ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СВЧ-ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА

Плазменная горелка является элементом плазмотрона - устройства для поддержания разряда в газах. Плазменные СВЧ - горелки находят применение в устройствах газовой хроматографии, используются в технологических плазмотронах, реализующих процессы плазмохимического нанесения пленок и кусковых материалов различного состава (оксидных, нитридных, алмазных, алмазоподобных и т.д.), а также в качестве тепловыделяющих устройств в плазмотронах, предназначенных для проведения стеклодувных, кварцедувных и сварочных работ.
Известен микроволновый (СВЧ) плазмотрон, включающий магнетрон с системой питания, волноводный резонатор, средство вывода микроволновой энергии, коаксиальный тракт транспортировки микроволнового излучения и систему подачи рабочего газа. (См. патент РФ №2153781 С1, Н 05 Н 1/00, 1/24, 1/26, опубл. 27.07.2000).
Недостатком плазмотрона, ограничивающим его практическое применение, является отсутствие в его конструкции защиты от налипания на внутренние стенки плазменной горелки твердых продуктов, которые могут образовываться в процессе плазмохимического синтеза.
Прототипом полезной модели является сверхвысокочастотная плазменная горелка, представляющая собой трубку из кварцевого стекла проходящую через СВЧ резонатор (А.С.Бирюков, К.М.Голант, Е.М.Дианов, А.В.Коропов, А.В.Шаханов, "Применение СВЧ - разряда атмосферного давления для получения световодов с отражающей оболочкой из фторсиликатного стекла", Письма в ЖТФ, 1991, т.17, вып.5, с.80-84). Резонатор связан через согласующие и развязывающие волноводные элементы с магнетроном, который обеспечивает питание горелки СВЧ -энергией. Магнетрон работает на частоте 2,45 ГГц в режиме непрерывной генерации в диапазоне мощностей 1-5 кВт. Для стабилизации
плазменного факела на оси горелки смесь газов поступает в горелку через завихритель.
Особенности течения газов по трубке-горелке, а именно наличие турбулентных завихрений на выходе, способствуют упомянутому выше процессу налипания синтезируемых в плазме твердых частиц на ее стенки. В результате этого ухудшается стабильность положения плазменного факела в трубке, приводящая к резкому и необратимому нарушению температурного режима синтеза и, как следствие, падению производительности установки. Налипание продуктов реакций на внутренние стенки плазменной горелки обуславливает необходимость ее регулярной очистки и частой замены, что значительно сокращает время непрерывной работы технологического плазмотрона. Это обстоятельство является одним из основных факторов, ограничивающих производительность плазмохимических установок различного назначения.
Сущность изобретения заключается в применении принципиально новой формы плазменной горелки. Новая конструкция горелки имеет плавно увеличивающийся диаметр по направлению к выходному срезу. В результате применения такой конструкции обеспечивается стабилизация выходного газового потока, несущего твердые частицы, за счет минимизации турбулентных завихрений газового потока, формирующихся на краю горелки.
Полезная модель направлена на обеспечение поддержания стабильного стационарного разряда в технологических плазмотронах, предназначенных для синтеза фторированного диоксида кремния в производстве оптических заготовок волоконных световодов методом внешнего плазмохимического осаждения. В результате применения полезной модели обеспечивается стабильный вынос твердых продуктов реакций и минимизация их налипания на внутренние стенки горелки, чем достигается долговременный стационарный режим работы плазмотрона, необходимый для реализации технологического процесса.
Отличительным признаком полезной модели является наличие уширения плазменной горелки в виде плавного увеличения ее диаметра по направлению к выходному срезу.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором схематически изображена технологическая СВЧ - плазменная горелка. Трубка из кварцевого стекла (1) с раструбом на выходном срезе (2) проходит сквозь зазор СВЧ резонатора (3).
4
2
Примером практической реализации полезной модели является технологическая плазменная горелка, выполненная на основе трубки из кварцевого стекла внешним диаметром 14 мм и толщиной стенок 1.5 мм. Внутренний диаметр трубки плавно возрастает к выходному срезу до 20 мм на отрезке трубки длиной 10 мм. Горелка проходит через зазор СВЧ согласующего устройства шириной 8 мм. Согласующее устройство настроено на частоту 2.45 ГГц и выполнено в виде суженного отрезка волновода сечением 90*10 мм с отверстиями диаметром 18 мм в середине широкой стенки. Технологическая смесь газов SiCl+O+фреон поступает в горелку в виде закрученного относительно ее оси потока с расходом в интервале 7-12 стандартных литров в минуту. Стабильная работа технологической горелки обеспечивается при уровне подводимой СВЧ мощности в интервале 0.7-5 кВт.