīng)產(chǎn)物堆積和沉積現(xiàn)象的發(fā)生，可提高表面質(zhì)量。本發(fā)明通入氣體后，可有效擾動(dòng)等離子體激發(fā)的活性反應(yīng)原子，使其充分反應(yīng)，減小沉積物廣生，可提聞表面質(zhì)量。本發(fā)明采用了切向進(jìn)氣，從而使氣流可充分在保護(hù)罩與炬管延長(zhǎng)件所形成的間隙中流動(dòng)，可對(duì)等離子體進(jìn)行充分冷卻，有效減小等離子體溫度，可極大的減輕等離子體對(duì)工件的熱影響及工件熱應(yīng)力，減少了后續(xù)加工步驟，降低了成本。本發(fā)明的組合式炬管延長(zhǎng)件，集成了保護(hù)氣罩發(fā)生部分和擾動(dòng)氣流發(fā)生部分，其既可隔離周圍環(huán)境與等離子體區(qū)域，也可擾動(dòng)等離子體，使反應(yīng)充分。本發(fā)明的炬管延長(zhǎng)件，延長(zhǎng)了炬管，并隔離等離子體氣體與周圍環(huán)境或擾動(dòng)氣體；其與保護(hù)罩形成間隙，通入氣體后，可有效冷卻等離子體，降低等離子體溫度，從而使大氣等離子體可加工溫度敏感材料，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。本發(fā)明可采用不同工作方式，既可通過氣嘴進(jìn)氣，采用氣體冷卻、保護(hù)和擾動(dòng)反應(yīng)氣體；也可將氣嘴接真空泵，采用吸氣工作方式，實(shí)現(xiàn)裝置上述功能，無需附加其他氣體，降低加工成本，且采用吸氣工作方式時(shí)，可將反應(yīng)產(chǎn)物(氣態(tài)或沉積物)直接通過真空泵排出工作艙，并進(jìn)行后處理， 該方式對(duì)有毒害的反應(yīng)氣體和沉積反應(yīng)物作用尤佳，便于集中處理，且不會(huì)使其聚集或沉積在加工倉(cāng)內(nèi)。本發(fā)明使用了模塊化設(shè)計(jì)，采用不同模塊，可實(shí)現(xiàn)不同功能，便于各種加工情況選擇，設(shè)計(jì)人性化。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1、圖2所示，它由固定板1、圓管形保護(hù)罩2、圓管形炬管延長(zhǎng)件3組成:
圓管形保護(hù)罩2的內(nèi)孔呈錐形，其內(nèi)側(cè)壁上有三個(gè)間隔120度分布通氣孔2-1，并保證氣流的均勻性；三個(gè)通氣孔2-1都與圓管形保護(hù)罩2內(nèi)錐孔的圓面相切，使氣體沿切向進(jìn)入；圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端外面的圓周上設(shè)置有一個(gè)圓盤3-1，圓盤3-1的外圓面呈錐形，固定板I中部設(shè)置有通孔1-1，圓管形保護(hù)罩2上端外圓面鑲嵌在通孔1-1中，圓管形炬管延長(zhǎng)件3上端外圓面鑲嵌在圓管形保護(hù)罩2上端內(nèi)孔中，圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩2的下端內(nèi)圓面密封連接或之間設(shè)置有間隙3-2，使圓管形炬管延長(zhǎng)件3下側(cè)外圓面與圓管形保護(hù)罩2下側(cè)外圓面圍成一圈環(huán)形氣腔3-4，使環(huán)形氣腔3-4與三個(gè)通氣孔2-1導(dǎo)氣連通；當(dāng)圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩2的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙3-2時(shí)，間隙3-2與環(huán)形氣腔3-4導(dǎo)氣連通；圓管形炬管延長(zhǎng)件3的上端口與等離子體發(fā)生裝置4的噴嘴4-1連接，并使圓管形炬管延長(zhǎng)件3上端口的內(nèi)直徑與等離子體發(fā)生裝置4噴嘴4-1的內(nèi)直徑相等。所述固定板1，圓管形保護(hù)罩2及圓管形炬管延長(zhǎng)件3的材質(zhì)為金屬，如鋁和銅等。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1、圖2所示，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩2的下端內(nèi)圓面密封連接時(shí)，在圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的圓周上均勻設(shè)置有多個(gè)出氣孔3-4，并使多個(gè)出氣孔3-4與環(huán)形氣腔3-3導(dǎo)氣連通。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1、圖2所示，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩2的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙3-2。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1、圖2所示，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩2的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙3-2時(shí)，在圓管形炬管延長(zhǎng)件3下端圓盤3-1的圓周上均勻設(shè)置有多個(gè)出氣孔3-4，環(huán)形氣腔3-3導(dǎo)氣連通。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。工作原理:本發(fā)明裝置，加工時(shí)，等離子體氣體和反應(yīng)氣體混合后通入等離子體發(fā)生裝置4產(chǎn)生等離子體焰，等離子體焰通過圓管形炬管延長(zhǎng)件3的中心管通道，擴(kuò)散到工件表面，其中的活性粒子與工件表面材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而去除工件材料。惰性氣體(氦氣或氖氣或氬氣等)由三個(gè)通氣孔2-1進(jìn)入裝置內(nèi)部，部分氣體從產(chǎn)生間隙3-2噴出，氣流形成保護(hù)氣罩，另一部分氣體從氣孔3-4噴出，形成擾動(dòng)氣流，對(duì)加工反應(yīng)區(qū)進(jìn)行擾動(dòng)。氣流形成的保護(hù)氣罩隔離了周圍環(huán)境對(duì)加工反應(yīng)區(qū)域的影響，保證等離子體活性氛圍，及活性反應(yīng)原子濃度，且氣罩與工件表面形成`封閉腔，加工過程中腔內(nèi)為負(fù)壓，可將加工過程中產(chǎn)生反應(yīng)物，吸入氣流，噴出，與現(xiàn)有的加工方法相比，反應(yīng)產(chǎn)物能夠及時(shí)排出，避免了反應(yīng)產(chǎn)物堆積和沉積現(xiàn)象的發(fā)生，可提高表面質(zhì)量。擾動(dòng)氣流可有效擾動(dòng)等離子體激發(fā)的活性反應(yīng)原子，使其充分反應(yīng)，減小沉積物產(chǎn)生，可提高表面質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，其特征在于它由固定板(I)、圓管形保護(hù)罩(2)、圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)組成: 圓管形保護(hù)罩(2)的內(nèi)孔呈錐形，其內(nèi)側(cè)壁上有三個(gè)間隔120度分布通氣孔(2-1)，并保證氣流的均勻性；三個(gè)通氣孔(2-1)都與圓管形保護(hù)罩(2)內(nèi)錐孔的圓面相切，使氣體沿切向進(jìn)入；圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端外面的圓周上設(shè)置有一個(gè)圓盤(3-1)，圓盤(3-1)的外圓面呈錐形，固定板(I)中部設(shè)置有通孔(1-1)，圓管形保護(hù)罩(2)上端外圓面鑲嵌在通孔(1-1)中，圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)上端外圓面鑲嵌在圓管形保護(hù)罩(2)上端內(nèi)孔中，圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩(2)的下端內(nèi)圓面密封連接或之間設(shè)置有間隙(3-2)，使圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下側(cè)外圓面與圓管形保護(hù)罩(2)下側(cè)外圓面圍成一圈環(huán)形氣腔(3-3)，使環(huán)形氣腔(3-3)與三個(gè)通氣孔(2-1)導(dǎo)氣連通；當(dāng)圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩(2)的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙(3-2)時(shí)，間隙(3-2)與環(huán)形氣腔(3-3)導(dǎo)氣連通；圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)的上端口與等離子體發(fā)生裝置(4)的噴嘴(4-1)連接，并使圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)上端口的內(nèi)直徑與等離子體發(fā)生裝置(4)噴嘴(4-1)的內(nèi)直徑相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，其特征在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩(2)的下端內(nèi)圓面密封連接時(shí)，在圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的圓周上均勻設(shè)置有多個(gè)出氣孔(3-4)，并使多個(gè)出氣孔(3-4)與環(huán)形氣腔(3-3)導(dǎo)氣連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，其特征在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩(2)的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙(3-2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，其特征在于所述圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的外 圓錐形面與圓管形保護(hù)罩(2)的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙(3-2)時(shí)，在圓管形炬管延長(zhǎng)件(3)下端圓盤(3-1)的圓周上均勻設(shè)置有多個(gè)出氣孔(3-4)，環(huán)形氣腔(3-3)導(dǎo)氣連通。
全文摘要
氣冷式等離子體保護(hù)氣罩噴嘴，它屬于等離子體加工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決大氣等離子體加工過程中，周圍環(huán)境對(duì)加工的影響，反應(yīng)不充分，及加工溫度過高導(dǎo)致工件產(chǎn)生熱應(yīng)力的問題。它的圓管形保護(hù)罩的內(nèi)孔呈錐形，其內(nèi)側(cè)壁上有三個(gè)間隔120度分布通氣孔，圓盤的外圓面呈錐形，圓管形炬管延長(zhǎng)件上端外圓面鑲嵌在圓管形保護(hù)罩上端內(nèi)孔中，圓管形炬管延長(zhǎng)件下端圓盤的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩的下端內(nèi)圓面密封連接或之間設(shè)置有間隙，當(dāng)圓管形炬管延長(zhǎng)件下端圓盤的外圓錐形面與圓管形保護(hù)罩的下端內(nèi)圓面之間設(shè)置有間隙時(shí)。本發(fā)明通入氣體后，可有效冷卻等離子體，降低等離子體溫度，從而使大氣等離子體可加工溫度敏感材料，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C23F3/00GK103233230SQ20131017705
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者王波, 辛強(qiáng), 姚英學(xué), 金會(huì)良, 丁飛, 李娜, 金江, 李鐸 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)