專利名稱：材料等離子處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體應(yīng)用的領(lǐng)域，較具體地涉及材料等離子處理的方法和裝置。
本發(fā)明可用于化學(xué)、電子、機械制造、儀表制造、治金等工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)，用來對分散成微粒的材料、氣懸體、各種化合物的蒸汽或氣體混合物進行等離子熱處理或等離子化學(xué)處理，例如在材料合成或改變其性質(zhì)的場合。此外，本發(fā)明還可用作制品表面的等離子處理，例如用粉末噴涂、或用各種化合物薄膜的蒸汽沉積、或?qū)α慵砻孢M行等離子化學(xué)侵蝕。
已知的用等離子處理材料的方法(日本專利JP，A，59-3838號)是選好受處理材料的輸送方向，把對稱軸線定在這個方向上，建立一個具有多個以此對稱軸線為中心、對稱排列、進行會合的等離子流束并形成混合區(qū)的系統(tǒng)，使受處理材料沿著等離子流束的對稱軸線進入到等離子流束的混合區(qū)內(nèi)。
已知的用等離子處理材料的裝置(日本專利JP，A，59-3838號)具有進料管和環(huán)繞進料管軸線對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，還有上面設(shè)有等離子流束發(fā)生器的混合室，這一發(fā)生器的排出部分指向混合室內(nèi)。進料管的出口端位在混合室內(nèi)，同時進料管的軸線與混合室的軸線重合。電弧式等離子流發(fā)生器與電源連接。受處理材料通過進料管被輸送到混合室內(nèi)并在電弧式發(fā)生器內(nèi)混合起來的等離子流中被處理。
這種已知的用等離子處理材料的方法和裝置由于在混合室殼體上存在著冷壁，因此具有材料處理不夠均勻的缺點。當熾熱的材料與混合室的冷壁接觸時，因為受到冷卻的作用，它的狀態(tài)便變得和在混合室中心的那些材料不一樣，甚至?xí)掣皆诒谏?。此外，這種裝置還不能用化學(xué)性質(zhì)活潑的氣體來產(chǎn)生等離子體，例如氟、氯，因為采用這些氣體會使混合室的壁材遭受化學(xué)腐蝕。結(jié)果，等離子體及受處理材料受到腐蝕產(chǎn)物的污染，產(chǎn)品質(zhì)量會變壞。
本發(fā)明的基本目的就是要創(chuàng)造一種用等離子處理材料的方法和裝置，既可得到在入口處呈漏斗形的封閉式的等離子流道，使彌散材料能完全地和簡單地引入到等離子流中，又可處理得均勻。
本發(fā)明的實質(zhì)在于，用等離子處理材料的方法是選好受處理材料的輸送方向，把對稱軸線定在這個方向上，建立一個具有多個以此對稱軸線為中心、對稱排列、進行會合的等離子流束并形成混合區(qū)的系統(tǒng)，使被處理材料沿著等離子流束的對稱軸線進入到等離子流束的混合區(qū)內(nèi)，按照本發(fā)明，進行會合的等離子流束系統(tǒng)是由兩個以上的等離子流束組成的，使直流電流在等離子流束到達其混合區(qū)前的區(qū)段內(nèi)通過，在每一等離子流束的導(dǎo)電區(qū)段內(nèi)施加一個磁場，其強度矢量系在與對稱軸線垂直的平面內(nèi)，其方向垂直于對稱軸線和相應(yīng)的等離子流束軸線兩者的連線，其時通過選定每一等離子流束區(qū)段內(nèi)的電流量和相應(yīng)磁場的強度值，可使各等離子流束的軸線在其混合區(qū)內(nèi)與所定的對稱軸線保持平行。
也有可能使從等離子流到達其混合區(qū)前的區(qū)段內(nèi)所通過的直流電流的方向從一條等離子流束到另一條等離子流束輪替更換。
本發(fā)明的實質(zhì)在于，用等離子處理材料的裝置具有進料管和環(huán)繞進料管軸線對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，按照本發(fā)明，設(shè)有磁系統(tǒng)，電弧式等離子流發(fā)生器有兩個，各由兩個電極組件構(gòu)成，其軸線與進料管軸線成為銳角，電極組件的排出部分指向進料管軸線，電極組件對稱于一與電弧式等離子流發(fā)生器的對稱平面垂直的平面，這時磁系統(tǒng)是由設(shè)有線圈的斷開的磁導(dǎo)體組成的，斷開磁導(dǎo)體磁極端頭的中心位在兩電極組件的對稱平面上，并對稱于進料管軸線，其時電極組件與電源的連接須保證兩個等離子流發(fā)生器中對置的電極組件具有同一的極性，這時磁極端頭的中心位在兩個與進料管軸線相垂直的平面之間，其一穿過電極組件軸線與進料管軸線的交點，另一平面穿過電極組件排出部分的中心點。
本發(fā)明的實質(zhì)在于，用等離子處理材料的裝置具有進料管和環(huán)繞進料管軸線、對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，按照本發(fā)明，電弧式等離子流發(fā)生器的數(shù)量應(yīng)為二的整數(shù)倍并且不少于四個，其時每一電弧式發(fā)生器具有電極組件，其軸線與進料管軸線成為銳角，還有位于等離子流束混合的水平面上的電極參與構(gòu)成，其時電極組件和電極有可能在垂直于進料管軸線的方向上移動并加以固定，使對置電極之間的距離調(diào)整到可使等離子流束在其端頭之間通過，每一后來的電弧式等離子流發(fā)生器都和前面的一樣與直流電源連接，但極性卻和前面的相反。
也可能把每一電極制成盤形并可使它轉(zhuǎn)動，盤的轉(zhuǎn)動軸線位在一個具有電極組件軸線的平面內(nèi)，同時對置著的兩個電弧式等離子流發(fā)生器的兩對對置著的盤的兩個中間截面間要相互錯開一個距離，至少不小于盤的厚度。
本發(fā)明的實質(zhì)在于，用等離子處理材料的裝置具有進料管和至少為兩個的環(huán)繞進料管軸線對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，按照本發(fā)明，每一等離子流發(fā)生器是由兩個電極組件組成，其軸線與進料管軸線成為銳角，并對稱于設(shè)有進料管軸線的平面，同時電極組件以輪流更替的電壓極性與電源連接。
合適的做法是在材料等離子處理裝置上設(shè)一個磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)由斷開的磁導(dǎo)體組成，在每一斷開磁導(dǎo)體的磁極上設(shè)有線圈，斷開的磁導(dǎo)體的數(shù)目等于電弧式等離子流發(fā)生器的個數(shù)，其時每一斷開磁導(dǎo)體的一個磁極和進料管連接，每一斷開磁導(dǎo)體的另一個磁極則設(shè)置在相應(yīng)的電弧式等離子流發(fā)生器兩個電極的中間，這時第二磁極的中心位在一個垂直于進料管軸線的平面上，并位于電極組件軸線的交點和電極組件排出部分兩端頭三者之間。同時進料管是由鐵磁材料做成的。
也有可能在材料等離子處理裝置上設(shè)置一個磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)由斷開的磁導(dǎo)體構(gòu)成，在每一磁極上設(shè)有線圈，其時斷開的磁導(dǎo)體的數(shù)目等于電極組件的數(shù)目，斷開磁導(dǎo)體的一個磁極是所有這些磁導(dǎo)體共有的，而第一斷開磁導(dǎo)體的第二個磁極則位在兩個相鄰電極組件之間，并且所有這些磁極是環(huán)繞進料管對稱排列的，磁極的中心位在一個垂直于進料管軸線的平面上，并且位在兩電極組件軸線的交點和電極組件排出部分端頭之間。
更好的做法是使材料等離子處理裝置中的電極組件有可能改變其軸線與進料管軸線之間的傾角，而進料管有可能沿其自身的軸線移動并加以固定。
本方法和實現(xiàn)該方法的裝置在處理材料時是靠下列各點得以提高生產(chǎn)率的在將材料引入到等離子流內(nèi)時減少材料的損失，將材料強烈地并均勻地?zé)嵬?，預(yù)防受等離子體作用后在等離子流周圍區(qū)域中因冷卻而生成的產(chǎn)物。在等離子體中應(yīng)用化學(xué)性活潑的添加劑時，如能使等離子流避免與裝置的構(gòu)筑物接觸，那么就可避免其化學(xué)腐蝕生成的產(chǎn)品對等離子的污染，這樣便可改善處理出來產(chǎn)品的質(zhì)量。
下面本發(fā)明將用具體實施例和附圖來加以闡明，其中

圖1為按照本發(fā)明概略示出雙磁極磁系統(tǒng)的材料等離子處理裝置的結(jié)構(gòu);
圖2為按照本發(fā)明，沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖面圖;
圖3為按照本發(fā)明，沿圖1中Ⅲ-Ⅲ線的斷面圖，其上指出了圖1所示裝置中磁場強度矢量的方向;
圖4為按照本發(fā)明，用單流束電弧式等離子流發(fā)生器進行材料等離子處理的裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
圖5為接照本發(fā)明，用具有盤形電極的單流束電弧式等離子流發(fā)生器進行材料等離子處理的裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
圖6為按照本發(fā)明，用雙流束電弧式等離子流發(fā)生器進行材料等離子處理的裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
圖7為按照本發(fā)明，在圖6中沿矢向D的視圖;
圖8為按照本發(fā)明概略示出三磁極磁系統(tǒng)的材料等離子處理的裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
圖9為按照本發(fā)明，在圖8中沿Ⅸ-Ⅸ線的剖面圖;
圖10為按照本發(fā)明，沿圖8中Ⅹ-Ⅹ線的斷面圖，其上指出了圖8所示裝置中磁場強度矢量的方向;
圖11為按照本發(fā)明，說明圖8所示裝置中等離子流在磁場的作用下偏離原始方向的簡圖;
圖12為按照本發(fā)明，四磁極磁系統(tǒng)的材料等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;
圖13為按照本發(fā)明，沿圖12中ⅩⅢ-ⅩⅢ線的剖面圖;
圖14為按照本發(fā)明，沿圖12中ⅩⅣ-ⅩⅣ線的斷面圖，說明圖12所示裝置中磁場強度方向矢量的簡圖;
圖15為按照本發(fā)明，說明圖12所示裝置中等離子流在磁場作用下偏離原始方向的簡圖;
圖16為按照本發(fā)明，說明圖13所示裝置中等離子流在磁場作用下偏離原始方向的簡圖。
沿著工藝上所需的受處理材料的輸送方向定出對稱軸線。建立環(huán)繞這個對稱軸線對稱排列的進行會合的等離子流束系統(tǒng)并使這些流束的方向與受處理材料輸送方向一致。
當?shù)入x子流束會合時形成混合區(qū)，受處理材料就沿著對稱軸線引入到區(qū)內(nèi)。
在到達混合區(qū)之前，每一等離子流束區(qū)段都通有直流電流。
在每一等離子流束通電的區(qū)段上都施加有磁場，其磁場強度矢量是在一個垂直于等離子流束對稱軸線的平面上，其方向是與等離子流束對稱軸線和相應(yīng)的等離子流束軸線兩者的連線垂直。
這時通電的等離子流束和磁場發(fā)生電磁相互作用。生成的力使第一等離子流束彎曲，結(jié)果使等離子流束偏離其原始方向到達某一平衡位置，在該位置上電磁力與被彎曲氣流即等離子流束的似彈性力所抵償。
直流電的電流值及磁場強度的確定要根據(jù)能保證等離子流束的軸線在其混合區(qū)內(nèi)與原設(shè)定的對稱軸相平行。
這時在等離子流束中間、在它們趨向會合的地方形成低壓區(qū)。而引入的材料開始是在低壓區(qū)內(nèi)，然后被拉入等離子流束的混合區(qū)內(nèi)并落入由許多軸線與對稱軸線平行的等離子流束所形成的等離子流中。
由于過了混合區(qū)以后在等離子流束中不能再通電流，所以等離子流束不再被磁場偏離方向，它們在混合區(qū)中獲得的方向可在空間中繼續(xù)保持，即與對稱軸線平行的方向。
進入等離子流中的受處理材料四周都為等離子流束所包圍，但在邊上比在等離子流的中心部分受到較高的動壓力。
結(jié)果受處理材料被保持在等離子流靠近軸線的中心部分，它在跟著等離子流運動時，同時被加速，并被強烈而均勻地加熱。
這樣，受處理材料所跟隨運動的、環(huán)繞對稱軸線對稱排的、互相搭接而平行的等離子流，就好象是封閉的等離子流道，而它們在到達混合區(qū)之前彎曲的能通電流的部分好象是等離子的漏斗，受處理材料就是向漏斗內(nèi)灌入的。
為了環(huán)繞對稱軸線形成封閉的等離子流道，必須有多于兩個等離子流束參與作用才行。
等離子流道的密實性，以及相應(yīng)的使受處理材料保持在等離子流中心部分的有效程度，都是要在開成這個等離子流道的互相搭接的等離子流束的數(shù)目增大的前提下才能得到。
每一通有電流的等離子流束都有它自己的磁場。因此由于電磁相互作用的關(guān)系，各等離子流束中，如通過的是同一方向的電流，則會互相牽引;反之，如通過的是方向相反的電流，則會互相推斥。
為了提高相互間具有電磁作用的、通以電流的等離子流束在空間內(nèi)的穩(wěn)定性，可以使環(huán)繞對稱軸線而分布的等離子流束中所通過的直流電流方向輪替更換。顯然，為了這樣做，必須有二的整倍數(shù)的等離子流束參與作用。這時在每一等離子流束都受到一個同等的、該等離子流束與其它所有等離子流束相互進行電磁作用的作用力。這個同等作用的力使等離子流束離開并偏離對稱軸線。結(jié)果每個通有電流的等離子流束被從其他通有電流的等離子流束推開，但就整體言，通有電流的等離子流束系統(tǒng)卻是處在穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。在這種情況下，在實現(xiàn)用等離子處理材料的本方法時，施加在每一等離子流束通電區(qū)段上的磁場，可以與所有其他等離子流束通電區(qū)段上自身的磁場疊加起來。
用上述方法實現(xiàn)材料等離子處理的裝置具有一個軸線為2的進料管1(圖1)和4個電極組件6。該進料管1用緊固件4裝在固定在底座5上的導(dǎo)管3中。在圖1上只能看到兩個電極組件6。每一電極組件6都構(gòu)成一個封閉的殼體7，其上設(shè)有排出部分即排出口8(圖4)，并有固定在絕緣蓋10上的中心電極9。排出口8和中心電極9位在殼體7的軸線，亦即電極組件6的軸線11上。絕緣蓋10上設(shè)有小管12以便將氣體沿矢向A引入到殼體7內(nèi)。
電極組件6成對地用小軸14和緊固件15(圖7)安裝在擱板13上，其位置有可能轉(zhuǎn)動一角度進行調(diào)整。小軸14能在擱板13(圖1)的槽16(圖2)內(nèi)移動。擱板13用配有緊固件20的小軸19裝在框架18的槽17內(nèi)，有可能在槽17內(nèi)移動和轉(zhuǎn)動。
電極組件6以及位在其上的排出口8的軸線11與進料管1的軸線成一銳角γ。每一對位在擱板13上的電極組件6與一直流電源21連接，構(gòu)成等離子流22的發(fā)生器，該等離子流22是由電極組件6的通有電流的等離子流束23在其混合區(qū)24內(nèi)形成的。這樣，等離子流的發(fā)生器就有兩個。
兩個等離子流發(fā)生器對稱地排列在一個穿過進料管1軸線2的平面的兩側(cè)，在每一個等離子流發(fā)生器中有兩個電極組件6，對稱地排列在一個穿過進料管1軸線2并與等離子流發(fā)生器對稱平面垂直的平面的兩側(cè)。
材料等離子處理裝置具有一個磁系統(tǒng)，包括兩個突部25、兩個磁極26和至少一個線圈27(在本實施例中每一個凸部25上各有一個線圈27)。每一磁極26都是裝在相應(yīng)突部25的導(dǎo)孔28內(nèi)以便縱向移動并用緊固件29定位。線圈27與直流電源30連接。
框架18、突部25和磁極26均由鐵磁材料制成并構(gòu)成一個帶有線圈的斷開的磁導(dǎo)體。兩個磁極26端頭的中心位在兩個電極組件6所對稱的平面上并對稱于進料管1的軸線2。也就是說，磁極26端頭中心線所在的平面是在兩電極組件6的軸線11的交點與該兩電極組件6的排出口8這三點所形成的區(qū)域內(nèi)與進料管1的軸線2相交會的。
電極組件6與直流電源21連接，須保證兩個等離子流發(fā)生器對置的電極組件具有同一的極性。
受處理材料31在進料管1內(nèi)按矢向C沿軸線2移動。
每一等離子流發(fā)生器的兩個電極組件6軸線11的所在平面與兩個等離子流發(fā)生器的對稱平面成β角。
矢標A示出將氣體通過小管21引入到殼體7內(nèi)的方向。
圖2示出沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的剖面圖。每一對電極組件6的軸線11相互間形成α角。
圖1所示裝置中磁場強度的方向矢量B、電流的方向矢量I和電磁相互作用力的方向矢量F在圖3中簡略示出。
材料等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)也可如圖4那樣，具有軸線為2的進料管1，該進料管1裝在導(dǎo)孔3內(nèi)，可縱向移動并用固定在底座5上的緊固件4固緊。并有至少4個電極組件6。每一組件6都構(gòu)成一個設(shè)有排出部分的封閉殼體7，其上設(shè)有排出口8和固定在絕緣蓋10上的中心電極9。排出口8和中心電極9位在殼體7的軸線即電極組件6的軸線11上。絕緣蓋10上設(shè)有小管12以便沿矢標A的方向?qū)怏w引入殼體7內(nèi)。
每一電極組件6都用設(shè)有緊固元件34的鉸接頭33固定在板條32上。板條32有可能在導(dǎo)孔35內(nèi)移動，并用緊固元件36固定在底座5上。
每一電極組件都是這樣安排，使排出口8指向進料管1的軸線2，同時排出口8的軸線11與進料管1的軸線2斜交成γ角。
材料等離子處理裝置至少應(yīng)具有4個電極37，該電極固定在導(dǎo)孔38內(nèi)并有可能在導(dǎo)孔38內(nèi)移動然后用固元件39固定。導(dǎo)孔38固定在基座5上。
每一電極組件6和相應(yīng)的電極37與直流電源21連接并構(gòu)成電弧式等離子流發(fā)生器22。電弧式等離子流發(fā)生器環(huán)繞進料管1軸線2對稱排列。電極37位在通有電流的等離子流束23的混合區(qū)24的水平面上，須保證這些流束能在對置的電極37的中間通過。
每一后來的電弧式離子流發(fā)生器都和前面的一樣，與直流電源連接，但極性卻和前面的相反。
電極可以制成盤狀40(圖5)，固定在旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)42的軸線41上。傳動機構(gòu)42固定在板條43上，板條43可在固定在底座5上的導(dǎo)孔44內(nèi)固緊。板條43可在導(dǎo)孔內(nèi)移動并用緊固件45固定位置。盤40通過在軸線41上滑動的饋電線46與直流電源21連接。
旋轉(zhuǎn)盤40的軸線47位在一個含有相應(yīng)電極組件6的軸線11的平面內(nèi)。對置著的電弧式等離子流發(fā)生器在其成對對置著的盤40的兩中間截面各自所在的平面間的距離至少應(yīng)不小于一個盤40的厚度。
材料等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)也可如圖6那樣，具有二的整數(shù)倍、不小于四個的電極組件6和進料管1。電極組件6成對地固定在擱板48上并與直流電源21連接。擱板48通過鉸接頭49固定在板條50上并有可能在角度方向轉(zhuǎn)動然后用元件51固緊。板條50位在導(dǎo)孔52內(nèi)，有可能在縱向移動然后用元件53固緊。導(dǎo)孔52固定在支座55的突部54上，支座55裝在底座5上。進料管1位在支座55的導(dǎo)孔56內(nèi)，有可能沿進料管1的軸線2移動并用元件57固緊。
板條50縱向移動的方向與進料管的軸線2垂直。
每一對電極組件6都可通過軸線14在板條48槽58(圖7)內(nèi)的移動改變它們之間的距離。
電極組件6的軸線11與進料管1的軸線2斜交成γ角，電極組件6上的排出口指向進料管1的軸線2。
在板條48上的兩個電極組件6構(gòu)成一個電弧式等離子流發(fā)生器。
每一電弧式等離子流發(fā)生器電級組件6都是安裝得對稱于進料管1軸線2所在的平面。
電極組件6與饋電電源21連接時，環(huán)繞軸線2的中心電極9電壓的極性輪替更換。
在將受處理材料鍍覆在制件表面上時，為了擴大功能上的可能性，要能在一個平面上進行掃描，為了實現(xiàn)這個，材料等離子處理裝置具有一個進料管1(圖8)和二的整數(shù)倍至少不小于四個的電極組件6和一個由斷開的磁導(dǎo)體構(gòu)成的磁系統(tǒng)。與直流電源21連接的成對的電極組件6設(shè)在擱板13上，構(gòu)成電弧式等離子流發(fā)生器。擱板13用小軸14固定在掛板60的長槽59內(nèi)，并有可能向進料管1軸線2的方向移動，然后用元件20固緊(圖9)。每一掛板60都固定在支座61上，支座61裝在底座5上。掛板60是用非磁導(dǎo)體的材料制成的。
每一支座61的一端與導(dǎo)孔62(圖9)連接，進料管1就放在里面，可以沿其軸線2縱向移動并用元件63固緊。
電弧式等離子流發(fā)生器環(huán)繞進料管1的軸線2對稱排列，在每一電弧式等離子流發(fā)生器中的電極組件6也是對稱安裝在設(shè)有進料管1軸線2的平面的兩側(cè)。
電極組件6的軸線11(圖8)與進料管1的軸線2斜交成銳角γ，電極組件6的排出口8也指向進料管1的軸線2。
每一支座61的另一端為磁系統(tǒng)中斷開磁導(dǎo)體的磁極64，在每一支座61上設(shè)有與直流電源30連接的線圈27。
進料管1和支座61由鐵磁材料制成，并組成斷開的磁導(dǎo)體，它的一個磁極為進料管1的出口端，而另一磁極64為支座61的另一端。
這樣，在所述的具體例子中磁系統(tǒng)有三個磁極，那就是在兩個支座61上有兩個磁極64即支座61的另一端，此外還有第三個磁極即進料管1的出口端。
每一支座61的另一端都是安排在相應(yīng)的電弧式等離子流發(fā)生器的電極組件6之間，這個另一端64的中心線位在一個與進料管1的軸線2相垂直的平面上，同時又位在兩個電極組件6軸線11的交點和排出口8數(shù)點之間的一個平面上。
圖8所示裝置的磁場強度方向矢量B，電流的方向矢量I以及電磁相互作用力的方向矢量F簡略地在圖10中示出。
圖11所示略圖為說明等離子流22帶著被引入的待處理材料是如何在圖8所示裝置中磁場的作用下，從原來與進料管1軸線2相重合的方向偏離φ角的。
為了在制件表面上用攜帶著被引入的受處理材料的等離子流實現(xiàn)二維掃描，材料等離子處理裝置可具有由非磁導(dǎo)體材料制成的進料管和二的整數(shù)倍至少不小于四個的電極組件6，電極組件系成對地設(shè)置在擱板13上，而擱板13則固緊在框架18的槽17內(nèi)。
電極組件6的軸線11與進料管1軸線2斜交成γ銳角，電極組件6的排出口指方進料管1的軸線2。
在擱板13上的成對電極組件6與直流電源21連接，構(gòu)成電弧式等離子流發(fā)生器。電弧式等離子流發(fā)生器環(huán)繞進料管1的軸線2對稱排列。在本具體例子中只有兩個電弧式等離子流發(fā)生器參與作用。
每一電弧式等離子流發(fā)生器中的電極組件6對稱地排列在一個含有進料管1軸線2的平面的兩側(cè)。
框架18上設(shè)有突部65，在每一個突部上設(shè)有與直流電源連接的線圈27?？蚣?8和突部65是由鐵磁材料制成的。
四個設(shè)有線圈27的突部65就是四個斷開的磁導(dǎo)體，相應(yīng)于電極組件的數(shù)目，其中有一個磁極是所有斷開的磁導(dǎo)體公用的，與框架18連接，而每一斷開磁導(dǎo)體的另一磁極，即位在兩個相鄰的電極組件6之間的第一突部65的另一端66。這樣在本具體結(jié)構(gòu)中就有一個四磁極的磁系統(tǒng)參與作用。
所有端頭66環(huán)繞進料管1的軸線2對稱排列，這些端頭66的中心位在一個垂直于進料管1軸線2平面上同時位于兩電極組件6軸線11的交點和排出口8兩者之間的平面上。
圖13所示為圖12中沿ⅩⅢ-ⅩⅢ線的剖面圖。
圖12所示裝置的磁場強度方向矢量B、電流方向矢量I和電磁相互作用力的方向矢量F在圖14中簡略示出。
圖15所示簡圖，說明帶著被引入的待處理材料31的等離子流22如何在圖12所示裝置中磁場的作用下，從原始的與進料管1軸線2重合的方向，偏轉(zhuǎn)角度θ的。
圖16所示簡圖，說明攜帶著被引入的待處理材料31的等離子流22是如何在圖13所示裝置中磁場的作用下，從原始的與進料管1軸線2重合的方向，偏轉(zhuǎn)ψ角度的。
兩磁極磁系統(tǒng)材料等離子處理裝置的工作情況如下。
在每一個電極組件6上(圖1)，通過小管12沿矢向A送入形成等離子體的氣體。在固緊在擱板13上的每一對電極組件6的中心電極9之間，由直流電源放電加以激發(fā)。每一對電極組件之間的距離以及其軸線之間的角度α(圖2)須調(diào)整到使在具體應(yīng)用的直流電源電壓下能保證進行穩(wěn)定的放電。
通過放電和每一電極組件6排出口8的形成等離子體的氣體，成為一股通有電流的等離子流束23。所有的流束在混合區(qū)24混合，形成等離子流22。
當線圈27(圖1)由電源饋電時，在兩磁極26之間產(chǎn)生一個強度為B的磁場(圖3)。在磁場強度B對每一等離子流束23通電區(qū)段的作用下產(chǎn)生F力，使等離子流束23偏離進料管1。
當?shù)入x子流束內(nèi)的電流I增大和磁場的強度B增大時，力F增大，因此等離子流束23離開原始方向的偏離度也增大。此外等離子流束23的偏離度還會隨著形成等離子的氣體通過電極組件6消耗的減少而增大。
改變線圈27內(nèi)的電流量，由此改變磁場強度B，可使等離子流束23的軸線在混合區(qū)24內(nèi)與進料管1的軸線2平行。
等離子流束23的軸線可認為是一條線，在該線上排列著該流束23整個橫斷面中亮度(如能用視力觀察時)最大部分的中心。
被處理的材料31通過進料管1沿其軸線2輸送到混合區(qū)24內(nèi)，進料管1出口端與混合區(qū)24之間的距離須定得盡可能地小，這可提高將被處理的材料31引入到等離子流中去的效率。
材料31的處理工藝所要求的在等離子流22的混合區(qū)24內(nèi)等離子體的溫度可以通過改變等離子流束23的復(fù)蓋程序來調(diào)整，使電極組件6靠近進料管1的軸線2可以提高溫度，離開則可降低溫度。
靠近進料管1軸線2的磁極26端頭之間的距離須調(diào)整得使等離子流22能在其間通過而磁極26的端頭在等離子體中的損壞又可防止。
在帶有電弧式通電等離子流發(fā)生器的材料等離子處理裝置中，施加在每一通電等離子流束23(圖4)上的磁場將疊加在其余通電等離子流束23本身的磁場上。
通過直流電源21，在電極組件6的中心電極9和相應(yīng)的電極37之間激發(fā)放電。
形成等離子體的氣體通過電極組件6的排出口8和放電造成通有電流的等離子流束23。所有通有電流的等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)混合并形成等離子流22。電極組件6和電極37的每一對都形成一個電弧式等離子流發(fā)生器。
由于每一通電等離子流束23和其余通電等離子流束整體之間的電磁相互推斥作用，在每一通電等離子流束23上都受到力的作用使它離開進料管1的軸線2。因此每一通電等離子流束，偏離其原始與電極組件的軸線11重合的方向，結(jié)果便以比進料管1軸線2與這個通電等離子流束之間的交角γ更小的角度進入混合區(qū)24。
改變通電等離子流束23中的電流量并改變γ角的大小，可以調(diào)整到使通電等離子流束23進入混合區(qū)24的軸線與進料管1軸線2平行，沿著這條軸線受處理材料31進入混合區(qū)24內(nèi)。
等離子流在中心近軸線處等離子體的溫度可通過改變電弧式等離子流發(fā)生器與進料管1軸線2之間距離來加以調(diào)整。
為了使電弧式通電等離子流發(fā)生器的電極的等離子體內(nèi)減少受到熱損壞的可能性，可將電極制成可旋轉(zhuǎn)的圓盤40的形式，通過滑動的饋電線46與直流電源21連接。
靠近進料管1軸線2的電極37的端頭(圖4)和圓盤40的邊緣(圖5)，其位置應(yīng)使等離子流22中帶來的攏動減少到最低限度。
在帶有電弧式等離子流發(fā)生器的材料等離子處理裝置(圖6)中，直流電源21來的電流通過裝在擱板48(圖7)上的每一對電極組件6的中心電極9，形成電弧式等離子流發(fā)生器。形成等離子體的氣體通過每一電極組件6的殼體7的排出口8，造成等離子流束23。
等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)混合，形成等離子流22。電流在每一等離子流束23內(nèi)從中心電極9流到混合區(qū)。對應(yīng)于電極組件連接極性的輪替變換，在通有電流的等離子流束區(qū)段內(nèi)電流的方向亦輪替更換。
每一通電等離子流束23與其余通電等離子流束23的整體受到電磁相互推斥作用。改變流經(jīng)每一電弧式等離子發(fā)生器中的電流量，和電極組件6的軸線11與進料管1軸線2之間的角度，可使等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)的軸線與進料管1軸線2平行，受處理材料31就沿著這個方向引入到混合區(qū)24內(nèi)的等離子流22中。
為了實現(xiàn)攜帶有引入受處理材料31(圖8)的等離子流沿制件表面掃描的可能性，例如要在該表面鍍覆受處理材料31，材料等離子裝置可采用三磁極磁系統(tǒng)。成對的裝在擱板13上的電磁組件6(圖9)以其中心電極9(圖8)與直流電源21連接，形成電弧式等離子流發(fā)生器。
在由直流電源30(圖8)向線圈27饋電時，在支座61的磁極64與進料管出口端之間產(chǎn)生磁場B1和B2(圖10)。
因為在等離子流束23內(nèi)的電流方向輪替更換，所以每一通電等離子流束23與其余通電等離子流束23整體受到電磁相互推斥作用，在其上受到一個要離開進料管1軸線2的力。
磁場強度B1和B2的方向矢量可如此選擇使作用在每一通電等離子流束上的力的方向，當它與相應(yīng)的等離子場相互作用時也是離開進料管1軸線2的方向。
改變在線圈27(圖8)內(nèi)的電流量，由此改變磁場強度B1和B2的值，可以用來對電弧式等離子流發(fā)生器內(nèi)的任何大小電流和電極組件6的任何幾何上的裝置都能使等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)的軸線與進料管1內(nèi)軸線2平行，就在這個方向引入受處理材料31。
此外，若改變磁場強度B1和B2的比例，可使攜帶引入受處理材料31的等離子流22，在垂直于電弧式等離子流發(fā)生器的對稱平面的方向上，由原來與進料管1軸線2重合的中心位置向一邊偏轉(zhuǎn)一個φ(圖11)。
為了使攜有引入受處理材料31的等離子流能同時在兩個互相垂直的方向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，可以采用四磁極磁系統(tǒng)的材料等離子處理裝置。
成對的裝在擱板13(圖13)上的電極組件6與直流電源21接通，形成電弧式等離子流發(fā)生器。
在由直流電源30向線圈27饋電時，在突部65(圖13)的第二端頭66(圖14)之間生成磁場B(圖14)。相鄰的突部65(圖13)的第二端頭之間的磁場強度方向矢量B可如此選擇，使該磁場與相應(yīng)的通電等離子流束23之間的電磁相互作用力離開進料管1軸線2的方向。
改變線圈27內(nèi)的電流量，由此改變磁場強度B，可使通電等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)的軸線與進料管1的軸線2平行，就在這個方向輸入受處理材料31。
此外選擇突部65各對第二端頭65之間磁場強度B的比例，可使攜有被引入的受處理材料31的等離子流22在兩個互相垂直的方向上偏轉(zhuǎn)θ角(圖15)和ψ角(圖16)，此時等離子流以通道的形式維持原結(jié)構(gòu)。這樣選擇磁場強度之間的比例到足夠次數(shù)后便可使受處理材料31沿復(fù)雜路線鍍覆在制件表面上，而不必對裝置和制件本身作機械的相對移動，只須通過磁場改變等離子流22的角度方向就可以了。
這樣由于形成封閉的等離子流道，在入口處又有等離子的漏斗，將分散成微粒的材料引入等離子流中可以做到完全而又簡單，同時還可得到處理的均勻性。由于減少了將材料引入等離子流中的損耗，材料處理的生產(chǎn)率也就提高了。
權(quán)利要求
1.材料等離子處理的方法，包括選擇受處理材料31的輸送方向，在該方向上定出對稱軸線，建立環(huán)繞該軸線對稱排列、進行會合的等離子流束23并形成混合區(qū)24的磁系統(tǒng)，使受處理材料31沿等離子流束23的對稱軸線進入混合區(qū)24，其特征在于，進行會合的等離子流束23系統(tǒng)是由不小于兩個的流束組成，使直流電流在等離子流束23到達混合區(qū)24之前的區(qū)段內(nèi)通過，在每一通電等離子流束23上施加一個磁場，其強度矢量是在一個垂直于對稱軸線的平面內(nèi)，方向是與對稱軸線和相應(yīng)的等離子流束軸線兩者的連線垂直，其時如選擇每一等離子流束23的電流量和磁場強度量，可使各等離子流束23在混合區(qū)24內(nèi)的軸線與所定的對稱軸線平行。
2.按照權(quán)利要求1的材料等離子處理的方法，其特征為，通過等離子束23到達混合區(qū)24之前的區(qū)段內(nèi)的直流電從一條流束到另一條流束的方向是輪替更換的。
3.材料等離子處理的裝置，具有進料管1和環(huán)繞進料管1軸線2、對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，其特征在于，其上設(shè)有磁系統(tǒng)，電弧式等離子流發(fā)生器有兩個，每一個發(fā)生器有兩個形成等離子流束的電極組件6，其軸線11與進料管1軸線2成γ角，電極組件6的排出部分8指向進料管1的軸線2，兩個電極組件對稱于一個與電弧式等離子流發(fā)生器對稱平面垂直的平面，這時磁系統(tǒng)是由設(shè)有線圈27的斷開的磁導(dǎo)體構(gòu)成，斷開磁導(dǎo)體磁極26端頭的中心位在電極組件的對稱平面上，并對稱于進料管1軸線2，其時電極組件6與直流電源21連接，須保證兩個等離子流發(fā)生器的對置的電極組件6具有同一的極性，這時磁極26端頭的中心位在與進料管1軸線2垂直的兩個平面之間，其中一個平面通過電極組件6軸線11和進料管1軸線2的交點，而另一個平面通過電極組件6排出部分的中心點。
4.材料等離子處理的裝置，具有進料管1和環(huán)繞進料管1軸線2對稱排列的電弧式等離子流發(fā)生器，其特征在于，電弧式發(fā)生器數(shù)目為二的整數(shù)倍并且至少為四個，其時每一電弧式發(fā)生器具有電極組件6，其軸線11與進料管1軸線2成γ銳角，還有位在等離子流束23混合的水平面上的電極37參與構(gòu)成，這時電極組件6和電極37有可能在垂直于進料管1軸線2的方向上移動并加以固定，使對置的電極37之間的距離調(diào)整到可使等離子流束23在其端頭之間通過，每一后來的電弧式發(fā)生器都和前面的一樣與直流電源21連接，但極性卻和前面的相反。
5.按照權(quán)利要求4的材料等離子處理裝置，其特征為，每一電極37都制成圓盤40形狀，具有轉(zhuǎn)動機構(gòu)42，其時圓盤40的旋轉(zhuǎn)軸線41位在含有電極組件6軸線11的平面內(nèi)，同時，兩個對置著的電弧式發(fā)生器的兩副成對圓盤40的各自中間斷面彼此之間的距離須不小于圓盤40的厚度。
6.材料等離子處理的裝置，具有進料管1和至少不小于兩個的電弧式等離子流發(fā)生器，該發(fā)生器環(huán)繞進料管1軸線2對稱排列，其特征在于，每一等離子流發(fā)生器具有兩個電極組件6，其軸線11與進料管1軸線2成γ銳角，并對稱地裝在含有進料管1軸線2的平面的兩側(cè)，這時電極組件6與直流電源21連接的電壓極性輪替變換。
7.按照權(quán)利要求6的材料等離子處理的裝置，其特征為，其磁系統(tǒng)是由每一磁極64上帶有線圈的斷開的磁導(dǎo)體構(gòu)成，其時斷開磁導(dǎo)體的數(shù)目等于電弧式等離子流發(fā)生器的數(shù)目，而每一斷開磁導(dǎo)體的一個磁極與進料管1連接，每一斷開磁導(dǎo)體的另一個磁極則設(shè)在相應(yīng)的電弧式等離子流發(fā)生器的磁極組件6之間，這時另一個磁極位在一個平面上，該平面垂直于進料管1的軸線2并位在兩電極組件6軸線11的交點和兩電磁組件6的排出部分的兩個端頭8三者之間，這時進料管系由鐵磁材料制成。
8.按照權(quán)利要求6的材料等離子處理的裝置，其特征為，其磁系統(tǒng)是由每一磁極上帶有線圈27的斷開的磁導(dǎo)體構(gòu)成，這時斷開磁導(dǎo)體的數(shù)目等于電極組件6的數(shù)目，其時斷開磁導(dǎo)體的一個磁極是所有斷開磁導(dǎo)體所共有的，每一斷開磁導(dǎo)體的另一個磁極則設(shè)在相鄰的兩個電極組件6之間，所有這些磁極66環(huán)繞進料管1軸線2對稱排列，這時磁極66的中心位在一個平面上，該平面垂直于進料管1軸線2并位于兩電極組件6軸線11的交點和兩電極組件6的排出部分的兩個端頭三者之間。
9.按照權(quán)利要求3的材料等離子處理的裝置，其特征為，電極組件6有可能改變其軸線11對進料管1軸線2的傾角γ，而進料管1有可能沿其軸線2移動并加以固定。
10.按照權(quán)利要求4的材料等離子處理的裝置，其特征為，電極組件6有可能改變其軸線11對進料管1軸線2的傾角γ，而進料管1有可能沿其軸線2移動并加以固定。
11.按照權(quán)利要求6的材料等離子處理的裝置，其特征為，電極組件6有可能改變其軸線11對進料管1軸線2的傾角γ，而進料管1有可能沿其軸線2移動并加以固定。
12.按照權(quán)利要求5，7，8的材料等離子處理的裝置，其特征為，電極組件6有可能改變其軸線11對進料管1軸線2的傾角γ，而進料管1有可能沿其軸線2移動并加以固定。
全文摘要
材料等離子處理的方法是將兩個以上的等離子流束23會合起來并形成混合區(qū)24的磁系統(tǒng)，將受處理材料31引入混合區(qū)24內(nèi)，在流束23到達混合區(qū)24以前的區(qū)段上通以電流，并在每一流束23的通電區(qū)段上施加一個磁場。材料等離子處理裝置具有進料管1和電弧式等離子流發(fā)生器，每一發(fā)生器又由能形成等離子流束23的電極組件6組成，其軸線11與進料管1的軸線2成γ銳角，電極組件6與直流電源21連接，還有由設(shè)有位在流束23的混合區(qū)24內(nèi)的磁極26的斷開磁導(dǎo)體所構(gòu)成的磁系統(tǒng)。
文檔編號H05H1/34GK1069617SQ9110544
公開日1993年3月3日 申請日期1991年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月9日
發(fā)明者維亞切斯拉夫·根納杰維奇·沙姆舒林, 帕維爾·帕夫洛維奇·庫利克, 奧列格·維亞切斯拉伏維奇·辛亞金, 伊斯坎德爾·馬利科伏維奇·托克繆林, 弗拉基米爾·瓦連金諾維奇·扎哈洛夫, 尼古拉·瓦西里耶維奇·葉爾莫克欣 申請人:轉(zhuǎn)子科研生產(chǎn)聯(lián)合公司