申请/专利权人：中国科学院合肥物质科学研究院

申请日：2018-03-21

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN108601193B

主分类号：H05H1/28(20060101)

分类号：H05H1/28(20060101);H05H1/34(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.05#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明公开了一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法及装置，包括：水冷阴极、阴极固定座、阴极端尼龙固定套、有机玻璃管、阳极端尼龙固定套、阳极固定座、水冷阳极、抽真空接口、阳极接线柱、石英玻璃管。实施本发明提供的方法及装置，避免使用移动电极、多级级联电极或引入导电液体可能带来的等离子体氛围污染和电极腐蚀，降低了长尺度热等离子体电弧获得的难度；同时通过调节工作气压、工作气体种类、放电电流、放电腔体外冷却方式和强度、阴极与阳极间距等获得放电腔体内等离子体长度、气体温度及其空间分布可控的长尺度均匀稳定热等离子体电弧，提高了满足更多应用环境的可行性和灵活性。

主权项：1.一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法，其特征在于，所述长尺度均匀热等离子体弧产生方法是基于长尺度均匀热等离子体弧产生装置，所述的长尺度均匀热等离子体弧产生装置包括：水冷阴极、阴极固定座、阴极端尼龙固定套、有机玻璃管、阳极端尼龙固定套、阳极固定座、水冷阳极、抽真空接口、阳极接线柱、石英玻璃管；所述水冷阴极、水冷阳极分别固定在阴极固定座、阳极固定座上，阴极固定座的下端、阳极固定座上端分别开槽并分别卡在石英玻璃管的两端，石英玻璃管外套设有有机玻璃管，阴极端尼龙固定套、阳极端尼龙固定套上分别开有台阶孔，阴极端尼龙固定套用于固定阴极端有机玻璃管与阴极固定座和石英玻璃管，阳极端尼龙固定套用于固定阳极端有机玻璃管与阳极固定座和石英玻璃管；所述阳极固定座下端和侧壁上分别连接抽真空接口、阳极接线柱，抽真空接口用于连接真空泵，阳极接线柱用于连接电源输出阳极端；所述水冷阴极为细长型结构，由多段金属材料焊接制成；所述水冷阴极用于提供水冷通道以有效冷却放电时阴极产生的高温；水冷阴极顶端细长的金属用于产生所需的局部强电场便于启弧；水冷阴极末端的金属连接件用于固定电源阴极端；所述水冷阳极由金属制成，与水冷阴极间形成热等离子体放电区域；所述水冷阴极的多段金属材料结构包括：引弧柱、水冷堵头、引弧柱固定端、水冷外壁、水冷内壁、水冷进水口、阴极固定柱及水冷出口；所述水冷外壁与水冷内壁之间形成冷却水循环通道，用于冷却整个阴极部件，水冷外壁的末端与侧壁分别密封连接水冷堵头、水冷进水口，水冷内壁末端与引弧柱固定端密封连接，引弧柱固定端用以固定引弧柱；水冷外壁的前端密封连接阴极固定柱，阴极固定柱用于固定电源阴极端，阴极固定柱同时是水冷出口；长尺度均匀热等离子体弧产生方法包括以下步骤：步骤S100，安装水冷阴极与水冷阳极、阴极安装座及阳极安装座，调节水冷阴、阳极间距为30cm至1000cm；步骤S101，开启真空泵，将放电腔体内气压抽至本底真空0.1Pa至100Pa；步骤S102，通入工作气体，调节放电腔体内气压到10Pa至300Pa；步骤S103，开启冷却系统，调节冷却水温度及流速以便于有效冷却阴极、阳极、阴极安装座、阳极安装座、放电腔体外壁，调节强制风冷气体流量待冷却等离子体发生腔体外壁；步骤S104，开启大功率恒电流直流电源，设置电流输出1A-6A，启动；步骤S105，产生稳定辉光等离子体后，调节大功率恒电流直流电源输出电流到20A-1000A；步骤S106，调节进气流量及真空泵抽速，调节放电腔体内气压到1000Pa-1atm；步骤S107，调节气体流量，获得30cm-1000cm长尺度均匀稳定热等离子体电弧。

全文数据：一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法及装置技术领域[0001]本发明属于等离子体物理及应用科学研究领域，具体涉及一种长尺度电弧热等离子体产生方法与装置。背景技术[0002]电弧等离子体属于低温等离子体源的一个重要分类，是处于局部热平衡态的等离子体，具有电流密度高、气体温度高3000K-30000K、能量集中、维持电压低、工作气体种类广泛等特点，被广泛应用于金属切割、焊接、熔炼、喷涂、微粒球化、介电材料加工等很多常规方法无法完成的工艺过程。一般来说，直流电弧等离子体发生器按结构可分为轴线式和同轴式，根据不同的应用对象选择不同的发生器结构。对某些发生器也常采用外加磁场的方式使电弧高速旋转，以提高电极寿命和气体加热的均匀性;或者通过气流将热等离子体转移出两电极之间的区域形成热等离子体炬。尽管电弧热等离子体的特点是工作电流大而维持电压较低，然而在电弧启动之前所需的电场强度较高，特别是对于需要产生长距离热等离子体电弧的背景下则需要更高的击穿电场。[0003]目前产生热等离子体弧或热等离子体炬在引弧阶段的方法主要包括：（1直接在间距很小的阴极与阳极之间产生；（2将阴极和阳极距离拉近，启动电源引弧后逐渐拉开；[3]使用级联电极，依次从外部将相互绝缘的电极短路，最终获得较大电极间距的等离子体弧或炬；（4在电弧产生区通入具有导电性的液体降低启弧所需要的高电场，最终在阴极和阳极间形成热等离子体电弧。然而这些手段不可避免的存在一些缺陷：第一种方法使用固定电极产生的电弧柱区较小，可以利用的热等离子体区域降低;第二种和第三种方法可以将弧柱区加长，增加有效的热等离子体区域，然而需要移动电极或使用多级电极，这将需要热等离子体装置进行特殊的设计，如某些应用就需要使用动密封或是多级水冷电极相互密封且绝缘串联，增加了设备的复杂性;第四种方法则可能会引入杂质，同时导电性的液体可能会腐蚀电极材料，影响电极寿命。[0004]同时，由于电弧等离子体的电流密度高、能量集中，所以常规结构的热等离子体弧或热等离子体炬温度梯度大。例如用于喷涂的热等离子体产生装置在喷嘴处的气体温度高达上万度，用于喷涂的颗粒被瞬间融化或气化，随后在飞行过程中温度骤降直至打到基板上冷却形成薄膜，不适用于长尺度均匀材料制备或表面处理等应用环境。发明内容[0005]针对电弧等离子体产生方法的不足之处，本发明提供了一种长尺度均匀热等离子体产生方法及装置，采用本发明涉及的方法和装置可以有效产生长尺度均匀热等离子体源，并可用于长距离均匀实施材料制备和表面处理技术，本发明的突出特点是长尺度均匀热等离子体源可以提供长尺度30cm-1000cm均匀的热等离子体3000K-30000K环境，该装置不需要使用移动电极或多级级联电极，不需要额外通入导电性液体引弧，产生较纯净的等离子体氛围，该长弧等离子体易于实现长尺度均匀材料制备或表面处理等应用。[0006]本发明采用的技术方案是：一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，安装水冷阴极与水冷阳极、阴极安装座及阳极安装座，调节水冷阴、阳极间距为30cm至1000cm;步骤S101，开启真空栗，将放电腔体内气压抽至本底真空O.lPa至lOOPa;步骤S102，通入工作气体，调节放电腔体内气压到l〇Pa至300Pa;步骤S103，开启冷却系统，调节冷却水温度及流速以便于有效冷却阴极、阳极、阴极安装座、阳极安装座、放电腔体外壁，调节强制风冷气体流量待冷却等离子体发生腔体外壁；步骤S104,开启大功率恒电流直流电源，设置电流输出1A-6A，启动；步骤S105,产生稳定辉光等离子体后，调节大功率恒电流直流电源输出电流到20A-1000A；步骤S106，调节进气流量及真空泵抽速，调节放电腔体内气压到l〇〇〇Pa-latm;步骤S107，调节气体流量，获得30cm-1000cm长尺度均匀稳定热等离子体电弧。[0007]一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，包括:水冷阴极、阴极固定座、阴极端尼龙固定套、有机玻璃管、阳极端尼龙固定套、阳极固定座、水冷阳极、抽真空接口、阳极接线柱、石英玻璃管;所述水冷阴极、水冷阳极分别固定在阴极固定座、阳极固定座上，阴极固定座的下端、阳极固定座上端分别开槽并分别卡在石英玻璃管的两端，石英玻璃管外套设有有机玻璃管，阴极端尼龙固定套、阳极端尼龙固定套上分别开有台阶孔，阴极端尼龙固定套用于固定阴极端有机玻璃管与阴极固定座和石英玻璃管，阳极端尼龙固定套用于固定阳极端有机玻璃管与阳极固定座和石英玻璃管;所述阳极固定座下端和侧壁上分别连接抽真空接口、阳极接线柱，抽真空接口用于连接真空泵，阳极接线柱用于连接电源输出阳极端。[0008]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述水冷阴极为细长型结构，由多段金属材料焊接制成;所述水冷阴极用于提供水冷通道以有效冷却放电时阴极产生的高温;水冷阴极顶端细长的金属用于产生所需的局部强电场便于启弧;水冷阴极末端的金属连接件用于固定电源阴极端;所述水冷阳极由金属制成，与水冷阴极间形成热等离子体放电区域。[0009]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极固定座为圆柱形结构，由金属材料制成，用于固定水冷阴极;所述阴极固定座包括有水冷通道和进气通道;水冷通道用于冷却热等离子体产生后产生的强热辐射和热对流引起的阴极端温度升高;进气通道用以向放电腔体内通入工作气体，工作气体通入方式是多孔切向通入方式。[0010]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阳极固定座由金属材料制成，用于连接阳极接线柱；阳极固定座下端与抽真空接口形成密封。[0011]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极端尼龙固定套、阳极端尼龙固定套均由尼龙材料制成，阴极端尼龙固定套与有机玻璃管、阴极固定座与石英玻璃管间均形成真空密封；阳极端尼龙固定套与有机玻璃管、阳极固定座与石英玻璃管间均形成真空密封。[0012]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述有机玻璃管为圆柱形，由有机玻璃制成，用以维持冷却水在石英玻璃管外的流动和有效冷却效果。[0013]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述石英玻璃管为圆柱形，由石英制成，用于产生真空放电室和电弧等离子体放电区。[0014]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述水冷阴极的多段金属材料结构包括：引弧柱、水冷堵头、引弧柱固定端、水冷外壁、水冷内壁、水冷进水口、阴极固定柱及水冷出口；所述水冷外壁与水冷内壁之间形成冷却水循环通道，用于冷却整个阴极部件，水冷外壁的末端与侧壁分别密封连接水冷堵头、水冷进水口，水冷内壁末端与引弧柱固定端密封连接，引弧柱固定端用以固定引弧柱;水冷外壁的前端密封连接阴极固定柱，阴极固定柱用于固定电源阴极端，阴极固定柱同时是水冷出口。[0015]所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极固定座上的进气通道中工作气体通入方式是四孔切向通入方式，阴极固定座上开设有四个切向进气孔。[0016]本发明的工作原理是：本发明通过使用真空技术、结构优化电极和电源高压启弧技术，无需调整电极结构和位置、无需使用导电性液体、无需使用多级级联电极即获得长尺度均匀热等离子体源。直接使用固定电极产生的电弧柱区较小，可以利用的热等离子体区域降低；启弧后拉长电极间距和使用多级级联电极方法可以将弧柱区加长，增加有效的热等离子体区域，然而需要移动电极或使用多级电极，这将需要热等离子体装置进行特殊的设计，如某些应用就需要使用动密封或是多级水冷电极相互密封且绝缘串联，增加了设备的复杂性;使用导电液体注入等离子体产生区域的方法则可能会引入杂质，同时导电性的液体可能会腐蚀电极材料，影响电极寿命。本发明利用帕邢定律调节pd值以大幅降低工作气体击穿电压的原理、设计特殊形状的电极结构以增强局部电场，同时在常规直流电源的基础上叠加高压引弧部件，以上三个方面协同作用进而实现了长距离热等离子体弧的启弧，在启弧之后通过逐渐增加工作气压和工作电流的方式逐渐将放电等离子体由辉光工作模式过渡到弧光放电模式。通过对进气方式的优化调节放电腔体内气体流动状态保持在层流状态，此时通过气体放电区的电流由于自收缩和趋肤效应等达到稳定分布，进而实现阴极阳极之间等离子体气体温度的均匀分布。通过调节阴极、阳极间距调整热等离子体电弧有效长度;通过调整等离子体放电气压和放电电流调节弧柱区温度及其分布;通过调节放电腔外冷却方式及强制冷却程度调节等离子体中气体径向分布;通过调节放电腔体内工作气体种类实现等离子体的不同作用与功能。[0017]本发明的优点是：本发明采用多重启弧手段协同作用，避免了移动电极、使用多级级联电极和引入导电液体可能带来的等离子体氛围污染和电极的腐蚀，极大降低了长尺度热等离子体电弧启弧阶段的难度；同时通过调节工作气压、工作气体种类、放电电流、放电腔体外冷却方式和冷却强度、阴极和阳极间距等获得放电腔体内等离子体长度、气体温度及其空间分布可控的长尺度均匀热等离子体电弧，工作气体种类的调整可以实现热等离子体的不同作用与功能，便于将其应用于长尺度均匀材料制备或表面处理等应用，同时也便于提供相对较纯净的热等离子体处理区。这种长尺度均匀热等离子体产生方法和装置降低了电弧启动过程中的难度、进一步增加了均匀热等离子体区域的范围和可控性，降低了长尺度均匀热等离子体弧源的产生难度，提高了满足更多应用环境的可行性和灵活性。附图说明[0018]图1是本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生方法实施例流程示意图。[0019]图2是本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生装置的实施例结构示意图。[0020]图3是本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生装置的阴极结构示意图。[0021]图4是本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生装置的进气环结构示意图。[0022]图5是本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生装置伏安曲线计算结果4A-10A〇具体实施方式[0023]下面结合附图和实施例对对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，均属于本项发明的保护范围。实施例[0024]图1为本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生方法实施例流程示意图，如图1所示：在步骤S100，安装阴极与阳极、阴极座及阳极座，调节阴阳极间距为30cm至10〇〇cm。[0025]在步骤S101，开启真空泵，将放电腔体内气压抽至本底真空O.lPa至lOOPa。[0026]在步骤S102,通入工作气体，调节放电腔体内气压到l〇Pa至300Pa。[0027]在步骤S103,开启冷却系统，调节冷却水温度及流速以便于有效冷却阴极、阳极、阴极座、阳极座、放电腔体外壁，调节强制风冷气体流量待冷却等离子体发生腔体外壁。[0028]在步骤S104,开启大功率恒电流直流电源，设置电流输出1A-6A，启动。[0029]在步骤S105,产生稳定辉光等离子体后，调节电源输出电流到20A-1000A。[0030]在步骤S106,调节进气流量及真空泵抽速，调节放电腔体内气压到l〇〇〇Pa-latm。[0031]在步骤S107,调节气体流量，获得30cm-1000cm长尺度均匀稳定热等离子体电弧。[0032]图2为本发明提供的长尺度均匀热等离子体弧产生装置的实施例结构示意图，如图2所示，该长尺度均匀热等离子体弧产生装置包括:水冷阴极01、阴极固定座02、阴极端尼龙固定套03、有机玻璃管04、阳极端尼龙固定套05、阳极固定座06、水冷阳极07、抽真空接口08、阳极接线柱09、石英玻璃管10。水冷阴极01、水冷阳极07分别固定在阴极固定座02、阳极固定座06上，阴极固定座02的下端、阳极固定座06上端分别开槽并分别卡在石英玻璃管10的两端，石英玻璃管10外套设有有机玻璃管04,阴极端尼龙固定套03、阳极端尼龙固定套05上分别开有台阶孔，阴极端尼龙固定套03用于固定阴极端有机玻璃管04与阴极固定座02和石英玻璃管10,阳极端尼龙固定套05用于固定阳极端有机玻璃管04与阳极固定座06和石英玻璃管10;所述阳极固定座06下端和侧壁上分别连接抽真空接口08、阳极接线柱09,抽真空接口08用于连接真空泵，阳极接线柱09用于连接电源输出阳极端。[0033]水冷阴极01为细长型，有多段金属材料焊接制成;该水冷阴极01用于提供水冷通道以有效冷却放电时阴极产生的高温;水冷阴极01顶端细长的金属用于产生所需的局部强电场便于启弧;水冷阴极〇1末端的金属连接件用于固定电源阴极端；水冷阴极由金属材料制成，如铜、不诱钢、铜钨合金。[0034]阴极固定座02为圆柱形，由金属材料制成，用于固定水冷阴极〇1;阴极固定座02包含有水冷通道和进气孔道;水冷通道用于冷却热等离子体产生后产生的强热辐射和热对流引起的阴极端温度升高;进气通道用以向放电腔体内通入工作气体，工作气体通入方式是4孔切向通入方式。[0035]阴极端尼龙固定套03由尼龙材料制成，用于固定阴极端有机玻璃管04与阴极固定座02和石英玻璃管10，并在阴极端尼龙固定套03与有机玻璃管04、阴极固定座02与石英玻璃管10间均形成真空密封。[0036]有机玻璃管04为圆柱形，由有机玻璃制成，用以维持冷却水在石英玻璃管1〇外的流动和有效冷却效果。[0037]阳极端尼龙固定套〇5由尼龙材料制成，用于固定阳极端有机玻璃管04与阳极固定座06和石英玻璃管10,并在阳极端尼龙固定套05与有机玻璃管04、阳极固定座06与石英玻璃管10间均形成真空密封。[0038]阳极固定座〇6由金属材料制成，用于连接阳极连接端〇9;在阳极固定座06前端固定水冷阳极〇7;在阳极固定座〇6末端与抽真空接口08形成密封。[0039]阳极〇7由金属制成，用于与阴极01间形成热等离子体放电区域。[0040]抽真空接口〇8由金属制成，用于连接真空泵，使放电腔体达到理想真空度。[0041]阳极接线柱〇9由金属制成，用于连接电源输出阳极端。[0042]石英玻璃管1〇用于产生真空放电室和电弧等离子体放电区，为圆柱形，由石英制成。[0043]图3为本发明提供的长尺度均匀热等离子体产生装置的阴极结构示意图，如图3所示，该阴极结构包括：引弧柱11、水冷堵头12、引弧柱固定端13、水冷外壁14、水冷内壁15、水冷进水口16、阴极固定柱及水冷出口17。水冷外壁14与水冷内壁15之间形成冷却水循环通道，用于冷却整个阴极部件，水冷外壁14的末端与侧壁分别密封连接水冷堵头12、水冷进水口I6,水冷内壁I5末端与引弧柱固定端13密封连接，引弧柱固定端13用以固定引弧柱11;水冷外壁14的前端密封连接阴极固定柱，阴极固定柱用于固定电源阴极端，阴极固定柱同时是水冷出口17。100441引弧柱11为圆柱形，由金属铜钨合金制成，用以在引弧柱11顶端产生局部强电场，达到引弧的作用。[0045]水冷堵头12为圆柱形，由金属不锈钢）制成，用于在水冷外壁14与水冷内壁15间形成水冷通道，达到水冷循环和密封的效果。[0046]弓丨弧柱固定端I3由金属不购制成，用以固定引弧柱u，因其良好的导电性与引弧柱11几乎同电位。[0047]7K冷外壁I4为HI柱形，由金属不镑钢制成，用于形成冷却水循环，冷却整个阴极部件;水冷外壁14与水冷堵头12、水冷进水口a焊接密封水冷内壁15为圆柱形，由金属（不锈钢制成，用于形成冷却水循环，冷却整个阴极部件;水冷内壁I5与引弧柱固定端13焊接密封。[_]水冷进水口i袖金属不_制成，用于通入冷却水。丨丽回疋即财m小f秀钢）制成，用于固定电源隨端；阴极^水冷出口，使冷却水在阴极系统内形成循环。疋柱1?问时疋[0050]图4给出本发明提供的长尺度均匀热等离子体产生装置的进气环结构示意图，如图4所示，该均气环结构包括四个切向进气孔18。一[0051]图5给出本发明提供的长尺度均勾热等禺子体广生装置伏女曲线计算结果（4-10A〇

权利要求：1.一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，安装水冷阴极与水冷阳极、阴极安装座及阳极安装座，调节水冷阴、阳极间距为30cm至1000cm;步骤S101，开启真空栗，将放电腔体内气压抽至本底真空O.lPa至l〇〇Pa;步骤S102,通入工作气体，调节放电腔体内气压到l〇Pa至300Pa;步骤S103,开启冷却系统，调节冷却水温度及流速以便于有效冷却阴极、阳极、阴极安装座、阳极安装座、放电腔体外壁，调节强制风冷气体流量待冷却等离子体发生腔体外壁；步骤S104，开启大功率恒电流直流电源，设置电流输出1A-6A，启动；步骤S105，产生稳定辉光等离子体后，调节大功率恒电流直流电源输出电流到2〇A-1000A；步骤S106，调节进气流量及真空泵抽速，调节放电腔体内气压到l〇〇〇Pa-latm;步骤S107,调节气体流量，获得30cm-1000cm长尺度均匀稳定热等离子体电弧。2.—种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，包括:水冷阴极、阴极固定座、阴极端尼龙固定套、有机玻璃管、阳极端尼龙固定套、阳极固定座、水冷阳极、抽真空接口、阳极接线柱、石英玻璃管;所述水冷阴极、水冷阳极分别固定在阴极固定座、阳极固定座上，阴极固定座的下端、阳极固定座上端分别开槽并分别卡在石英玻璃管的两端，石英玻璃管外套设有有机玻璃管，阴极端尼龙固定套、阳极端尼龙固定套上分别开有台阶孔，阴极端尼龙固定套用于固定阴极端有机玻璃管与阴极固定座和石英玻璃管，阳极端尼龙固定套用于固定阳极端有机玻璃管与阳极固定座和石英玻璃管;所述阳极固定座下端和侧壁上分别连接抽真空接口、阳极接线柱，抽真空接口用于连接真空泵，阳极接线柱用于连接电源输出阳极端。3.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述水冷阴极为细长型结构，由多段金属材料焊接制成;所述水冷阴极用于提供水冷通道以有效冷却放电时阴极产生的高温;水冷阴极顶端细长的金属用于产生所需的局部强电场便于启弧;水冷阴极末端的金属连接件用于固定电源阴极端;所述水冷阳极由金属制成，与水冷阴极间形成热等离子体放电区域。4.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极固定座为圆柱形结构，由金属材料制成，用于固定水冷阴极;所述阴极固定座包括有水冷通道和进气通道;水冷通道用于冷却热等离子体产生后产生的强热辐射和热对流引起的阴极端温度升高;进气通道用以向放电腔体内通入工作气体，工作气体通入方式是多孔切向通入方式。5.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阳极固定座由金属材料制成，用于连接阳极接线柱;阳极固定座下端与抽真空接口形成密封。6.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极端尼龙固定套、阳极端尼龙固定套均由尼龙材料制成，阴极端尼龙固定套与有机玻璃管、阴极固定座与石英玻璃管间均形成真空密封；阳极端尼龙固定套与有机玻璃管、阳极固定座与石英玻璃管间均形成真空密封。7.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述有机玻璃管为圆柱形，由有机玻璃制成，用以维持冷却水在石英玻璃管外的流动和有效冷却效果。8.根据权利要求2所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述石英玻璃管为圆柱形，由石英制成，用于产生真空放电室和电弧等离子体放电区。9.根据权利要求3所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述水冷阴极的多段金属材料结构包括：引弧柱11、水冷堵头12、引弧柱固定端13、水冷外壁14、水冷内壁15、水冷进水口16、阴极固定柱及水冷出口17;所述水冷外壁与水冷内壁之间形成冷却水循环通道，用于冷却整个阴极部件，水冷外壁的末端与侧壁分别密封连接水冷堵头、水冷进水口，水冷内壁末端与引弧柱固定端密封连接，引弧柱固定端用以固定引弧柱;水冷外壁的前端密封连接阴极固定柱，阴极固定柱用于固定电源阴极端，阴极固定柱同时是水冷出口。10.根据权利要求4所述的一种长尺度均匀热等离子体弧产生装置，其特征在于，所述阴极固定座上的进气通道中工作气体通入方式是四孔切向通入方式，阴极固定座上设有带四个切向进气孔的进气环。

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