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摘 要

在材料科学发展中，对材料的需求趋于多样化，对材料原本具有的性质已不能满足现今材料发展的需要，这需要对材料进行特殊加工处理来使材料具备原本所不具有的性质。在这些特殊加工处理材料的方法中，等离子体射流成为其中重要的方法之一，与其他方法对比具有显著的优点。但现今等离子体射流处理材料有一定局限性，对于非平面的材料很难做到完全处理。对此，本文设计了一种用于柱面处理的旋转射流装置，用于对柱面材料进行处理。

为使装置能以安全稳定、 高效且低能耗地均匀处理柱状材料，对装置的机械结构和控制系统进行合理设计，装置主体为射流反应器和旋转电机。旋转电机固定柱状材料，可控制电机转停，再由射流反应器进行等离子体射流处理。射流反应器为一个可拆卸手持式射流喷枪，可以更灵活的对柱面材料进行处理，内部射流管可根据需求更换。

为了解装置的性能和提高其改性效果，本文设计实验研究装置的放电特性，通过电压-电流波形采集、发光图像拍摄和发射光谱分析等手段，对装置中射流反应器的不同电压幅值和电极间距的放电特性进行了研究。从实验中的结论看出，在8kV电压幅值，35mm的电极间距下，放电产生的活性粒子密度较大，放电效果为实验中最佳参数。为检验装置的改性效果，本文还设计了表面改性实验，在电极间距为25mm，Ar流速为1L/min的条件下处理柱状陶瓷，得到接近于零的水接触角，材料表面亲水性大幅提高。本文的对材料表面亲水改性的实验成功增加了柱面材料表面的亲水性，研究结果验证的装置的可行性。

关键词：等离子体射流装置，柱面改性处理，表面改性，Ar等离子体射流

ABSTRACT

With the development of materials science, the demand for materials becomes prone and the original properties of materials no longer meet the development needs of modern materials. This requires special processing of the materials to make the materials have properties that they did not have. Among these special material processing processes, the plasma jet has become one of the important processes that has significant advantages over other processes. However, the current plasma jet processing materials have certain limitations, and it is difficult to completely process non-planar materials.

In this regard, in this article, a rotating beam device for treating cylindrical surfaces to treat cylindrical materials is developed. In order to enable the device to process columnar materials uniformly with safety, stability, efficiency and low energy consumption, the mechanical structure and control system of the device are reasonably designed. The main body of the device is a jet reactor and a rotating electric machine. The rotating motor fixes the columnar material, which can control the motor to stop, and then the plasma jet processing is performed by the jet reactor. The jet reactor is a detachable hand-held jet spray gun, which can process the cylindrical material more flexibly, and the internal jet tube can be replaced as required.
In order to understand the performance of the device and improve the effect of its modification, experiments are conducted in this article to examine the characteristics of the discharge of the device. Through voltage-current waveform acquisition, luminous image shooting and emission spectrum analysis, the different voltage amplitudes and The discharge characteristics of the electrode spacing were studied. The results show that at a voltage amplitude of 8 kV and an electrode spacing of 35 mm, the density of active particles generated by the discharge is large, and the discharge effect is the best parameter in the experiment. In order to test the modification effect of the device, a surface modification experiment was also designed in this paper. The columnar ceramics were treated under the conditions of electrode spacing 25mm and Ar flow rate 1L / min to obtain a water contact angle close to zero. The surface of the material is hydrophilic A substantial increase. In this paper, the experiment on the hydrophilic modification of the surface of the material successfully increased the hydrophilicity of the surface of the cylindrical material, and the research results verified the feasibility of the device.

Keywords: plasma jet device, cylindrical surface modification, surface modification, Ar plasma jet

目录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 4

1.2.3研究现状分析与总结 5

1.3本文主要研究内容 5

第二章 装置机械结构与控制系统的设计 7

2.1 装置整体设计 7

2.2 装置机械结构设计 7

2.2.1射流喷枪 7

2.2.2 驱动电机 8

2.3控制系统设计 11

2.3 本章小结 14

第三章 实验系统建立 16

3.1 实验系统设计 16

3.1.1 实验仪器选择 16

3.1.2 实验气路设计 16

3.1.3 实验电路设计 17

3.2 实验方案设计 18

3.2.1 电气特性诊断实验 18

3.2.2 光学特性诊断实验 20

3.2.3 表面改性实验 20

3.3 本章小结 22

第四章 不同极间距和电压幅值对放电特性的影响 23

4.1 电极间距和电压幅值对电学特性的影响 23

4.2 电极间距对光学特性的影响 30

4.2.1 发光图像 30

4.2.2 发射光谱图 31

4.3 装置改性效果 33

4.4 本章小结 34

第五章 总结 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

近年来，材料行业迅速发展，对材料性能方面的特殊要求不断提高。材料原有的性质往往无法满足应用需求，这就需要对材料表面改性来赋予材料表面耐热、抗氧化、耐污等材料原本所不具备的功能。

以电力系统中的绝缘子为例，在输电线路中，绝缘子表面会因沉积烟尘而发生污闪，影响电力系统的稳定，在潮湿的特殊天气下，绝缘子表面沉积的烟尘中存在着电解质，这些电解质会逐渐溶于水，形成电解质溶液，大大降低了高压绝缘子表面上的绝缘性也 ，在能量场的作用下，高压绝缘子表面上会更容易引起很强的击穿 。 会降低电力系统的稳定性。从实际情况来看，需要绝缘子本身具有耐污能力来避免绝缘子表面发生污闪，污闪主要发生在潮湿的环境下，这则需要绝缘子材料具有憎水性来减少表面污闪发生的概率。

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