CN101490793B - 用于连续材料的等离子处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连续材料(1)的等离子处理的设备，包括至少一个可抽真空的放电室(3a)，连续材料(1)可以穿过该放电室被连续运送，其中供能装置(30)将放电能输送到放电路径(G)，所述放电路径界定于各放电室的外电极(5，51-57)与作为内电极的连续材料之间。所述供能装置设计为以脉冲形式释放放电能的固有电流源，该电流源包括至少一个用作储能元件的电感(32)，所述储能元件和与之配属的放电路径(G)相连，或和与之配属的多个放电路径依次相连。该设备分别大大地提高了能量转换和处理的均一性，并且能够处理受污染并非常热的连续材料。能够使多个放电室串联并且不与连续材料接触，由此可以进行敏感的物理等离子处理。通过围绕连续材料(1)施加强磁场(M)，功率的转换以及处理的均一性得到进一步提高。

Description

用于连续材料的等离子处理设备

技术领域

本发明涉及一种用于连续材料的等离子处理设备，包括至少一个可抽真空的放电室，连续材料被连续地运送穿过该放电室，各放电室具有外电极，所述外电极相对连续材料电绝缘设置，还包括一个用于设定至少一个放电室内的气氛的装置和用于将放电能输送到放电路径的供能装置，所述放电路径界定于各个独立的放电室的外电极与作为内电极的连续材料之间。

背景技术

采用辉光放电等离子的等离子处理常用于在负压下对工件或连续材料进行全包围式处理，所述处理例如包括加热、净化、(脱)氧化、脱脂、汽相淀积和溅射等。等离子的物理效应和化学效应均可使用。

所有这些处理的共同之处在于，需要放电灼烧经过处理的工件表面或连续材料表面的整个区域。为了节约，需要处理时间尽可能短，随之导致需要尽可能高的处理强度(尽可能高的功率密度)。在粘滞真空范围内的处理压力下(其中的气体微粒的自由行程明显小于其容器尺寸)，能量的传输通常存在限制，因为当功率密度太高时，具有辉光或类辉光特性的放电易于转变成电弧放电。通常，阻止所述辉光放电转变成电弧放电是在负压范围内对等离子处理过程和装置进行改进的最重要的目标之一，从而不必进行(例如焊接时的)逐点处理。实现上述目标的一个重要举措是引入电压源作为供能装置，用于放电能量的功耗，该装置在脉冲直流电压下工作。电弧的形成需要时间。由于电压放电模式中的周期性中断，因此在产生强烈的局部加热之前电弧就会消散。在一个脉冲内，电流通常在开始时以近似线性的方式单调上升，随后，上升的速率下降。在多数应用中，由于技术原因，一个脉冲内的电压保持基本恒定。例如，从PCT申请WO 2004/073009A2中已知一种用于连续材料的等离子处理设备，其中采用脉冲恒压源作为供能装置。

例如在文献US 2004/0026412A1中所述，使用另外一种瞬间电压曲线代替脉冲直流电压，从而使电弧在形成初期即被熄灭。然而，在放电的过程中，若使用这种电压曲线代替脉冲直流电压增大了技术上的消耗，却不具有明显优势时，其技术意义就不大了。

尽管脉冲电源供应已经给等离子技术带来了很大的进步，但还是存在许多不足。特别是，目前不能令人满意地解决下述问题和缺点：

1.在恒压脉冲的过程中，辉光放电转变成电弧放电的可能性随着时间急剧升高。三个因素能够促使向电弧放电转变：电流、电压和时间。从这方面看，在脉冲期间内，所述因素中的两个(电流和时间)升高，仅第三个因素(电压)保持不变是不利的。

2.可以从放电路径上阻抗的下降电感应出从辉光放电到电弧放电的转变。已经开发出了用于检测上述阻抗发生下降的控制***，并且在这种情况下，中断电压一段时间以使电弧熄灭。然而，检测阻抗的下降和切断电源电压都需要一定的响应时间，该时间不能任意缩短。在所述的响应时间内，电流增大且电压基本恒定，因此能量增大，导致不期望产生的电弧加热。这样，可能形成具有很大能量的电弧，这种电弧很难(通过中断几个脉冲)被“吹散”。

3.特别是在低熔点材料中，电弧的出现可能立即导致表面损伤。

4.当放电空间内的气体成分不恒定时，另一个主要问题产生了。特别是在使用等离子净化材料时，以及电极表面将物质释放到气相中时，这种情况经常出现。由于待处理的材料通常受到不同程度的污染，并且等离子也不具有完全一致的处理强度，因此由等离子从材料表面带入气相的杂质数量随时间而改变。这种改变既不能预测也无法控制，并且因此会导致放电室内的气体成分发生无法控制的变化。

在等离子中，有两个过程始终相互对抗，其中一个对放电本身和放电稳定性都有利，而另一个对两者都有害：在辉光放电等离子中，电子在负压下加速直至撞击到气体微粒。在有利的情况下，电子可以使被撞击的气体微粒发生电离，从而形成新的电子-离子对。在不利的情况下，电子由于激发了被撞击的气体微粒而损失能量。单个的原子(尤其是惰性气体原子，在更小的范围内也包括小分子)特别是能量较低时具有分散的、量子力学容许的能级，这些能级彼此远离，以致电子撞击了这种原子并将其激发，由此释放其能量给该原子的可能性非常小。反之亦然，分子，尤其是典型地含有杂质的较大的有机分子，具有更多的量子力学容许能态，他们中的很多都处于低能态。如果电子撞击到这样的分子，很可能会激发所述分子，由此从电子中吸取能量。

在电学中，放电空间里存在这样的分子会使放电路径中的阻抗升高。如果微粒被运送到气相中，所述气相不仅从电子中吸取电能，还会从等离子中吸收电子本身，则阻抗升高更明显。

因为在基于辉光放电的等离子处理设备中也产生基质提纯，对高气体速度进行调节以用于去除杂质，所述杂质由放电传入气相，并且进入到气相的杂质数量极快地瞬间变化，气体成分因此迅速并无法控制地变化，阻抗和放电电流随之变化。尤其是在连续操作中对连续材料进行处理时，所述阻抗发生变化如此之快，以至于即使非常快的电压源控制装置，也不能在保持放电功率或放电电流不变的情况下，重新调整放电的电参数。然而，这对连续处理是非常重要的，因为连续材料在放电区域内的部分的滞留时间短，处理过程没有有效的瞬间平均值。

5.在对表面不干净的材料进行处理的过程中，产生了另一个破坏放电恒定性的类似问题，这是由于放电受到阴极(通常由待处理材料构成)上二次电子发射的严重影响。如果所述材料受到不均匀的污染，由此二次电子发射和阻抗相应地发生变化。一方面，这种影响与上面已经说明的类似，另一方面，促使待处理的表面上方被不均匀的等离子覆盖，导致局部密集放电，并且由此形成电弧。例如，由于除了阴极上的少量杂质之外，在处理效率极低时放电也会转变为电弧放电，因此根本无法使用现有技术的设备对覆盖有一定杂质的表面进行处理。

6.然而，特别是用高处理强度处理待加工的连续材料时，出现了另外一个问题。通常适宜移动连续材料穿过多个连续的放电区域，从而能够耦合更多能量，而不会在转变成电弧放电过程中将全部大功率集中在一点上，而只是分别集中各个处理单元的功率。每个放电区域都可以具有一个单独的供气和供能装置。因此，由于热力原因，只能在第一个处理单元之前和最后一个处理单元之后接触用作放电电极的连续材料，以放走放电电流。即使为每个放电区域提供独立的供压和供气装置，处理区域之间的相互作用也可以使处理过程非常的不稳定。如果仍给各处理区域供入强电流，在连续材料中将会再次产生一个很大的电压降，这是由于这些电流朝处理区域外的接合处释放。在使用脉冲恒压源作为放电能源的等离子处理设备中，连续材料上的各点的电势是未知的，所述各点与下一个接合处的距离至少为一个放电路径。通常，相对接合处电势的较小电势差就足以使电压源和放电过程在加工线路中心变得不稳定。

7.在要求非常高温度的连续材料处理过程中(如高温材料退火)，又一个问题出现了。如果接触连续材料表面的温度接近产生电子自发辐射的温度，将不再可能进行均匀地处理，这是因为二次电子的产生大大地提高了温度。因此，等离子对连续材料上较热点的处理强度更大，就导致了在这些点上产生过度加热的对处理过程有害的结果。补救办法是将处理线路分成小段，对各段独立供电。这样，每段仅会导致连续材料的温度轻微升高。所需要的处理温度越高，每段升高的温度就要越小。然而，真处于高温时，各段之间的连续材料接合处不可避免地会对连续材料的表面造成损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于连续材料的等离子处理设备，其中消除了或至少大大减轻了上述现有技术的缺点。

第一步，根据本发明，上述目的通过具有权利要求1中特征部分的用于连续材料的等离子处理设备实现。本发明的有益实施方式在从属权利要求中进行了阐述。

根据本发明的用于连续材料的等离子处理设备包括至少一个可抽真空的放电室，连续材料被连续地运送穿过该放电室，各放电室具有外电极，所述的外电极相对连续材料电绝缘设置。此外，该设备还包括用于设定至少一个放电室内的气氛的装置和用于将放电能输送到放电路径的供能装置，所述放电路径界定于各个独立的放电室的外电极与作为内电极的连续材料之间。根据本发明的用于连续材料的等离子处理设备的特征在于供能装置设计为以脉冲形式释放放电能量的固有电流源，该电流源包括至少一个用作储能元件的电感，所述储能元件和与之配属的一个放电路径相连，或依次和与之配属的多个放电路径相连。通过这种方法，可以确保产生释放到与各自电感相连的放电路径上的能量的同时，维持放电电流基本恒定。因此使放电电流独立于调节或控制元件的连接而保持恒定，也就是说，电感起到了“固有”恒流源的作用。这是与现有技术相比的根本不同之处，因为在放电过程中，释放到放电路径内的电流没有增加，从而恒流源大大地阻止了电弧的形成。更确切的说，因为电感的存在，即使在放电路径可能发生迅速和/或大的阻抗变化的情况下，也防止了放电路径上的电流迅速变化，从而在单个的脉冲内，提供一个近似独立于任何阻抗变化-甚至不连续的阻抗变化-的穿过各个放电路径的瞬时恒定电流，所述电流随着能量损失而降低，但是在任何情况下都不会出现中断，每次放电都占用了放电室的大部分空间，并且至少覆盖内电极，即连续材料。

此外，应该指出的是，至今还没有商用的功率调节电路具有足够的响应速度可以分别阻止或破坏电弧的形成。因此，本发明代表一种实质上的进步，因为它能够采用一种更短的放电供能中断抑制电弧的形成，并且通常甚至完全没有功率调节。

供能装置上的电感可以设计成例如分立的储能线圈或者变压器绕组，其中，在采用变压器绕组时，通过另一个变压器绕组进行能量输入。

特别是在要求高处理温度的实际应用中，将等离子处理路径分成多个放电路径很重要，其中在能量输出的每个脉冲的任一时刻，至少有一个电感正好与一个放电路径相连。如果一个电感为一个以上的放电路径供能，最好在所述的电感的能量输出脉冲间隔内完成不同放电路径的转换。

本发明的另一个可选实施方式中，依靠对供能装置的设计，电感可以仅在能量输出脉冲内充电，也可以仅在能量输出脉冲间隔内充电。

此外，供能装置还应该包括一个输出限压电路，因为脉冲开始时的等离子的阻抗会非常高，并且电感中的恒定电流也可能导致电压升高，该电压升高无法控制且对处理过程、设备以及周围环境都有害。

如果供能装置具有一个可以为放电路径输送任何所需极性的能量脉冲的电子转换电路，对各种处理将很有利。然而，为了更易于放电，主要是对自清理设备而言，例如可以将每第X个能量脉冲反极性地输出。

在根据本发明设备的改进实施方式中，在至少一个供能装置的电感和至少一个放电室之间设置至少一个补偿电路，以分别压制或补偿寄生高频效应和寄生高频响应，例如，导线的电感，放电室和电极各自的电容，等等。

尤其是用于连续材料的高温处理时，在本发明一个实施方式中，依次设置多个放电室，连续材料穿过该放电室，而不在放电室内或放电室之间产生接触。由此避免了对连续材料表面造成损坏。

在解决本发明的技术问题的第二步中，为本发明的用于等离子处理设备提供一种高效磁体组件，该磁体组件在外电极的区域内产生一种至少为120mT，优选至少为400mT，最佳至少为700mT的强磁场，该磁场的方向与连续材料基本平行。以这种方式，可以大量增加气体放电的能量密度。通过产生如此强的磁场，可以生成非常高的等离子流密度，这也使得能够对严重污染的连续材料进行净化，在现有技术中，气体放电会因为进入气相的微粒而突然停止，所述微粒不仅从电子中吸收电能，而且也从等离子中吸收电子本身。

由于采用了磁场，等离子变得更加导电，以至于放电更适宜仅在磁场穿过的空间内进行放电灼烧。

为了实现尽可能均匀地放电和随后的尽可能一致的处理，进一步将所述高效磁体组件设计为用于产生在其整个纵向延伸过程中基本均匀分布的磁场。为了生成这样一种均匀的磁场，高效磁体组件优选为包围外电极并且与连续材料基本同轴设置的线圈，该线圈优选设计为冷却式，特别是液冷式线圈，可选用超导电磁体。通过线圈冷却可以实现更好的生产率。

在其他的等离子处理应用中，可能更适合将高效磁体组件设计为用于产生在其整个纵向延伸过程上不均匀分布的磁场，并且该磁场的最大值决定了连续材料处理强度的最大值，即使在有相反趋势的因素的时候也是如此。因此，根据本发明的目的，将所述高效磁体组件设计为永磁体组件，所述永磁体组件特别地由各向异性的永磁体组成，优选由钕铁硼(NdFeB)永磁体制成，该永磁体基本形成具有多边形横截面的棱柱的侧壁，其磁铁的磁化方向优选基本沿着棱柱的横截面的径向。因为产生磁场既不需要冷却***也不需要电流，所以这样的设计节省了设备的运行费用。由于永磁体组件设计成棱柱形状，在放电室中很容易形成有利的磁场走向。采用各异向性永磁体，优选采用NdFeB永磁体制成，更易于生成强磁场。

可以通过设置铁轭元件--该元件用于集中气体放电区域内永磁体组件生成的磁场--以适宜的价格显著提高放电区域内的永磁体的效果。

为了实现放电完全在磁场区域内灼烧，而不烧到所述磁场区域之外，进一步提供纵向延伸不超出磁场范围的外电极。

在本发明的一个可选实施方式中，外电极在其纵向延长上至少有一侧超出磁场范围，因此在磁场的端部沿纵向在上述一边或一些边处，放电连续地转变成通常的辉光放电，该辉光放电从此覆盖连续材料。

在本发明特别优选的实施方式中，这样设计外电极，即在连续材料的横截面的投影上，该外电极从视觉上基本上完全紧密地围住连续材料。以这样的方式，可以生成一种高功率密度的气体放电。结合下面将具体描述的本发明的其他特征，发明人能够实现一种明显不同于已有的放电类型的新型气体放电，并且可以使等离子处理密度的无级可调性从极小值(约1W/cm²)直至极大值(几kW/cm²)，而放电不会在空间上或时间上变得不稳定。

由于采用这种方式得到的连续材料表面上的能量密度极高，再加上连续材料位于处理区域内的部分的滞留时间短，造成连续材料外层的温度明显高于连续材料内部的温度，因此使连续材料表面附近的区域的热处理强度高于连续材料内部区域的强度。因此，利用本发明设备使下面对等离子处理的运用首次成为可能：

a.连续材料的涂层处理，其中涂层上的效应很大而基材上的热效应很小。

b.熔化以及通过等离子处理以电解方式在连续基材上进行涂层的涂敷，而基材的热变形没有超出期望或允许的范围。

c.通过等离子处理，触发连续的基材中的至少一个涂层的扩散过程，而载体中心的热变化不会超过期望或允许的范围。例如，内部涂覆铜而外部涂覆锌的基材，通过等离子处理，所述涂层扩散后形成黄铜，而基材的热变形没有超出期望或允许的范围。

d.由于采用等离子处理，可以在连续材料的外部区域形成杂质朝向表面的散射，由此所述外部区域可以(但不必须)变为液相。在等离子处理的下一个步骤中，在外层冷却后以离子轰击所述包含大部分污染物的外层的外部，并在温度没有大幅升高的情况下这样去除所述外部，即不会进一步使相应的材料发生分解，由此在近表面区域保留杂质含量极低的材料成分。如果连续材料是高频导体，这将非常有利，因为在高频范围内，仅在杂质含量较低的表面区域产生导电。

e.通过等离子处理，从铁基、镍基合金或类似合金制成的连续材料上去除马氏体涂层，该马氏体由前述的机械和/或热处理形成，而连续材料中心的热变形不超出期望或允许的范围。应用等离子处理，去除马氏体涂层可能导致马氏体涂层的溅射和/或汽化和/或转化为不同的晶体结构，和/或使马氏体涂层氧化。

f.如果待处理的连续材料上涂有退火中待去除的涂层时，所述层特别是包括碳(石墨)、脂肪酸盐，尤其是硬脂酸盐、脂、油、乳剂或其他的含碳化合物及其混合物，所述层在含氧气氛中通过等离子处理至少可以部分去除，该含氧气氛在放电时会导致所述涂层发生氧化。因此在放电室压力范围内的氧化物残渣几乎全部或甚至完全以气相存在(二氧化碳和水)，并且因此在连续材料上没有粘附或者至少几乎没有粘附有机的或其他含碳的或可氧化的、在化学上与连续材料不同的层。等离子处理产生的氧化过程之后，为了产生还原反应，将依旧处于高温状态的连续材料送入一个含氢的或含酒精的或其他含有还原成分的气氛或者液体中，以便通过适当的调节连续材料和连续材料周围的化学成分的温度，使在氧化作用中也被氧化了的连续材料表面能够被还原(脱氧)。作为一种变换，也可以在下一个离子处理步骤中实现上述还原，其中化学等离子效应和溅射效应及其组合都导致还原。

g.在根据本发明的设备中，连续材料可以依次穿过多个等离子处理室而不产生中间接触，其中各个等离子处理室内的气体中化学成分可以不同，并且所述材料进入和离开各个等离子处理室时的温度可以不同。

h.根据本发明的设备可以这样操作，即在选定的化学气氛中，大致这样选择连续材料的温度，即在连续材料表面与气氛之间使得一种化学反应，特别是放热化学反应，具有最高反应速度。这是个实质性的进步，因为如果温度太高，放热反应本身会变慢或者甚至消退，也就是说，其具有“最佳”反应温度。这一点重要的应用是，例如，使高温导线去石墨化，其中，第一步，在含氧气体中实现退火处理，因此石墨“燃尽”。若所述过程是在过高的温度下进行时，就会接近或甚至超过这样的温度，在这个温度下二氧化碳和一氧化碳的分解是热力学的自然过程，并且石墨的氧化极其缓慢或者根本不再发生。上述过程中，通常在第二个独立的步骤中将形成的氧化层从连续材料中去除。如果所述过程在等离子处理中进行，通常会涉及到同样的问题。

在根据本发明的机械稳定且对加工有利的结构中，外电极界定了放电室部分，并且优选为冷却式的，特别是液冷式的。

在本发明的一个实施方式中，为了确保对连续材料进行全面的、尽可能均匀的等离子处理，外电极的横截面积和连续材料的最小凸起包围的横截面积之间的比例至少为4∶1，最好至少为10∶1，并优选至少20∶1。

由于构造的原因可能产生，在等离子处理设备中，处理区域内的连续材料没有在其整个长度上被纵向磁场包围，这样可能导致产生电弧放电。为了在处理区域的这种位置上也抑制电弧放电的产生，在本发明的一个改进实施方式中，提供一种用于设定至少一个放电室内气氛的装置，该装置设计为用于在气体放电室区域内生成气流，所述气流具有沿连续材料纵向的流速分量，在气体放电室区域中的磁场分别以不完全或磁场强度递减的方式包围连续材料。以这种方式防止气体微粒在气体放电室的这些区域内停留过久。

从放电的磁效应中得到的另一个实质上的益处也有利于连续材料的处理：如果外电极的大小仍然限定在强磁场内，不但仅在磁场内的放电以极高的功率灼烧，而且在增强的磁场内，等离子的宏观传导率也提高到一定的程度，这表明这种方法在连续材料的纵向上的放电空间或者至少是放电焦点的空间内是高效的。如果适当地选择参数，上述方法通常可以保证对连续材料的均匀处理，当在处理过程中，连续材料呈现出很强的部分区域过热的趋势时，所述过热区域会随着连续材料的向前运动暂时拖住放电的焦点，那么就无法保证上述对连续材料的均匀处理。

采用本发明，第一次使得对受到(不均匀)污染的连续材料进行均匀的等离子处理成为可能：

使用固有电流源产生放电电流，从而(与现有技术相比)放电电流不会随着连续材料的移动而改变(尽管气体成分和二次电子发射率发生变化，也就是说，尽管放电条件迅速地发生了很大的变化)，并且在磁场作用下形成了精确的放电位置，从而使放电焦点(与现有技术相比)保持不变并且在各个导线部分的上方覆盖相同的时间。这两种方法的结合使设备的性能得到提高，这种提高明显大于将其简单相加，并且这也是本发明的重要基本点之一。

电能脉冲、固有恒流源的恒定电流输出特性、磁场以及可选择使用的强气流，这些因素共同作用，防止新的放电形式转变成传统的电弧放电，从而使到目前为止难以获得的等离子功率密度能够对连续材料的整个表面均匀地加工。

在本发明的一个实施方式中，将放电室内的压力设置为0.1至100毫巴，更优选为0.5至50毫巴，最优选为1至10毫巴。所述压力范围足够低，从而使得连续材料被等离子大面积地覆盖，同时所述压力范围足够高，从而在放电室内生成足够量的粒子，该粒子足够用于等离子处理过程中期望的高电流。此外，放电室内的压力足够高以简单且有效保持真空、供气和闸门***。

在根据本发明的等离子处理设备中，用于设定气氛的装置优选具有前室***和/或后室***，在所述***的各室之间设置有闸门开口，连续材料可以穿过所述开口。为了实现良好的截止效果，当至少一个闸门开口设计成通道时效率极佳，所述通道的长度与通道的内径之间的比例至少为2∶1，优选至少为4∶1。因此，如果要避免在具有较高压力的闸门开口侧形成不同成分的气体和气体的混合，至少将这些闸门优选设计成通道，该通道两边均为负压。例如，在具有不同处理气体的处理室之间会出现这种情况。

为了以非常节约气体的方式完成等离子处理过程，特别是在使用昂贵的处理气体如氦气时非常有意义，在本发明的进一步改进中，所述用于设定气氛的装置具有回收***，其中气体可以从后室回流到前室和/或压力值更高的后室。

本发明的另一个有利实施方式的特征为，所述前室被划分为多个子室并且/或者后室***由多个独立的后室组成，在所述子室和后室之间分别设有闸门开口，连续材料被引导经由所述开口分别穿过子室和后室。子室和后室的构成使得可以将所需的气体安全并节约地保持在放电室内，并且可以防止气体不合需要地进入放电室。

附图说明

图1为根据本发明的用于连续材料的等离子处理设备的纵截面示意图；

图2为根据本发明的用于连续材料的等离子处理设备的一个可选实施方式的纵截面示意图；

图3为根据本发明的供能装置的方框图；

图4为在放电路径与根据现有技术的脉冲电流源连接时，具有辉光特性的低压等离子的典型电压、电流和功率曲线图；

图5为在放电路径与根据本发明的固有电流源连接时，具有辉光特性的低压等离子的典型电压、电流和功率曲线图；

图6为在放电路径与根据现有技术的脉冲电流源连接时，发生电弧放电的典型电压、电流和功率曲线图，以及电弧抑制机构的响应图，若没有该电弧抑制机构，不受控制的雪崩式的电流升高会导致组件的毁坏；

图7为在放电路径与固有电流源连接时，没有根据本发明的电弧抑制装置或电弧抑制装置失效时电弧放电的典型电压、电流和功率曲线图；

图8为根据本发明的具有多个处理单元的等离子处理设备的方框图；

图9为设计为通道的闸门开口的纵截面图；

图10为用于连续材料的等离子处理设备的另一实施方式的纵截面图；

图11为外电极的一个实施方式的侧视图；

图12为外电极的另一个实施方式的横截面图；

图13为用于连续材料的等离子处理设备的又一实施方式的纵截面图；

图14示出了减小了磁体间距的图1中的设备。

下面参照附图，基于非限定性的典型实施方式对本发明进行进一步说明。

具体实施方式

图1为根据本发明的用于连续材料1的等离子处理设备的纵截面示意图，所述设备包括至少一个可抽真空的管状放电室3a。连续材料1被连续运送穿过该放电室3a，其中，连续材料1仅在放电室3a的外面由导辊14、14’引导，但在放电室3a中不接触。放电室3a具有一个外电极5，所述外电极5相对连续材料1电绝缘。在本示例性实施方式中，将外电极5设计成管状并且用玻璃、陶瓷或类似材料制成的间隔的管状绝缘件21、21在端部对其进行支承，从而由绝缘件21、21形成一个被外电极5占据的“窗口”。绝缘件21、21由法兰22、22固定。由O形环23在外电极5与法兰22、22之间实现密封。此外，外电极5被冷却管24包围，且外电极5与冷却管24中间形成空腔25，冷却介质26流经所述空腔。在放电室3a内，通过一个用于设定气氛的装置(未示出)对期望气氛和期望压力进行调节。在放电室3a的外电极5与作为内电极的连续材料1之间界定了放电路径G。为了在放电路径G上产生气体放电，通过端子27将提供放电能的供能装置30与连续材料1和外电极5相连接。在本示例性实施方式中，通过导电材料构成的导辊14实现连续材料1与供能装置30的电连接。此外，放电室3a被永磁体61组成的永磁体组件6包围，从连续材料1的纵向上看，所述永磁体61是相间设置，并且通过反向磁化与铁轭元件62相连。该铁轭元件62将永磁体组件6的磁场集中在气体放电路径的区域内。由此形成的磁力线M的路径如图1所示。由铁轭元件62和永磁体61组成的结构单元以具有多边形(如六边形)横截面的棱柱的形式围绕放电室3a，如参考文献WO2004/073009A2中所述。为了更清楚起见，图1中仅示出了一个这样的结构单元。优选采用各向异性材料制成永磁体61，其具有一个择优取向并且基本在棱柱横截面的径向上被极化。各向异性永磁体61可以被强磁化。特别是由钕铁硼(NdFeB)合金制成的永磁体61非常适合。磁通密度B在放电室3a内在长度d上的分布趋势表明，磁通密度B在磁体61、61的区域内总是零相交的，而磁通密度B在磁体61与61之间的区域内基本保持恒定。磁通密度B的最大负值显然出现在磁体61、61外。由于对磁体组件的设计，产生了一个在整个纵向延伸过程上的不均匀的磁场，所述磁场的最大值决定了连续材料1的处理强度的最大值。在本示例性实施方式中，起到气体放电作用的外电极部分5纵向长度上没有超出磁场，由此遏制磁场中放电的“烧蚀”现象。

图14示出了根据图1的设备的变型，其缩短了永磁体61之间的距离。距离的缩短致使磁通密度B的分布趋势不同，此时磁通密度B在放电路径的中部具有一个明显的最大值，而不是恒定的分布。由于这个明显的最大值，确定了该点为放电发生的确切位置。

在图2中以纵截面图示出了根据本发明的用于等离子处理设备的一个可选实施方式。所述实施方式与第一实施方式的不同之处在于，不是用永磁体组件而是用电磁体组件6’作为磁体组件，该电磁体组件由线圈63组成，所述线圈63围绕外电极5并且与连续材料1基本同轴设置，所述线圈优选设计成冷却式，特别是液冷式的线圈，可选用超导电磁体。磁力线M的路径表明，如磁通密度B在放电室3a内在长度d上的分布趋势图中可清楚地看到，在线圈63内可调节为基本均匀的磁场。

将图1和图2的实施方式中的磁体组件设计为高效磁体组件，该磁体组件产生至少120mT(毫特斯拉)，优选为至少400mT，最佳为至少700mT的强磁场，该磁场在外电极5的区域内基本与连续材料平行。为了通过等离子处理方法清理严重污染的材料，也可以产生强至1.5T(特斯拉)的磁场。

根据本发明，将供能装置30构造为固有电流源，所述固有电流源设计为以脉冲形式释放放电能，该电流源包括至少一个作为储能元件的电感，所述储能元件能够和与之配属的放电路径G相连，或和与之配属的多个放电路径G依次相连。

参照图3基于以下的示例对供能装置30的基本电路布线图的一种可能设计进行描述。供能装置30包括供能电路31，该供能电路31根据需要为用作储能元件的电感32提供电能。该电感32通过端子27与放电路径G串联，从而使电感32能够将存储的能量释放到放电路径G。这样，受控供能电路31为电感32充电，从而由电感32传送至放电路径G的电流可以保持基本恒定。另外，供能装置30包括一个与放电路径G并联设置的脉冲间隔开关34。为了对由电感传给放电路径G的电流进行脉冲调制(产生脉冲间隔)，脉冲间隔开关34暂时将放电路径G短路，从而使电流继续流过电感32和脉冲间隔开关34，而不流过放电路径G。另外，由于放电路径G内的等离子的阻抗在脉冲开始时非常高，来自电感32的恒定电流在脉冲间隔开关34打开时可能导致电压升高，这种电压升高不受控制并对等离子处理过程及其周围设备都有害，因此理应确保放电路径G上的最大电压值受到限制。通过限压电路33实现该功能，在脉冲开始阶段，即当放电路径G上已经达到最大允许电压而流经放电路径G的电流还未达到流经电感32的电流时，该限压电路33限制了电压并将电感的所期望大小的电能强制分流。所述限压电路33可以用多种方法实现，其要么消耗从电感分出来的电能，例如将其转化成热能，要么将其存储且再利用或者将其释放以再利用。

此外，可以在供能装置30的电感32和至少一个放电路径之间设置补偿电路，以抑制或者补偿寄生高频效应及其影响，例如导线的电感，放电室和电极各自的电容，等等。所述补偿电路可以嵌入到限压电路33中。

除了如图3所示的根据本发明的供能装置的实施方式外，还有另外一种可以实现固有电流源的方法。例如，储能线圈也可以是变压器的一部分，其中通过另一个与储能线圈磁耦合的变压器绕组进行能量输入。可以另外设置一个绕组用于诊断。

就根据本发明的供能装置而言，用作储能元件的载流电感与放电路径G的两个电极的无损耗连接或者尽可能低损耗连接以及脉冲发生装置是十分重要的，所述脉冲发生装置例如为图3中所示的脉冲间隔开关34。然而，应该指出，脉冲发生装置也可以有不同的设计，例如转换电路，通过转换电路还可以实现脉冲极性的转换。

为了说明根据本发明的脉冲固有电流源的有益效果，先看图4所示的电流I1、电压U1和功率P1的曲线，当放电路径G与根据现有技术的脉冲电压源相连时，在具有辉光特性的低压等离子的放电路径G上获得所述电流I1、电压U1和功率P1的曲线。显然在每个脉冲周期内，电压U1是恒定的，而电流I1和功率P1随着时间而增大，这是一个很不利的过程，随着脉冲的继续，辉光放电转变成电弧放电的可能性越来越大。

相反，当供能装置设计为根据本发明的脉冲固有电流源时，获得如图5所示的电流I2、电压U2和功率P2的曲线，由于具有辉光特性的低压等离子在放电路径上占主导，使得电弧放电极不可能出现。图中表明，除了在脉冲开始时电流I2还未达到恒定值的短暂期间外，电压U2和功率P2在脉冲宽度内呈下降趋势。这个特性可以称作时间互易。因此，根据本发明的方法，在放电组件和参数都不变的情况下，可以将与现有技术中的电压源相比明显大的、典型地大2至20倍的功率耦合到放电路径G中，同时等离子特性不会从辉光或类辉光特性(大面积地覆盖在连续材料上方)转变成电弧放电。另外，当采用固有电流源时，放电电弧的出现十分轻微，这是由于当产生放电电弧时，放电能不会增大(或者由于数量和时间十分有限而几乎不增大)，如图7中通过电流I4、电压U4和功率P4的曲线所示，其中在t1时刻出现放电电弧。当然，由于电弧的形成表示内阻抗降低，因此功率P4和放电能实际上将大大地下降。由此，电弧放电可以自行消失。然而，假如通过在检测到电弧放电的时候阻止进一步将电能输入到等离子中，例如，将等离子短路来实施一种相应的调整，则与现有技术相比所需的干涉时间明显缩短。若通过将等离子短路实现脉冲间隔，另一个放电稳定因素是，由于所述放电路径上的短路，放电中的载流子可以通过电极流出，这再次缩短了所需的脉冲间隔时间。

应该提到的是，在实际中，放电路径的电极之间可能产生电容。这些可以是寄生特性或是用于稳定和补偿半导体元件和电路元件的小电容。这些电容使电流I4从恒定值I_c瞬间增大到峰值I_b。然而，在通常情况下，所述的电容效应和由此导致的电流上升相对脉冲持续时间而言为短期效应，可以忽略不计。

与根据本发明的建议的那样采用固有脉冲电流源作为供能装置相反，如果采用电压源对放电路径供电，当辉光放电转变成电弧放电时，耦合的功率会明显增加。这从图6的电流I3、电压U3和功率P3的曲线中可以明显看出，并且若没有电弧抑制机构的干预，将至少导致电路中电流灵敏度最高的元件发生毁坏。

等离子阻抗的迅速变化的上述问题可以通过本发明的固有脉冲恒定电压源得到很大程度地减轻，所述等离子阻抗的迅速变化是由于气体成分的变化和表面的变化(二次电子发射)而引起。在由于放电气体中的杂质导致放电阻抗增大的情况下，由于放电路径上所形成的电压上升迅速提供了更多的能量。借助于该附加的能量使污染分子分解，或者使其他的等离子抑制作用(例如，电子俘获)饱和。这个有利特性使得采用现有技术的等离子处理中的不可行成为可行。由此，例如在现有技术的等离子设备中，在等离子处理之前用裸露的手指直接触摸待处理的线材，常常会导致丧失具有非常多的不易阻止的电弧放电过程的放电稳定性。皮肤上的盐中所含的氯对处理过程造成了干扰，所述干扰与处理过程的完成无关。然而，根据本发明，若由固有电流源为等离子提供能量的话，只有放电颜色会发生变化，而观察不到电弧放电的转化；在相应的线材处的处理强度与未受影响处的处理强度只有轻微的不同。

由于技术原因(因为连续材料的温度太高，或是为了避免表面结构、质地或纯度遭到破坏)无法实现接地或无法实现在处理单元之间对连续材料进行连接，特别是不能总是对所有电极提供相同极化的能量脉冲时，所述处理通常只能通过采用固有电流源实现对具有两个以上连续排列的处理单元(电极)的连续材料的处理。应该提到的是，要求非常高的连续材料的处理温度(约大于1000-1500摄氏度，取决于材料)的等离子处理只能由两个以上的串联电极和放电室完成。若采用固有电流源，由于在任何情况下总是输入所需的电流，所以为待处理连续材料加热的功率基本与连续材料内的电势波动无关。单个的电极和放电室之间确实可能存在电势的偏移和波动，其大小不能精确得知，然而在实际中连续材料上任意一点的电势波动低于等离子电弧下降电压的10％，在单个电极上的功率测定的误差同样最多为10％。

图8所示为五个处理单元串联的方框简图。参考标号51、52、53、54、55表示各个处理单元的电极，参考标号301、302、303、304、305表示设计成固有脉冲电流源的供能装置，其中各供能装置301-305的第一端子接地，而第二端子与各个电极51-55相连。连续材料1由接地的导辊14、14’所支承，沿箭头方向被引导穿过处理单元。导辊14、14’分别设置在处理单元的前方和后方，并且在接触的地方使连续材料1接地。参考标号V1、V2、V3、V4、V5分别表示位于处理单元之间和之后的电势点，其中只有电势点V1和V5可以认为接地，而电势点V2、V3、V4偏离地电势一个未知的数值。如上所述，不能对处理单元之间的连续材料另外进行连接，因为连续材料1会由此受到毁坏，特别是在高温处理时。在电极55之后设置冷却单元20，连续材料1在所述冷却单元20中被冷却到这样的程度，即，其可以与下游的导辊14’和环境空气接触，而不会遭到任何损坏。

在本发明中也可以采用一个电流源，所述电流源与全部电极51-55依次相连，并向电极发出恒定的、优选总是具有很小的占空因数的电流脉冲，从而不用为五个电极51-55提供五个供能装置。恒流脉冲会随着电极的脉冲持续时间和极性的不同而不同，因此在脉冲长度上对各个电极的功率测定是分别进行的。在等离子处理设备的这种操作中无法使用传统的电压源。

如上所述，在本发明的用于等离子处理的设备的实施方式中，根据图1和图2提供了一种高效磁体组件，该磁体组件在外电极5的区域内产生至少为120mT，优选至为少400mT，最佳至少为700mT、方向与连续材料1基本平行的强磁场。原则上，实际已知用磁场影响放电，然而，放电室内适当的压力、在等离子处理设备中用以调节和保持所述压力的新结构、对电极和使用固有电流源的特殊设计、放电形式是可以实现的，这些按照现有技术都无法实现。

根据本发明用于等离子处理的设备，由于下述原因将放电室内的压力调节到0.1到100毫巴，更优选为0.5到50毫巴，最佳为1到10毫巴。

在大气压和与类似压力的条件下，通常不会产生辉光放电，尤其不会产生直流型辉光放电。而电弧放电是仅有的稳定放电形式。在这样的压力下，只有产生电弧放电的路径才可能受到磁场的影响。已知电弧由于磁场的影响而产生旋转。然而，已经表明，在压力大于100毫巴时，不可能借助现在可以产生的磁场来达到具有辉光特性的放电。

此外，已知放电电磁影响就是借助回旋加速器、磁镜和磁保持架等在很低的压力下使移动的带电微粒发生偏移。然而，使用这些设备的前提是可以预测粒子轨迹。随之而来的前提是气体微粒很少发生碰撞，因为在碰撞之后微粒轨迹不再具有可预测性。所以，作为前提条件，粒子的自由轨迹长度必须至少处在处理室和所用容器的范围内。关于这一点，提到了“分子”压力范围。为了实现只有10cm的自由粒子轨迹，压力不能超过约10^-3毫巴(对于电子约10^-2毫巴)。但是，现在几乎不可能建造出这样一个处理设备，该处理设备适于对连续材料进行处理，并且在选定大气氛围下的低分子压力范围内工作，而没有环境空气流入放电室的任何部分中。因此，不论是从经济上还是从技术上考虑，都没有理由建造一种采用等离子进行连续材料处理的设备，该设备借助于回转加速器、磁镜、磁保持架或者一种磁性通道的作用，这是由于在低工作压力下，当以连续操作的方式将连续材料进给到处理室中时，总是有少量的环境空气进入处理室内，这将使得连续材料的表面在很多场合中不满足要求。然而，如果连续材料在处理室的前后是相对环境空气密封的，就会迅速使连续材料产生变形或密封发生磨损。若将连续材料导入处理室的开口设计成比连续材料的横截面稍大，就会形成缝隙。

另外，放电室在分子压力范围内工作的等离子处理设备(例如，基于上述磁效应的所有设备)处理不完全干净的连续材料的连续工作能力是有限度的。这种限度的原因是，从连续材料的表面上击落的杂质没有被气体带走，而是沉积在设备的零件上，由于低粒子密度，污染粒子在从连续材料表面到设备零件的路径中不能或者几乎不能通过与气体微粒碰撞而被阻挡。因此，必须将设备一次又一次地打开和清洗。

现在看来需要依据压力梯度构造一个节流-截止***(Blenden-und Schleusensystem)，该***所依据的原理是穿过节流缝隙的气体只会从高压方流向低压方。特别适宜至少在入口侧设置一个前室，该前室中的压力低于处理室内中的工作压力，从而气体逆着连续材料的运动方向从处理室单向地流入前室(也有一些环境空气从入口侧被迫地流入该前室)。然而，这个方案的前提是存在较高的纯粘性工作压力，这是因为对于气体仅从较高压力处通过缝隙流向较低压力处的设想仅在纯粘性压力范围内是正确的。而在分子压力范围内，气体微粒之间很少发生碰撞，气体微粒同样几乎无阻地从压力较低的容器通过缝隙进入压力较高的容器。

因此，根据本发明的设备在指定的粘性压力范围内工作的能力有时尤其重要。

然而，本发明也提供了另外一种方法，以便以适当的方式将该压力极限值推移至出现节流作用。根据本发明，可以用这样的方式实现，如图9中的纵截面图所示，闸门40包括一个设计成通道的闸门开口41，所述通道的长度与通道的内径之间的比例至少为2∶1，优选至少为4∶1。以这种方式，可以明显改善例如在文献WO 2004/073009A2的图7和图10中所公开的具有中间闸门的多室***。特别是，根据本发明，将两侧都为负压的闸门设计成通道形式。

将闸门开口设计成通道的方法所基于的原理是，容器尺寸和微粒的平均自由行程之间的比例是***处于分子范围内还是处于粘性压力范围内的标准。因此，必须把通道看作一个容器，其大小仅为处理室的一部分。为了在通道内达到粘性压力条件，在同样的参数下压力必须高于处理室内粘性压力和分子压力之间的限定压力。

利用具有通道的闸门结构，可以形成一个气体回收***，其中气体可以从后室回流到前室和/或压力更高的后室。此外，可以将前室划分成多个子室并且/或者后室***可以由多个独立的后室组成，其中在各个子室和后室之间设置有闸门开口，连续材料能够通过这些闸门开口以低摩擦被引导穿过各个子室和后室，其中至少部分闸门开口设计为通道形式。

下面具体描述包括前室和后室的等离子处理设备的两个不同的变型，该设备包括一个气体回收***。

图10和13表示根据本发明的设备的两个不同变型，所述设备用于等离子处理连续材料1。连续材料1通过导辊14被引导穿过两个前室***10、11，各前室***都包括多个子室，例如，10a、10b…10e，并且每个***都在最后一个子室10e、11e借助泵7a、7b进行抽空，在子室10e、11e和泵7a、7b之间设有过滤器8。在通过前室***11之后，连续材料1穿过5个放电室3a、3b…3e直至后室***2，所述后室***2也被划分为多个子室，其中较小的子室位于作为冷却单元20的长后室的上游和下游，所述的较小子室通过闸门开口相互连接。闸门40将前室11与第一放电室3a隔开，所述闸门40具有作为闸门开口的通道41。前室10、11以及其子室、放电室3a-3e、后室***2的放电室3e以及后室***2的子室都通过节流式的闸门12相互隔开。多个闸门开口结合可调压力等级将气流、气耗和所需的排气容量最小化。气体从后室***2流入第五放电室3e，并且甚至在与放电室接触以前就从放电室3e向前进入到上游放电室3d-3a中。根据图10所示的实施方式，小部分气体被真空泵7b从放电室3a中抽回，所述真空泵7b也用于对前室11e进行抽空。根据图13所示的实施方式，具有上游过滤器8的独立泵7c用于从放电室3a中抽气。在两个实施方式中，部分气体通过真空泵7d在后室***2中循环，并且提供给冷却单元20。以这种方式，可以确保给所有的放电室提供新鲜干净的气体，而在第一放电室3a内从连续材料1上释放的多种蒸气与较少量的工作气体混合，分别通过真空泵7b或真空泵7c排放到外界。通过管道13为整个设备供气，所述管道13相对大气压为略微过压(例如0.1bar)。由此，设计为冷却单元的后室20中的压强在整个设备中最高，从而该处对连续材料1有较好的冷却能力。例如，可以设置一个回收***，气体可以在其中从后室***2回流到压力较高的后室20。例如，将氦气用作工作气体。所述回收***由于特别有效证明了其价值。独立放电室3a到3e在任何情况下总是设置有分隔的外电极51-55和电磁体组件6’。如图8中所示对外电极51-55供电，使用电磁体组件6’在放电室3a-3e内产生磁场，所述电磁体组件6’同轴地设置在放电室3a-3e的外侧。在放电室3a、3b和电磁体组件6’之间设置有冷却液。

导辊14、14’接地并且与连续材料1相连(使之接地)。放电室3a-3e和连续材料冷却单元20都采用液体冷却，例如，油冷。此外，可以在后室***2之后设置一个液体冷却过程，特别是水冷过程。可以分别通过调节和控制***对整个处理过程进行控制，并且可以分别通过阀18进行调节和控制。为达到此目的，也可选择通过变频器调节角速度而改变泵的流量。

通过真空泵7a至7d并选择性地通过过滤器8和阀18产生各最适压力，由此，在给定的磁场下，可以在磁场区域内生成集中等离子流所需的压力。为了达到更高的要求，将真空泵，尤其是用于气体循环的真空泵设计为干式真空泵是有益的。特别适宜采用离心泵、螺旋泵、循环泵、隔膜泵，在特定的实施方式中也使用多种设计的爪型泵和旋转泵。

通过将本发明中的等离子处理设备设计为以固有恒流源作为供能装置，并通过垂直于放电方向施加强磁场，形成这样一种设备，该设备能够节能、节气并连续操作地以很高的处理强度对既不干净又不是被杂质完全均匀覆盖的连续材料进行等离子处理。同样可以使用上述设备对现有技术无法处理的连续材料以相同的方式进行处理。另外，根据上述方法，工作压力无疑在粘性压力范围内，因此，对进出(多个)放电室的连续材料的引导和放电大大地简化了，并且能够有效地去除从连续材料的表面击落的杂质。

此外，发明人意识到，如果将本发明的设备设计为满足以下条件，则可以在放电室中形成一个全新的放电模式：

√在放电室或多个放电室中，施加非常强的磁场，所述磁场基本沿着连续材料的纵向取向，并且以至少接近连续材料和至少穿过电极纵向延伸的较大部分的方式穿过外电极和连续材料的之间的横截面区域。所述磁场应该至少为120mT，优选至少为400mT，最佳至少为700mT。

√外电极如此设计，即在连续材料的横截面投影上，外电极从视觉上将连续材料紧密包围。由上述强制性前提条件产生的放电形式非常令人惊讶并且无法以现有的科学知识进行解释。无论如何，上述放电形式的特性表明，这的确是一种新的放电形式，也就是一种新的物理现象。

√在放电室中，气压在0.1到100毫巴之间，更好是在0.5至50毫巴之间，最理想在1至10毫巴之间。

√外电极的横截面积(或者至少其在横截面上的投影)与内电极的横截面(在实际中即至少是作为内电极的连续材料的横截面)的最小凸起的包围面积之间的比例很大。所述比例应至少为4∶1，更好是至少为10∶1，优选为至少20∶1。

所述新的放电模式指的是以电磁方式旋转发散地放电，并且在本文中缩写为MRDE。

在最简单的情况下，将外电极设计成在连续材料的横截面投影上笔直的管道51-55(见图8)，所述外电极从视觉上紧密包围连续材料，而内电极为一条金属丝，该金属丝作为穿过外电极管道的连续材料。所述金属丝比管道细。适宜通过圆筒形的线圈产生磁场，该线圈的对称轴与所述金属丝的纵向轴一致。

如果内电极不是横截面形状为圆形的金属丝而是任意的横截面轮廓，该横截面轮廓所包围的面积仍需小于外电极的内横截面积。

外电极的形状很重要，因为其必须能够使放电聚焦点旋转。假设气体速度螺线的上升相对应，并且外电极的焦点的旋转与螺线曲线放电相对应，那么除管道外，也适宜采用螺线管作为外电极57，如图11中所示的侧视图。所述螺线管外电极57同轴地围绕连续材料1。

如图12中所示的横截面图，外电极56也可以由多个独立的节段56a至56f组成，所述节段沿着外电极的旋转方向螺旋地延伸，从而所述各个节段不能单独地将连续材料完全包围，只能一起包围连续材料1。所述节段形的外电极56还要符合的要求是，从连续材料的横截面投影上看，外电极从视觉上紧密覆盖连续材料。应该提到的是，在所述必要的视觉上的紧密覆盖中的小中断可以在放电中被强化。在这种情况下，可以检测放电故障(并且用于过程诊断的测定)，然而，在连续材料的等离子处理过程中通常将其忽略。

此外，为了防止产生电弧放电，重要的是在磁场没有包围整个处理长度的连续材料的情况下，在放电室内提供强气流。由于强气流，气体微粒在所述区域的停滞时间短，这使得不大可能转变成电弧放电。特别是使用永磁体组件时应该想到，在强磁场区域内的连续材料上，理论上至少存在一个而实际中甚至至少存在两个轴向磁场的零交点。这些点对放电有害，这是由于强磁场的邻近区域会出现大量的载流子，这些载流子会扩散到零位，而不存在阻止电弧放电的轴向磁场。也可以通过提供穿过零位的强气流，例如大致平行于连续材料流动的强气流，以使在这些点上转变成电弧放电的可能性显著降低。

为放电路径提供放电电能脉冲促进了MRDE效应的产生，但并不是在各种情况下都必要。

借助于MRDE效应，可以在连续材料表面上以连续的方式获得小至约1W/cm²，大至不低于2kW/cm²的极高的等离子处理密度，并且没有物理中断现象发生，且放电没有在空间或时间上变得不稳定。

MRDE是一种放电形式，其中在靠近外电极的区域中产生移动(旋转)地放电情况，所述放电总是紧密的出现(因此要求连续材料至少几乎被磁场完全包围)。然而，在靠近连续材料的内部区域中，这种密封状态被“吹散”，从而不是对连续材料螺旋地进行处理，而是以平面的方式均匀地进行处理。为了实现这种靠近连续材料的放电特性，重要的是，载流子(至少是电子)的曲率半径小于或等于(由气压导致的)自由行程。

下面的特性将新的放电形式MRDE与目前已知的放电形式区分开，特别是与那些在相同压力范围内在磁场作用下产生的放电形式区分开：

通常作为电极连接的连续材料的表面被均匀地处理(辉光特性)，在非常小的功率密度下稳定地灼烧(辉光特性)，并可以连续操作直至达到kW/cm²范围内极高的处理密度(明显属于电弧放电范围)，而当耦合的功率增长时，放电分布没有任何明显变化(既不是电弧放电特性也不是辉光放电特性)。

为了产生MRDE效应，外电极必须几乎完全包围连续材料。这种情况无法用任何已知的辉光放电的电磁效应来解释。在实验中，在相同的气氛(氦气、氩气或者氮气，单位数在毫巴的范围内)和相同的气流以及使用相同的磁场组件(600mT，与连续材料的纵向平行)的条件下，对连续材料上的外电极的几何形状的影响进行了测试，所述连续材料由横截面为圆形的金属丝构成，所述金属丝的直径为1.2毫米并由非磁性的不锈钢制成。通过在一个内径为41毫米的冷却的非磁性不锈钢管的内壁上不完全地覆盖一个或两个硅玻管而制成外电极，由此使其部分绝缘。不锈钢管上露出的区域作为外电极。两个组件相比，其中在第一个组件中，露出的电极表面为在两个硅玻管之间垂直地切除8mm的长度所形成的环，从而形成一个直径为41mm高度为8mm的圆筒，作为外电极。在第二个组件中，以具有两个切口的单硅玻管覆盖不锈钢管的内表面，这两个切口限定了露出的外电极表面。所述切口为两个50mm长10mm宽的纵向切槽，并且彼此相对地设置。外电极表面的尺寸大致相同，并且外电极的总边长大致相等，从而保证两个组件中露出的电极表面处于磁场大致相同、均一的同等位置上。根据现有技术，可能会认为两个组件以相似的方式工作。然而，(在氦气，3毫巴时)观察到，在等离子电压为800V的第二组件中，电流不超过200mA，而在第一组件中，在较低的电压(大约600V)下电流就已经超过了10A，而其它条件完全相同。当以氩气作为气氛时，相似的情况在趋势上变得更明显，然而，由于氩气更强烈的趋向于电弧放电，不宜使用太高的电流。当采用氮气时，过程与采用氦气时相似，只是电弧下降电压略高。然而，由于表面的硝化作用，实验的再现性受到影响。然而，本实验清楚地证明，新的放电形式是由至少在外部空间(带电气体微粒的偏转总会导致放电块角速度的明显不同，所述偏转取决于气体微粒到连续材料的距离)范围内旋转放电状态(很可能是密封的)而引起，而不是由那些基于带电微粒在至少与容器尺寸相当的路径上的轨迹的可预测性的效果而引起，例如上述磁性效果。

Claims (46)

1.一种用于连续材料的等离子处理设备，包括至少一个可抽真空的放电室(3a)，连续材料(1)被连续地运送穿过该放电室，各放电室(3a)具有外电极(5，51-57)，所述的外电极相对连续材料电绝缘设置，还包括用于设定至少一个放电室内的气氛的装置和用于将放电能输送到放电路径(G)的供能装置(30)，所述的放电路径界定于各个独立的放电室的外电极与作为内电极的连续材料之间，其特征在于，供能装置(30)是一个以脉冲形式释放放电能的固有电流源，该电流源设置有至少一个用作储能元件的、保持放电电流持续恒定的电感(32)，所述储能元件和与之配属的放电路径(G)相连，或依次和与之配属的多个放电路径相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在一个能量输出脉冲内，至少一个电感(32)总是与正好一个放电路径(G)相连。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在能量输出脉冲间隔内完成不同放电路径的转换。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，电感(32)仅在能量输出脉冲内充电。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，电感(32)仅在能量输出脉冲间隔内充电。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，供能装置(30)具有输出限压电路(33)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，供能装置具有电子转换电路，用于将任何所需极性的能量脉冲输送给放电路径。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在至少一个供能装置的电感与至少一个放电室之间设置至少一个补偿电路，以分别抑制或补偿寄生高频效应及其影响。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述补偿电路为导线的电感或放电室和电极各自的电容。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，依次设置多个放电室，所述连续材料穿过该放电室，而不在放电室内或放电室之间产生接触。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，提供高效磁体组件(6，6’)，该磁体组件在外电极(5)的区域内产生至少为120mT的强磁场，所述磁场的方向与连续材料平行。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述磁场为400mT。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述磁场为700mT。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述高效磁体组件(6’)设计为用于产生在其整个纵向延伸过程中均匀分布的磁场。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述高效磁体组件(6’)为包围外电极并且与连续材料(1)同轴设置的线圈(63)。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述线圈设计为冷却式。

17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述线圈设计为液冷式线圈。

18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述磁体为超导电磁体。

19.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述高效磁体组件(6)设计为用于产生在其整个纵向延伸过程上不均匀分布的磁场，并且该磁场的最大值决定了连续材料处理强度的最大值。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述高效磁体组件(6)设计为永磁体组件该永磁体形成具有多边形横截面的棱柱的侧壁。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述组件由各向异性的永磁体(61)组成。

22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述组件由钕铁硼(NdFeB)永磁体制成。

23.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，设置铁轭元件(62)，其用于集中气体放电区域内永磁体装置(6)的磁场。

24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述永磁体的磁化方向沿着棱柱的横截面的径向。

25.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)在其纵向延伸上不超出磁场范围。

26.根据权利要求12至24其中之一所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)在其纵向延伸上不超出磁场范围。

27.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)在其纵向延伸上至少在一侧超出磁场范围。

28.根据权利要求12至24其中之一所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)在其纵向延伸上至少在一侧超出磁场范围。

29.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在连续材料的横截面投影上，所述外电极(5，51-55，56，57)从视觉上完全将连续材料紧密包围。

30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)界定了放电室部分。

31.根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)界定了放电室部分，并且为冷却式的。

32.根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述外电极(5)界定了放电室部分，并且为液冷式的。

33.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述外电极(5，51-57)的横截面积与连续材料(1)的最小凸起包围的横截面积之间的比例至少为4∶1。

34.根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述外电极(5，51-57)的横截面积与连续材料(1)的最小凸起包围的横截面积之间的比例至少为4∶1。

35.根据权利要求33或34所述的设备，其特征在于，所述比例至少为10∶1。

36.根据权利要求33或34所述的设备，其特征在于，所述比例至少为20∶1。

37.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，放电室内的压力设定为0.1至100毫巴。

38.根据权利要求37所述的设备，其特征在于，所述压力设定为0.5至50毫巴。

39.根据权利要求37所述的设备，其特征在于，所述压力设定为1至10毫巴。

40.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于设定气氛的装置包括前室***和/或后室***，在所述***的各室之间设有闸门开口，连续材料可以穿过所述开口，其特征在于，将至少一个闸门开口设计成通道(41)，该通道的长度与通道的内径之间的比例至少为2∶1。

41.根据权利要求40所述的设备，通道的长度与通道的内径之间的比例至少为4∶1。

42.根据权利要求40所述的设备，将所述开口设计为独立构件的特殊实施方式。

43.根据权利要求40所述的设备，其特征在于，将所述闸门设计成通道(41)，其两边均为负压并具有不同的气体成分。

44.根据权利要求40所述的设备，其特征在于，所述用于设定气氛的装置具有回收***，其中气体可以从后室回流到前室和/或压力值更高的后室。

45.根据权利要求43所述的设备，其特征在于，所述用于设定气氛的装置具有回收***，其中气体可以从后室回流到前室和/或压力值更高的后室。

46.根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述前室被划分为多个子室并且/或者后室***由多个独立的后室组成，在所述子室与后室之间分别设有闸门开口，连续材料能够被引导经由所述开口分别穿过子室和后室。

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