專利名稱：一種新型等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對材料進(jìn)行表面物理化學(xué)處理的裝置，尤其涉及一種應(yīng)用于干式氣相反應(yīng)、提供高能高密度等離子氣流的噴槍裝置。
背景技術(shù)：
低溫等離子體表面處理工藝是指在負(fù)壓下(一般為幾十帕)，對一定的氣體施加高頻電場，使其激發(fā)成等離子體狀態(tài)。等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)，其中包含大量的電子，離子及自由基等活性粒子，這些活性粒子碰撞到被處理物體的表面，會發(fā)生相應(yīng)的物理或化學(xué)反應(yīng)，使材料表面的性質(zhì)發(fā)生變化或是賦予新的功能，以達(dá)到其處理目的，滿足實際應(yīng)用的需要。相比傳統(tǒng)的材料表面處理方法，等離子體處理具有以下幾個優(yōu)點1.等離子體處理材料表面屬于干式工藝，有別于常規(guī)的液相處理方法，不對環(huán)境造成污染，清潔環(huán)保；2. 等離子體反應(yīng)速度較快，處理效率較高，所以能耗相對較小，處理成本較低；3.等離子體處理僅涉及到材料表面，不影響被處理材料本身的性能；4.等離子體處理應(yīng)用場合較為廣泛， 由于其特有的氣相反應(yīng)工藝，低溫等離子體大量應(yīng)用在精密元器件的表面處理領(lǐng)域。目前國內(nèi)低溫等離子體應(yīng)用還較大地落后于國外發(fā)達(dá)國家，但市場前景較為可觀。然而在傳統(tǒng)的等離子體處理中，由于等離子體包含內(nèi)容的多樣性，所以其對處理對象的表面處理反應(yīng)并不單一。例如等離子體中的激發(fā)態(tài)粒子由于所含能量較高，其碰撞到材料或單體氣體后能夠打斷某些共價鍵而使其產(chǎn)生自由基，進(jìn)而發(fā)生一系列的接枝、聚合反應(yīng)， 使材料表面形成所需官能基團(tuán)。而同樣存在于等離子體中的其他粒子(如電子，離子等)也在時刻轟擊著材料表面，使之發(fā)生降解，刻蝕等副作用，破壞了材料表面，影響了處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種新型等離子體處理裝置，拓展等離子體針對某些敏感材料或大面積材料的應(yīng)用范圍，優(yōu)化等離子體中電子或離子等副反應(yīng)對處理效果的影響，節(jié)省成本。本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)
一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置整體處于負(fù)壓環(huán)境，其包含自內(nèi)而外相嵌套的內(nèi)管、絕緣管和外管，其中內(nèi)管接高頻電源，外管接地，該兩者均為金屬管， 且兩者由中間的絕緣管隔開絕緣；所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)一端設(shè)為氣源接口，另一端封閉，且處理裝置穿透內(nèi)管、絕緣管及外管設(shè)有至少一個排孔，所述排孔相對待處理材料的距離滿足等離子體中電子或離子自我消除，僅保留激發(fā)態(tài)粒子。進(jìn)一步地，所述排孔為絕緣管孔徑相對內(nèi)、外管孔徑呈收縮狀的射流結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向延伸排列設(shè)有兩個以上排孔；或者所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向錯位排列設(shè)有兩個以上排孔；又或者所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上沿同一徑向平面排列設(shè)有兩個以上排孔。
進(jìn)一步地，所述處理裝置設(shè)有用于驅(qū)動自身徑向移動、對大面積待處理材料進(jìn)行等離子體表面處理的。較之于常規(guī)等離子體處理裝置，本發(fā)明等離子體處理裝置的應(yīng)用實施，其突出效果為
在相同的放電功率下，該結(jié)構(gòu)噴射出的等離子體粒子能量高，粒子濃度大，更適合一些較難處理的材料；由于具備遠(yuǎn)程優(yōu)勢，該結(jié)構(gòu)處理材料的副反應(yīng)較少，處理目的較純，減少了對材料表明的損傷，同時熱應(yīng)力較低，該結(jié)構(gòu)可以對敏感材料進(jìn)行處理。以下便結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是本發(fā)明等離子體處理裝置的徑向剖視截面圖； 圖2是圖1所示排孔的放大示意圖。
具體實施例方式面對背景技術(shù)中所述等離子體存在的表面處理弊端，通常選擇遠(yuǎn)程等離子體表面處理工藝。所謂遠(yuǎn)程，是指將被處理物遠(yuǎn)離等離子體的直接產(chǎn)生區(qū)域。由于等離子體中所含的各物質(zhì)其壽命并不相同，其中電子，離子的消失速率均為10_7 Cm3/S，而起到關(guān)鍵作用的激發(fā)態(tài)粒子的消失速率為10_33 cm7s，故高能的激發(fā)態(tài)粒子壽命較長。將等離子體適當(dāng)引出產(chǎn)生區(qū)域(即放電區(qū)域)能夠很好的去除掉壽命短的電子、離子等，而保留壽命長的高能粒子，這樣便將電子、離子等的有害影響降到最低，從而使反應(yīng)更加順利純凈。本發(fā)明為一種低溫等離子體處理材料表面的結(jié)構(gòu)，又稱空心陰極結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)激發(fā)出的等離子體具有粒子能量大，粒子濃度高，且無刻蝕等副反應(yīng)的存在，是理想的低溫等離子體表面處理裝置。如圖1和圖2所示，該等離子體處理裝置整體處于負(fù)壓環(huán)境，從內(nèi)到外共三個管狀物組成，其中外管1和內(nèi)管3為金屬管，中間絕緣管2將內(nèi)管3與外管1隔開，各管套嵌套在一起。該三層套管結(jié)構(gòu)一端設(shè)為氣源接口，另一端封閉，且處理裝置穿透內(nèi)管、絕緣管及外管設(shè)有至少一個排孔6，所述排孔相對待處理材料的距離滿足等離子體中電子或離子自我消除，僅保留激發(fā)態(tài)粒子。結(jié)合附圖來看，待處理材料5放置于載物臺4之上，上述距離即為排孔6相對待處理材料5的距離。反應(yīng)氣體7從內(nèi)管3后側(cè)進(jìn)入，前側(cè)密封，使氣體從管下端的排孔噴出。進(jìn)一步來看，排孔(即噴口)設(shè)計為射流結(jié)構(gòu)，使其噴射效果最佳。外管接地充當(dāng)陽極，內(nèi)管接高頻電源充當(dāng)陰極，由于中間絕緣管的阻擋，電場更多的分布在無絕緣阻隔的排孔處，反應(yīng)氣體流過此處即變成高能量的等離子體，將待處理材料放置于排孔之下，噴出的等離子體對其進(jìn)行表面處理。由于處理區(qū)域遠(yuǎn)離了放電區(qū)域，故該結(jié)構(gòu)同時具備遠(yuǎn)程等離子體的優(yōu)點。在通單體氣進(jìn)行聚合接枝的工藝要求下，可將單體管置于等離子體噴排孔之下， 有效避免了高頻電源對單體管的直接作用，可提高聚合沉積的質(zhì)量，同時單體氣不會污染侵蝕電極。
除上述圖示的實施例外，該結(jié)構(gòu)升級空間較大，通過適當(dāng)改變排孔的位置、大小、 數(shù)量，使其適用于某些特殊材料的場合。具體來看可行的方案包括該處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向延伸排列設(shè)有兩個以上排孔；或者該處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向錯位排列設(shè)有兩個以上排孔；又或者該處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上沿同一徑向平面排列設(shè)有兩個以上排孔。例如有些材料只有某個部分或某幾個部分需要處理，其他部分不應(yīng)接受處理，故可將噴口對準(zhǔn)于需處理部位即可實現(xiàn)。同時，該結(jié)構(gòu)管狀物適當(dāng)加長，同時徑向移動，可以進(jìn)行大面積材料的等離子體表面處理，以便工業(yè)化應(yīng)用。較之于常規(guī)等離子體處 理裝置，本發(fā)明等離子體處理裝置的應(yīng)用實施，其突出效果為在相同的放電功率下，該結(jié)構(gòu)噴射出的等離子體粒子能量高，粒子濃度大，更適合一些較難處理的材料；由于具備遠(yuǎn)程優(yōu)勢，該結(jié)構(gòu)處理材料的副反應(yīng)較少，處理目的較純，減少了對材料表明的損傷，同時熱應(yīng)力較低，該結(jié)構(gòu)可以對敏感材料進(jìn)行處理。
權(quán)利要求
1.一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置整體處于負(fù)壓環(huán)境，其包含自內(nèi)而外相嵌套的內(nèi)管、絕緣管和外管，其中內(nèi)管接高頻電源，外管接地，該兩者均為金屬管，且兩者由中間的絕緣管隔開絕緣；所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)一端設(shè)為氣源接口， 另一端封閉，且處理裝置穿透內(nèi)管、絕緣管及外管設(shè)有至少一個排孔，所述排孔相對待處理材料的距離滿足等離子體中電子或離子自我消除，僅保留激發(fā)態(tài)粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述排孔為絕緣管孔徑相對內(nèi)、外管孔徑呈收縮狀的射流結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向延伸排列設(shè)有兩個以上排孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上軸向錯位排列設(shè)有兩個以上排孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)上沿同一徑向平面排列設(shè)有兩個以上排孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型等離子體處理裝置，其特征在于所述處理裝置設(shè)有用于驅(qū)動自身徑向移動、對大面積待處理材料進(jìn)行等離子體表面處理的驅(qū)動模塊。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種新型等離子體處理裝置，整體處于負(fù)壓環(huán)境，其包含自內(nèi)而外相嵌套的內(nèi)管、絕緣管和外管，其中內(nèi)管接高頻電源，外管接地，該兩者均為金屬管，且兩者由中間的絕緣管隔開絕緣；該處理裝置的三層套管結(jié)構(gòu)一端設(shè)為氣源接口，另一端封閉，且處理裝置穿透內(nèi)管、絕緣管及外管設(shè)有至少一個排孔，該排孔相對待處理材料的距離滿足等離子體中電子或離子自我消除，僅保留激發(fā)態(tài)粒子。本發(fā)明等離子體處理裝置的應(yīng)用實施，在相同的放電功率下，該結(jié)構(gòu)噴射出的等離子體粒子能量高，粒子濃度大，更適合一些較難處理的材料；由于具備遠(yuǎn)程優(yōu)勢，副反應(yīng)較少，處理目的較純，減少了對材料表明的損傷，同時熱應(yīng)力較低，該結(jié)構(gòu)可以對敏感材料進(jìn)行處理。
文檔編號H05H1/30GK102291924SQ20111022784
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者溫貽芳, 王紅衛(wèi), 芮延年, 陳新 申請人:蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院