專利名稱：放電電極及應用該放電電極的等離子體發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電極，更具體的涉及一種生成大面積、高密度金屬等離子體的放電電極。本發明還同時涉及一種應用該電極的等離子體發生裝置。
背景技術：
真空環境內電極放電產生金屬等離子體，這些金屬等離子體具有很高的能量，其特性與電極結構密切相關。當電弧電流為幾百安培時，真空電弧的形態呈擴散態，金屬離子定向運動。金屬等離子體可應用于離子束表面分析技術及離子注入技術；針對于宇宙空間的真空環境，利用電極提供金屬等離子體來產生動能，無需攜帶額外的推進劑，可應用于小型衛星姿態微調的推進系統。
在現有的技術中，真空放電大多采用錐-板電極。然而由于板狀陽極的阻擋作用， 放電產生的金屬等離子體的傳播具有一定的局限性，實驗大多利用沿電極徑向擴散的等離子體。而且由于主放電回路電流方向和電極徑向成90°，放電生成的沿徑向擴散的等離子體密度較小，即放電產生的可利用的等離子體密度較小。同時當持續性放電時，由于真空室內殘留油污分子分解、電極燒蝕等作用，在陰極尖端放電表面會產生一層薄膜阻礙等離子體的發生。發明內容
本發明提供一種放電電極，以解決現有真空放電過程中只能利用沿電極徑向擴散的密度較小的等離子體的問題。
此外，本發明還提供一種應用該放電電極的等離子體發生裝置。
為了解決上述問題，本發明公開了一種放電電極，包括，錐狀陰極、網狀陽極和支撐構件；其中，所述錐狀陰極的錐端與所述網狀陽極的端面相對準，且二者均設置于所述支撐構件上。
可選的，所述錐狀陰極包括金屬圓柱以及設置于該金屬圓柱一端的圓錐體結構， 所述錐狀陰極的圓錐體結構的尖端為球狀。
可選的，所述錐狀陰極的圓錐體結構的錐度為1 2至2 1。
可選的，所述錐狀陰極材質為金屬，例如銅或鉛等。
可選的，所述網狀陽極包括支撐環和放電金屬絲網，支撐環設置于所述放電金屬絲網周沿。
可選的，所述放電金屬絲網的網孔幾何透過率為50%至97%。
可選的，所述放電金屬絲網網孔結點通過金屬編制工藝連接為一體或者網孔結點通過焊接連為一體，或所述金屬絲網一體成型。
可選的，所述錐狀陰極與網狀陽極之間的距離可調。
可選的，還包括可旋轉構件，該可旋轉包括兩個相對設置并分開固定距離的構件結構，所述錐狀陰極和網狀陽極通過支撐結構分別固定于所述兩個半圓構件上；其中，所述兩半圓構件可圍繞固定軸線旋轉。
本發明還提供一種等離子體發生電路及裝置，應用上述任一所述的放電電極。
與現有技術相比，本發明將放電電極的陽極設置成網狀，錐狀陰極的錐端對準所述網狀陽極，放電在所述錐狀陰極和網狀陽極之間進行；由于網狀電極的通透性，電極為產生的等離子體運動提供了沿網狀陽極的軸向的擴散通道，在網狀陽極的后側可以獲得等離子體；放電過程中陰極點放出的等離子體在兩電極間的密度最高，且電極軸向與主放電回路中電流的方向一致，這使得在軸向透過網狀電極擴散的等離子體的密度遠遠大于徑向的密度；利用網狀陽極的通透性，把電極間的等離子體釋放了出來，在網狀陽極后側可得到更高密度的等離子體，也就是說該放電電極結構可實現軸向高密度離子體。
而且，該放電電極結構簡單，使用壽命長，放電穩定性和重復性好。


圖1是本發明的放電電極的實施例的結構示意圖2為圖1所示的結構設置可旋轉部件后的結構示意圖3為圖1的左視圖4為圖1的右視圖5為圖1所示的放電電極的具體放電電路圖6示出了利用朗繆爾探針法測得的電極周圍等離子體的密度分布情況。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明的放電電極實施例的結構示意圖。請參看圖1，本實施例中，放電電極包括錐狀陰極1、網狀陽極2以及支撐構件。
其中，所述錐狀陰極1為一端具有錐端的結構，該錐端作為陰極的放電端。通過設置錐端作為放電端，可增強放電效果。但是錐的尖端不易太尖，否則會引起放電點偏移，影響放電穩定性。本實施例中，其包括金屬圓柱體以及設置于該金屬圓柱體一端的圓錐體結構，錐體結構的錐度為1 2至2 1，本實施例中具體為1 1。
該錐狀陰極1的材質可以采用鉛或銅等金屬。
此外，為進一步提高放電的穩定性，錐狀陰極1的錐端的尖端要保持一定的圓度， 例如，可以將錐端尖端部設置為弧狀或球狀。
所述網狀陽極2為縱橫交錯的金屬絲編制或焊接或一體成型的網狀結構。本實施例中，網狀陽極2由支撐環北和放電金屬絲網3a構成。支撐環北設置于所述放電金屬絲網周沿。所述放電金屬絲網3a可以為如圖1所示的結構，其還可以是多個半徑不同的同心金屬圓環以及沿徑向分布的金屬絲構成的網狀結構，其還可以是其它任何可以構成具備網孔的網狀結構，這里不再一一列舉。為使等離子體較多的透過網狀陽極，需要保持網孔盡可能具有較高的幾何透過率。本實施例中，所述放電金屬絲網的網孔幾何透過率為50%至 97%。
圖2為圖1所示的結構設置及可旋轉部件的結構示意圖。錐狀陰極1的錐端與所述網狀陽極2的端面相對準，且二者均設置于所述的支撐構件上。其中，所述支撐構件包括對所述錐狀陰極支撐的陰極支撐構件6a(如圖3所示，其中圖3為圖1的左視圖)和對網狀陽極提供支撐的陽極支撐構件6b (如圖4所示，其中圖4為圖1的右視圖)。錐狀陰極1 相對于錐端的另一端通過螺栓4固定于陰極支撐構件6a上，從而可便于拆卸清洗該陰極。 陰極支撐構件6a由不銹鋼金屬制成，在其表面可設置螺紋，從而可便于調制錐狀陰極與網狀陽極的間距，以滿足不同的放電條件。網狀陽極2的支撐環北設置于陽極支撐構件6b 上。當然，也可以在陽極支撐構件上設置螺紋結構，實現錐狀陰極1和網狀陽極2之間的距離可調。
為便于理解，下面給出一組放電電極的詳細尺寸。錐狀陰極采用鉛金屬，陰極總長 25mm，圓柱直徑為5mm，錐度為1 1。網狀陽極采用不銹鋼金屬絲編織，金屬絲直徑0. 2mm， 外圍支撐環直徑為40mm，網孔大小ImmX 1mm，幾何透過率為69. 4%。電極間距為1mm。網狀陽極通過聚四氟支柱固定在聚四氟半圓上，錐狀陰極通過不銹鋼支柱固定在金屬半圓上。 電極中心線與可旋轉半圓的距離為40mm。
放電電源采用脈沖放電形式，其具體放電電路如圖5所示。220V交流電源，經過變壓器升壓，倍壓整流電路變換后給電容C2充電。當給三點間隙施加點火脈沖時，三點間隙導通，經C2、27Q電阻、160 μ H電感和真空間隙構成回路，真空間隙擊穿產生放電現象。陰極通過接線柱接電源高壓端，網狀陽極通過導線接地。
圖6示出了利用朗繆爾探針法測得的電極周圍等離子體的密度分布情況。實測結果表明在本實施例的電極結構下透過網狀電極的等離子體密度是徑向等離子體的2. 78 倍，說明利用網狀電極結構可以獲得高密度、大面積的金屬等離子體。
本實施例中，將放電電極的陽極設置網狀，錐狀陰極的錐端對準所述網狀陽極，放電在所述錐狀陰極和網狀陽極之間進行。利用網狀陽極的通透性，采集電極后側沿軸向擴散的等離子體，以期獲得高密度的等離子體。由于電極間放電通路中的等離子體密度最高， 利用網狀電極的通透性，將電極間流動的高密度等離子體釋放到網狀陽極的后部，在電極軸方向得到了高密度等離子體。也就是說，在本發明的技術方案中，透過網狀電極的等離子體在軸向的密度遠遠大于徑向的密度。該放電電極結構可實現高密度等離子體的生成。
而且，該放電電極結構簡單，使用壽命長，放電穩定性和重復性好。
此外，本發明實施例的放電電極還包括可旋轉構件，如圖2所示，可旋轉構件包括兩個相對設置并分開固定距離的半圓構件，分別為金屬半圓構件如和聚四氟半圓構件恥。 其中，錐狀陰極1通過不銹鋼支柱固定于所述金屬半圓構件fe上，網狀陽極2通過聚四氟支柱固定于聚四氟半圓構件恥上。
所述兩個半圓構件通過螺栓固定在可旋轉引線柱上，引線柱與器壁通過聚四氟材料進行絕緣。通過旋轉引線柱，可帶動兩電極在真空放電室進行360°旋轉，進而帶動軸向產生的等離子體掃描不同的區域，使得利用等離子體進行大面積材料處理成為可能，便于處理空間不同位置的工作。
上述的放電電極可應用于等離子體設備中，應用該等離子體設備可實現脈沖放電等離子體注入技術和脈沖金屬離子推進技術。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保5護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種放電電極，其特征在于包括錐狀陰極、網狀陽極和支撐構件；其中，所述錐狀陰極的錐端與所述網狀陽極的端面相對準，且二者均設置于所述支撐構件上。
2.如權利要求1所述的放電電極，其特征在于，所述錐狀陰極包括金屬圓柱以及設置于該金屬圓柱一端的圓錐體結構，所述錐狀陰極的圓錐體結構的尖端為球狀。
3.如權利要求2所述的放電電極，其特征在于，所述錐狀陰極的圓錐體結構的錐度為 1 2 至 2 1。
4.如權利要求2所述的放電電極，其特征在于，所述錐狀陰極材質為金屬，例如銅或鉛寸。
5.如權利要求1至4任一所述的放電電極，其特征在于，所述網狀陽極包括支撐環和放電金屬絲網，支撐環設置于所述放電金屬絲網周沿。
6.如權利要求5所述的放電電極，其特征在于，所述放電金屬絲網的網孔幾何透過率為 50%至 97%。
7.如權利要求5任一所述的放電電極，其特征在于，所述放電金屬絲網網孔結點通過金屬編制工藝連接為一體或者網孔結點通過焊接連為一體，或所述金屬絲網一體成型。
8.如權利要求1所述的放電電極，其特征在于，所述錐狀陰極與網狀陽極之間的距離可調。
9.如權利要求1所述的放電電極，其特征在于，還包括可旋轉構件，該可旋轉包括兩個相對設置并分開固定距離的構件結構，所述錐狀陰極和網狀陽極通過支撐結構分別固定于所述兩個半圓構件上；其中，所述兩半圓構件可圍繞固定軸線旋轉。
10.一種等離子體發生裝置，其特征在于，應用上述權利要求1至9任一所述的放電電極。
全文摘要
一種放電電極，包括錐狀陰極、網狀陽極和支撐構件；其中，所述錐狀陰極的錐端與所述網狀陽極的圓形端面中心相對準，且二者均設置于所述支撐構件上。真空放電過程中，在本發明的網狀陽極后側可以獲得高密度、大面積的金屬等離子體。本發明另外還提供一種應用該放電電極的等離子體發生裝置。
文檔編號H05H1/24GK102548176SQ20121000908
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者劉文正, 孔飛, 張德金 申請人:北京交通大學