Способ обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей



Способ обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей
Способ обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей
H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2396369:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (ФГУП "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") (RU)

Изобретение относится к способу обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей и может быть использовано при гидрофилизации/гидрофобизации и повышении адгезионных свойств полимеров, текстиля, бумаги и других материалов. Способ включает формирование плазменной струи путем пропускания потока газа через зону электрического разряда. В качестве плазмообразующего газа используют атмосферный воздух. Плазму получают в стационарном тлеющем разряде атмосферного давления, который создают посредством системы электродов в потоке газа в межэлектродных промежутках. Полученную холодную плазменную струю выносят за зону разряда на обрабатываемую поверхность. Для создания плазмы используют систему из секционированных катода и анода, в которой секции анода выполнены в форме тонких пластин, а секции катода выполнены в форме штырей или тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку газа и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций, а межэлектродные промежутки расположены непосредственно на выходе газового потока из газоразрядной камеры. В результате достигается упрощение технологии обработки материалов и снижение стоимости за счет использования неравновесной плазменной струи, создаваемой газовым разрядом непосредственно в потоке воздуха. 2 ил.

 

Изобретение относится к области плазменной модификации поверхности термически нестойких материалов при атмосферном давлении и может быть использовано при гидрофилизации/гидрофобизации и повышении адгезионных свойств полимеров, текстиля, бумаги и т.д.

Сущность изобретения заключается в модификации поверхностей термически нестойких материалов при атмосферном давлении за счет использования холодных (близких к комнатной температуре), но химически активных плазменных струй в атмосферном воздухе.

Одним из эффективных способов плазмохимической обработки термически нестойких материалов при атмосферном давлении (например, полимерных пленок с целью придания им гидрофильных свойств, улучшающих качество печати) является их обработка неравновесной плазмой непосредственно в зоне разряда. При этом в газоразрядной плазме происходит возбуждение и диссоциация газообразных соединений с формированием различных радикалов, активно воздействующих на обрабатываемую поверхность.

Наиболее распространенный способ плазмохимической обработки (аналог) состоит в использовании барьерного разряда, при котором электрический ток проходит сквозь обрабатываемый материал (Патент США 5,403,453, кл. H05F 3/00 1995).

Общим недостатком известного и других ему подобных способов является невозможность обработки проводящих материалов, а также диэлектрических материалов с толщиной более 1 мм. Кроме того, прохождение электрического тока через тонкий обрабатываемый материал приводит к его электрическому пробою, что создает в материале большое число пор и приводит к его порче.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототипом) является способ модификации поверхностей с использованием плазменной струи, создаваемой газоразрядной камерой, питаемой радиочастотным источником с частотой напряжения 13.56 МГц и прокачиваемой газовым потоком, содержащим большое количество гелия (J.Park, I.Henins, Н.W.Herrmann, et al., Discharge Phenomena of an Atmospheric Pressure Radio-Frequency Capacitive Plasma Source, "Journal of Applied Physics" 89, 20-28 (2001)).

Недостатком известного способа является невозможность создания холодной (с температурой, близкой к комнатной) неравновесной плазмы в потоке воздуха, что делает его непригодным для модификации термически нестойких поверхностей непосредственно в условиях атмосферного воздуха. Кроме того, гелий очень дорогой газ и его использование в известном способе приводит к сильному удорожанию процесса плазменной модификации.

Техническим результатом изобретения является упрощение и снижение стоимости способа холодной обработки термически нестойких материалов при атмосферном давлении за счет использования неравновесной плазменной струи, создаваемой газовым разрядом непосредственно в потоке воздухе.

Этот технический результат достигается путем усовершенствования известного способа обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей, которую формируют путем пропускания потока газа через зону электрического разряда с последующим ее выносом за зону разряда на обрабатываемую поверхность.

Усовершенствование изобретения заключается в том, что в качестве плазмообразующего газа используется атмосферный воздух, плазму получают в стационарном тлеющем разряде атмосферного давления, который создают на выходе потока газа из камеры в межэлектродных промежутках, образованных пластинчатыми анодами и штыревыми катодами, расположенными напротив кромок анодных пластин, обращенных к выходу камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 указана схема обработки полимерной пленки, а на фиг.2 показана электродная система для создания холодной плазменной струи.

Газоразрядная камера выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, содержащего диэлектрические стенки 1, внутри которых размещена электродная система из секционированных катода 2 (фиг.2) и анода 3, нагруженных на балластные сопротивления 4. Секции анода выполнены в форме тонких пластин. Площадь анодных секций определяется сортом плазмообразующего газа. Секции катода выполнены в форме штырей или тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций. Электроды установлены в камере таким образом, что их межэлектродные промежутки расположены непосредственно на выходе газового потока из камеры. Расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние. При подаче на клемму 5 высокого электрического напряжения между катодом и анодом формируется газовый разряд, плазма 6 которого выносится потоком из полости камеры.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Воздух при атмосферном давлении прокачивают между катодом 2 и анодом 3, на которые подают постоянное электрическое напряжение 15-35 кВ для возбуждения стационарного тлеющего разряда. За счет большой скорости воздушного потока, варьируемой в пределах 30-70 м/с, и особенностей геометрии предложенной конструкции электродной системы (штыри катода смещены к кромкам анодных пластин, обращенных к выходу потока воздуха из газоразрядной камеры) газоразрядная плазма выносится из межэлектродного промежутка, что приводит к созданию в свободном пространстве вне камеры струи химически активной, но холодной плазмы, направляемой на неподвижный или движущийся обрабатываемый материал 7. В результате воздействия химически активной плазменной струи на поверхность материала происходит его модификация. Струя плазмы 6 и/или обрабатываемый материал 7 перемещаются друг относительно друга с нужной скоростью. Длительность экспозиции материала плазменной струей определяется расчетным путем и зависит от свойств материала и типа модификации поверхности. Возможность использования окружающего атмосферного воздуха в качестве плазмообразующего газа является существенным преимуществом предложенного способа, позволяющим упростить процесс обработки и снизить его стоимость.

Способ обработки термически нестойких материалов холодной плазменной струей, включающий формирование плазменной струи путем пропускания потока газа через зону электрического разряда, при этом в качестве плазмообразующего газа используют атмосферный воздух, плазму получают в стационарном тлеющем разряде атмосферного давления, который создают посредством системы электродов в потоке газа в межэлектродных промежутках, отличающийся тем, что полученную холодную плазменную струю выносят за зону разряда на обрабатываемую поверхность, при этом для создания плазмы используют систему из секционированных катода и анода, в которой секции анода выполнены в форме тонких пластин, а секции катода выполнены в форме штырей или тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку газа и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций, а межэлектродные промежутки расположены непосредственно на выходе газового потока из газоразрядной камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для получения покрытий. .

Изобретение относится к способу и устройству для получения покрытий. .

Изобретение относится к области переработки твердых отходов и может быть использовано на промышленных предприятиях, а также в коммунальном хозяйстве. .

Изобретение относится к плазмотронам для плазменной обработки изделий. .

Изобретение относится к способам получения трубок, прутков для применений оптического волокна и заготовок для ультрафиолетпропускающих оптических компонентов из диоксида кремния методом плазменного напыления.

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма для получения из исходного металлического порошка слитка металла либо мелкодисперсного очищенного порошка.

Изобретение относится к способам инициирования газовых разрядов и может быть использовано в плазменной технике, в частности в генераторах низкотемпературной плазмы.

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма.

Изобретение относится к способам закрепления на валу сопрягаемых цилиндрических деталей и может быть использовано для закрепления зубчатых колес, шкивов, полумуфт, втулок с целью передачи крутящего момента.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения внутренних поверхностей деталей в полостях, имеющих форму тел вращения. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к электротермическому получению изделий из расплавленных порошковых металлов. .

Изобретение относится к газотермическому напылению полимерных покрытий на металлические и керамические изделия и конструкции. .

Изобретение относится к устройству для газотермического нанесения покрытий на внутренние поверхности отверстия и может найти применение для изготовления двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способу электродуговой металлизации и может быть использовано для восстановления или упрочнения рабочих поверхностей, в частности внутренних диаметров тел вращения с обеспечением возможности их механической обработки лезвийным инструментом в различных отраслях машиностроения.
Изобретение относится к области нанесения покрытий детонационным способом и может быть использовано для упрочнения деталей, работающих в условиях повышенного коррозионного, эрозионного и абразивного воздействия, с целью придания деталям заданных свойств.
Изобретение относится к способу восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар подвижного состава и путевых машин. .
Изобретение относится к области машиностроения, точнее к трубопрокатному производству и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости горячекатаных труб вообще и насосно-компрессорных труб в частности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для нанесения комплексных многокомпонентных покрытий на поверхности деталей. .

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам для электротермического получения материала в виде изделия или покрытия и устройствам для его осуществления
Наверх