CN102291924A - 一种新型等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种新型等离子体处理装置，整体处于负压环境，其包含自内而外相嵌套的内管、绝缘管和外管，其中内管接高频电源，外管接地，该两者均为金属管，且两者由中间的绝缘管隔开绝缘；该处理装置的三层套管结构一端设为气源接口，另一端封闭，且处理装置穿透内管、绝缘管及外管设有至少一个排孔，该排孔相对待处理材料的距离满足等离子体中电子或离子自我消除，仅保留激发态粒子。本发明等离子体处理装置的应用实施，在相同的放电功率下，该结构喷射出的等离子体粒子能量高，粒子浓度大，更适合一些较难处理的材料；由于具备远程优势，副反应较少，处理目的较纯，减少了对材料表明的损伤，同时热应力较低，该结构可以对敏感材料进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对材料进行表面物理化学处理的装置，尤其涉及一种应用于干式气相反应、提供高能高密度等离子气流的喷枪装置。
背景技术
低温等离子体表面处理工艺是指在负压下（一般为几十帕），对一定的气体施加高频电场，使其激发成等离子体状态。等离子体作为物质的第四态，其中包含大量的电子，离子及自由基等活性粒子，这些活性粒子碰撞到被处理物体的表面，会发生相应的物理或化学反应，使材料表面的性质发生变化或是赋予新的功能，以达到其处理目的，满足实际应用的需要。
相比传统的材料表面处理方法，等离子体处理具有以下几个优点：1．等离子体处理材料表面属于干式工艺，有别于常规的液相处理方法，不对环境造成污染，清洁环保；2．等离子体反应速度较快，处理效率较高，所以能耗相对较小，处理成本较低；3．等离子体处理仅涉及到材料表面，不影响被处理材料本身的性能；4．等离子体处理应用场合较为广泛，由于其特有的气相反应工艺，低温等离子体大量应用在精密元器件的表面处理领域。
目前国内低温等离子体应用还较大地落后于国外发达国家，但市场前景较为可观。然而在传统的等离子体处理中，由于等离子体包含内容的多样性，所以其对处理对象的表面处理反应并不单一。例如等离子体中的激发态粒子由于所含能量较高，其碰撞到材料或单体气体后能够打断某些共价键而使其产生自由基，进而发生一系列的接枝、聚合反应，使材料表面形成所需官能基团。而同样存在于等离子体中的其他粒子（如电子，离子等）也在时刻轰击着材料表面，使之发生降解，刻蚀等副作用，破坏了材料表面，影响了处理效果。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种新型等离子体处理装置，拓展等离子体针对某些敏感材料或大面积材料的应用范围，优化等离子体中电子或离子等副反应对处理效果的影响，节省成本。
本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：
一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置整体处于负压环境，其包含自内而外相嵌套的内管、绝缘管和外管，其中内管接高频电源，外管接地，该两者均为金属管，且两者由中间的绝缘管隔开绝缘；所述处理装置的三层套管结构一端设为气源接口，另一端封闭，且处理装置穿透内管、绝缘管及外管设有至少一个排孔，所述排孔相对待处理材料的距离满足等离子体中电子或离子自我消除，仅保留激发态粒子。
进一步地，所述排孔为绝缘管孔径相对内、外管孔径呈收缩状的射流结构。
进一步地，所述处理装置的三层套管结构上轴向延伸排列设有两个以上排孔；或者所述处理装置的三层套管结构上轴向错位排列设有两个以上排孔；又或者所述处理装置的三层套管结构上沿同一径向平面排列设有两个以上排孔。
进一步地，所述处理装置设有用于驱动自身径向移动、对大面积待处理材料进行等离子体表面处理的。
较之于常规等离子体处理装置，本发明等离子体处理装置的应用实施，其突出效果为：
在相同的放电功率下，该结构喷射出的等离子体粒子能量高，粒子浓度大，更适合一些较难处理的材料；由于具备远程优势，该结构处理材料的副反应较少，处理目的较纯，减少了对材料表明的损伤，同时热应力较低，该结构可以对敏感材料进行处理。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是本发明等离子体处理装置的径向剖视截面图；
图2是图1所示排孔的放大示意图。
具体实施方式
面对背景技术中所述等离子体存在的表面处理弊端，通常选择远程等离子体表面处理工艺。所谓远程，是指将被处理物远离等离子体的直接产生区域。由于等离子体中所含的各物质其寿命并不相同，其中电子，离子的消失速率均为10-7 cm3/s，而起到关键作用的激发态粒子的消失速率为10-33 cm3/s，故高能的激发态粒子寿命较长。将等离子体适当引出产生区域（即放电区域）能够很好的去除掉寿命短的电子、离子等，而保留寿命长的高能粒子，这样便将电子、离子等的有害影响降到最低，从而使反应更加顺利纯净。
本发明为一种低温等离子体处理材料表面的结构，又称空心阴极结构。该结构激发出的等离子体具有粒子能量大，粒子浓度高，且无刻蚀等副反应的存在，是理想的低温等离子体表面处理装置。
如图1和图2所示，该等离子体处理装置整体处于负压环境，从内到外共三个管状物组成，其中外管1和内管3为金属管，中间绝缘管2将内管3与外管1隔开，各管套嵌套在一起。该三层套管结构一端设为气源接口，另一端封闭，且处理装置穿透内管、绝缘管及外管设有至少一个排孔6，所述排孔相对待处理材料的距离满足等离子体中电子或离子自我消除，仅保留激发态粒子。结合附图来看，待处理材料5放置于载物台4之上，上述距离即为排孔6相对待处理材料5的距离。反应气体7从内管3后侧进入，前侧密封，使气体从管下端的排孔喷出。
进一步来看，排孔（即喷口）设计为射流结构，使其喷射效果最佳。外管接地充当阳极，内管接高频电源充当阴极，由于中间绝缘管的阻挡，电场更多的分布在无绝缘阻隔的排孔处，反应气体流过此处即变成高能量的等离子体，将待处理材料放置于排孔之下，喷出的等离子体对其进行表面处理。由于处理区域远离了放电区域，故该结构同时具备远程等离子体的优点。
在通单体气进行聚合接枝的工艺要求下，可将单体管置于等离子体喷排孔之下，有效避免了高频电源对单体管的直接作用，可提高聚合沉积的质量，同时单体气不会污染侵蚀电极。
除上述图示的实施例外，该结构升级空间较大，通过适当改变排孔的位置、大小、数量，使其适用于某些特殊材料的场合。具体来看可行的方案包括该处理装置的三层套管结构上轴向延伸排列设有两个以上排孔；或者该处理装置的三层套管结构上轴向错位排列设有两个以上排孔；又或者该处理装置的三层套管结构上沿同一径向平面排列设有两个以上排孔。例如有些材料只有某个部分或某几个部分需要处理，其他部分不应接受处理，故可将喷口对准于需处理部位即可实现。同时，该结构管状物适当加长，同时径向移动，可以进行大面积材料的等离子体表面处理，以便工业化应用。
较之于常规等离子体处理装置，本发明等离子体处理装置的应用实施，其突出效果为：在相同的放电功率下，该结构喷射出的等离子体粒子能量高，粒子浓度大，更适合一些较难处理的材料；由于具备远程优势，该结构处理材料的副反应较少，处理目的较纯，减少了对材料表明的损伤，同时热应力较低，该结构可以对敏感材料进行处理。
Claims (6)
1.一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置整体处于负压环境，其包含自内而外相嵌套的内管、绝缘管和外管，其中内管接高频电源，外管接地，该两者均为金属管，且两者由中间的绝缘管隔开绝缘；所述处理装置的三层套管结构一端设为气源接口，另一端封闭，且处理装置穿透内管、绝缘管及外管设有至少一个排孔，所述排孔相对待处理材料的距离满足等离子体中电子或离子自我消除，仅保留激发态粒子。
2.根据权利要求1所述的一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述排孔为绝缘管孔径相对内、外管孔径呈收缩状的射流结构。
3.根据权利要求1所述的一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置的三层套管结构上轴向延伸排列设有两个以上排孔。
4.根据权利要求1所述的一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置的三层套管结构上轴向错位排列设有两个以上排孔。
5.根据权利要求1所述的一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置的三层套管结构上沿同一径向平面排列设有两个以上排孔。
6.根据权利要求1所述的一种新型等离子体处理装置，其特征在于：所述处理装置设有用于驱动自身径向移动、对大面积待处理材料进行等离子体表面处理的驱动模块。
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