[發明專利]用于連續材料的等離子處理設備

無效

• 申請號: 200680039443.5
• 申請日: 2006-09-12
• 公開（公告）號: CN101490793A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 彼得·齊格;普利莫茲·艾澤爾特
• 申請（專利權）人: 彼得·齊格;普利莫茲·艾澤爾特
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所
• 代理人: 孫 征

技術領域

本發明涉及一種用于連續材料的等離子處理設備，包括至少一個可抽真空的放電室，連續材料被連續地運送穿過該放電室，各放電室具有外電極，所述外電極相對連續材料電絕緣設置，還包括一個用于設定至少一個放電室內的氣氛的裝置和用于將放電能輸送到放電路徑的供能裝置，所述放電路徑界定于各個獨立的放電室的外電極與作為內電極的連續材料之間。

背景技術

采用輝光放電等離子的等離子處理常用于在負壓下對工件或連續材料進行全包圍式處理，所述處理例如包括加熱、凈化、(脫)氧化、脫脂、汽相淀積和濺射等。等離子的物理效應和化學效應均可使用。

所有這些處理的共同之處在于，需要放電灼燒經過處理的工件表面或連續材料表面的整個區域。為了節約，需要處理時間盡可能短，隨之導致需要盡可能高的處理強度(盡可能高的功率密度)。在粘滯真空范圍內的處理壓力下(其中的氣體微粒的自由行程明顯小于其容器尺寸)，能量的傳輸通常存在限制，因為當功率密度太高時，具有輝光或類輝光特性的放電易于轉變成電弧放電。通常，阻止所述輝光放電轉變成電弧放電是在負壓范圍內對等離子處理過程和裝置進行改進的最重要的目標之一，從而不必進行(例如焊接時的)逐點處理。實現上述目標的一個重要舉措是引入電壓源作為供能裝置，用于放電能量的功耗，該裝置在脈沖直流電壓下工作。電弧的形成需要時間。由于電壓放電模式中的周期性中斷，因此在產生強烈的局部加熱之前電弧就會消散。在一個脈沖內，電流通常在開始時以近似線性的方式單調上升，隨后，上升的速率下降。在多數應用中，由于技術原因，一個脈沖內的電壓保持基本恒定。例如，從PCT申請WO?2004/073009A2中已知一種用于連續材料的等離子處理設備，其中采用脈沖恒壓源作為供能裝置。

例如在文獻US?2004/0026412A1中所述，使用另外一種瞬間電壓曲線代替脈沖直流電壓，從而使電弧在形成初期即被熄滅。然而，在放電的過程中，若使用這種電壓曲線代替脈沖直流電壓增大了技術上的消耗，卻不具有明顯優勢時，其技術意義就不大了。

盡管脈沖電源供應已經給等離子技術帶來了很大的進步，但還是存在許多不足。特別是，目前不能令人滿意地解決下述問題和缺點：

1.在恒壓脈沖的過程中，輝光放電轉變成電弧放電的可能性隨著時間急劇升高。三個因素能夠促使向電弧放電轉變：電流、電壓和時間。從這方面看，在脈沖期間內，所述因素中的兩個(電流和時間)升高，僅第三個因素(電壓)保持不變是不利的。

2.可以從放電路徑上阻抗的下降電感應出從輝光放電到電弧放電的轉變。已經開發出了用于檢測上述阻抗發生下降的控制系統，并且在這種情況下，中斷電壓一段時間以使電弧熄滅。然而，檢測阻抗的下降和切斷電源電壓都需要一定的響應時間，該時間不能任意縮短。在所述的響應時間內，電流增大且電壓基本恒定，因此能量增大，導致不期望產生的電弧加熱。這樣，可能形成具有很大能量的電弧，這種電弧很難(通過中斷幾個脈沖)被“吹散”。

3.特別是在低熔點材料中，電弧的出現可能立即導致表面損傷。

4.當放電空間內的氣體成分不恒定時，另一個主要問題產生了。特別是在使用等離子凈化材料時，以及電極表面將物質釋放到氣相中時，這種情況經常出現。由于待處理的材料通常受到不同程度的污染，并且等離子也不具有完全一致的處理強度，因此由等離子從材料表面帶入氣相的雜質數量隨時間而改變。這種改變既不能預測也無法控制，并且因此會導致放電室內的氣體成分發生無法控制的變化。

在等離子中，有兩個過程始終相互對抗，其中一個對放電本身和放電穩定性都有利，而另一個對兩者都有害：在輝光放電等離子中，電子在負壓下加速直至撞擊到氣體微粒。在有利的情況下，電子可以使被撞擊的氣體微粒發生電離，從而形成新的電子-離子對。在不利的情況下，電子由于激發了被撞擊的氣體微粒而損失能量。單個的原子(尤其是惰性氣體原子，在更小的范圍內也包括小分子)特別是能量較低時具有分散的、量子力學容許的能級，這些能級彼此遠離，以致電子撞擊了這種原子并將其激發，由此釋放其能量給該原子的可能性非常小。反之亦然，分子，尤其是典型地含有雜質的較大的有機分子，具有更多的量子力學容許能態，他們中的很多都處于低能態。如果電子撞擊到這樣的分子，很可能會激發所述分子，由此從電子中吸取能量。

在電學中，放電空間里存在這樣的分子會使放電路徑中的阻抗升高。如果微粒被運送到氣相中，所述氣相不僅從電子中吸取電能，還會從等離子中吸收電子本身，則阻抗升高更明顯。