CN112635281A - 零部件及其封孔方法、等离子体处理装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零部件及其封孔方法、等离子体处理装置及其工作方法，该封孔方法用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层，所述等离子体处理装置零部件还包括基底，所述阳极氧化层位于基底的表面，在所述阳极氧化层的表面形成热塑性高分子涂层；形成所述热塑性高分子涂层之后，对所述等离子体处理装置零部件进行加热处理，使所述热塑性高分子涂层转化为高弹态，在所述加热处理的过程中，所述阳极氧化层产生裂纹和孔隙，所述高弹态的热塑性高分子涂层流入裂纹和孔隙内。本发明因位于所述裂纹和孔隙内、以及位于所述阳极氧化层表面的热塑性高分子涂层而具有双重防腐蚀的作用，显著提高了等离子体处理装置零部件的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置领域，具体涉及一种零部件及其封孔方法、等离子体处理装置及其工作方法。
背景技术
铝材因其具有良好的传导特性、易于制造以及可以以合理的价格得到的特点，因而广泛用作等离子体处理装置中等离子体处理装置零部件的制造材料。然而，铝材本身易于和氯气等腐蚀气体反应，引起等离子体处理装置零部件自身的腐蚀，并成为反应腔内颗粒污染物源。
为了避免腐蚀性气体对铝材的腐蚀，目前通常采用在铝材表面做阳极氧化层的保护方法，以尝试解决氯气等腐蚀性气体对铝材的腐蚀问题。铝阳极氧化是典型的电解氧化过程，即以铝材为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，利用电解作用使其表面形成多孔的阳极氧化铝涂层的过程。
但在实际应用过程中，发现在铝材表面做阳极氧化层的保护方法仍然存在被腐蚀的问题。原因在于：阳极氧化层在生产过程中大部分情况下会出现裂纹和孔隙，特别用在带一定温度区域，阳极氧化层会出现裂纹和孔隙扩散以及产生新的裂纹和孔隙。氯气等腐蚀气体会沿着裂纹渗入阳极氧化层，并最终腐蚀铝材基底，降低了等离子体处理装置零部件的抗腐蚀性能及多重可靠性，同时降低了等离子体处理装置零部件的使用范围以及寿命周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种零部件及其封孔方法、等离子体处理装置及其工作方法，以有效封住等离子体处理装置零部件表面阳极氧化层的裂纹和孔隙，并不受等离子体处理装置零部件形状和结构的限制，提高等离子体处理装置中曝露于腐蚀气体的零部件的抗腐蚀性能。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，所述等离子体处理装置零部件还包括基底，所述阳极氧化层位于基底的表面，在所述阳极氧化层的表面形成热塑性高分子涂层；形成所述热塑性高分子涂层之后，对所述等离子体处理装置零部件进行加热处理，使所述热塑性高分子涂层转化为高弹态，在所述加热处理的过程中，所述阳极氧化层产生裂纹和孔隙，所述高弹态的热塑性高分子涂层流入裂纹和孔隙内。
上述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其中，所述热塑性高分子涂层的材料包括：丙烯酸树脂或者环氧树脂。
上述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其中，当所述等离子体处理装置零部件具有气孔时，所述阳极氧化层位于所述气孔的内侧壁；所述热塑性高分子涂层的形成方法包括：提供热塑性高分子溶液；使所述热塑性高分子溶液灌入所述气孔内，在所述阳极氧化层表面制备热塑性高分子涂层。
上述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其中，所述气孔的深宽比大于等于18:1。
上述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其中，所述加热处理的温度为50℃至180℃。
本发明还提供了一种上述的用于等离子体处理装置零部件，其包括：基底；阳极氧化层，覆盖在所述基底的表面，所述阳极氧化层内具有裂纹和孔隙；热塑性高分子涂层，填充在所述裂纹和孔隙内，以及覆盖在所述阳极氧化层的表面。
上述的用于等离子体处理装置零部件，其中，所述等离子体处理装置零部件包括：安装基板、气体分配板和内衬中的一种或者多种。
本发明还提供了一种包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其包括：反应腔，所述反应腔内为等离子体环境，所述反应腔内底部具有基座，用于承载待处理基片；上述的等离子体处理装置零部件，部分位于所述等离子体环境内。
上述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其中，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括内衬；所述内衬包括侧壁环和位于侧壁环顶部向外延伸的承载环，所述侧壁环内套于反应腔的内侧壁，所述承载环承载于反应腔的侧壁上。
上述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其中，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括安装基板和气体分配板；所述安装基板设置于所述反应腔的顶部；所述气体分配板设置于所述安装基板的上方。
上述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其中，当所述等离子体处理装置零部件为安装基板时，所述安装基板具有若干个气孔，所述气孔的内侧壁具有阳极氧化层，所述阳极氧化层内具有裂纹和孔隙；位于所述裂纹和孔隙内、以及位于所述阳极氧化层表面的热塑性高分子涂层。
本发明还提供了一种等离子体处理装置的工作方法，其包括：提供上述的等离子体处理装置；提供待处理基片；将所述待处理基片置于基座上，对所述待处理基片的表面进行等离子体处理工艺。
上述的等离子体处理装置的工作方法，其中，所述等离子体处理工艺的温度为：50℃-160℃。
上述的等离子体处理装置的工作方法，其中，在所述等离子体处理工艺的过程中，所述阳极氧化层产生新的裂纹和孔隙，所述热塑性高分子涂层动态修复所述新的裂纹和孔隙。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法中，通过将热塑性高分子涂层涂覆在阳极氧化层表面，在加热的作用下，所述热塑性高分子涂层由玻璃态转变为高弹态，所述高弹态的热塑性高分子涂层具有良好的流动性，使热塑性高分子涂层能够流入阳极氧化层内的裂纹和孔隙内，因此，能够实现对阳极氧化层裂纹和孔隙的填充。
进一步，阳极氧化层裂纹和孔隙填充方案不受等离子体处理装置零部件形状的限制，比如，所述等离子体处理装置零部件内具有若干个气孔，所述气孔的内侧壁覆盖有阳极氧化层。通过灌入方式在所述阳极氧化层表面形成热塑性高分子涂层，以密封所述阳极氧化层内的裂纹和孔隙。由此可见，热塑性高分子涂层不仅可以完全覆盖这种孔径小、深度大的气孔内壁，而且可以封住阳极氧化层的裂纹和孔隙，提高了具有气孔的等离子体处理装置零部件的抗腐蚀性能。
本发明提供的等离子体处理装置的工作方法中，所述阳极氧化层因等离子体处理工艺的高温工艺会产生新的裂纹和孔隙，而所述热塑性高分子涂层在等离子体处理工艺的高温环境下又变为高弹态，所述高弹态的热塑性高分子涂层具有良好的流动性，使热塑性高分子涂层能够不断渗透进入阳极氧化层新产生的裂纹和孔隙，因此，热塑性高分子涂层能够实现对阳极氧化层的在线动态修复。并且，还能够实现热塑性高分子涂层的自我修复，确保使用过程中热塑性高分子涂层在零件表面的全覆盖。本发明所提供的封孔方法工艺简单，易实施，成本低，可广泛应用于等离子体处理装置零部件的加工制作。
附图说明
图1为本发明用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法的流程图；
图2至图3是本发明用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法各步骤的结构示意图；
图4为等离子体处理装置零部件的阳极氧化层在封孔前表面形态的扫描电子显微镜照片；
图5为等离子体处理装置零部件的阳极氧化层在封孔后表面形态的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
应用于等离子体处理装置中的等离子体处理装置零部件包括基底1以及位于基底1表面的阳极氧化层2，阳极氧化层2在生产过程中大部分情况下会出现裂纹和孔隙2’，特别在等离子体处理工艺的高温工艺，阳极氧化层2还会出现裂纹和孔隙2’的扩散以及产生新的裂纹和孔隙2’，所述基底1通常为铝材或铝合金材料，氯气等腐蚀性气体会渗入阳极氧化层2内的裂纹和孔隙2’，会进而导致等离子体处理装置零部件的基底1腐蚀，最终严重缩短等离子体处理装置零部件的使用寿命。
针对这一问题，如图1所示，本发明提供了一种用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层2的封孔方法，等离子体处理装置零部件在进行本发明封孔方法前的结构如图2所示，该封孔方法包括以下步骤：步骤S1：在所述阳极氧化层2的表面形成热塑性高分子涂层3；步骤S2：形成所述热塑性高分子涂层3之后，对所述等离子体处理装置零部件进行加热处理，使所述热塑性高分子涂层3由玻璃态转化为高弹态，在所述加热处理的过程中，所述阳极氧化层2产生裂纹和孔隙2’，所述高弹态的热塑性高分子涂层3具有良好的流动性，使热塑性高分子涂层3能够流入阳极氧化层2内的裂纹和孔隙2’内，因此，能够实现对阳极氧化层2裂纹和孔隙2’的填充，完成封孔后的等离子体处理装置零部件的结构如图3所示。为了验证这一结论，图4和图5分别展示了等离子体处理装置零部件的阳极氧化层2封孔前后表面形态的扫描电子显微镜照片，由图可知，热塑性高分子涂层3经加热处理后实现了对等离子体处理装置零部件的阳极氧化层2裂纹和缝隙的有效填充。
进一步，所述热塑性高分子涂层3的材料优选包括具有热塑性的丙烯酸树脂或者环氧树脂。具有热塑性的丙烯酸树脂或者环氧树脂分子较小，且粘度低，使得热塑性高分子涂层3不仅能够覆盖于阳极氧化层2的表面，还能够渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内，填满所述裂纹和孔隙2’，利于涂覆工艺的实施，而且价廉易得，使得其具有较高的推广应用价值。
进一步，形成所述热塑性高分子涂层3之后，对所述等离子体处理装置零部件进行加热处理的温度控制在50℃至180℃。当加热处理的温度低于50℃时，热塑性高分子涂层3不会由玻璃态转化为高弹态，进而无法覆盖于阳极氧化层2的表面，以及无法渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内；当加热处理的温度高于180℃时，热塑性高分子涂层3会因温度过高而分解掉，同样无法覆盖于阳极氧化层2的表面，以及无法渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内。只有加热处理的温度控制在50℃至180℃之间时，使得热塑性高分子涂层3不仅能够覆盖于阳极氧化层2的表面，还能够渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内，填满所述裂纹和孔隙2’。
进一步，阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案不受等离子体处理装置零部件形状的限制。例如，当所述等离子体处理装置零部件具有气孔时，所述阳极氧化层2位于所述气孔的内侧壁；所述热塑性高分子涂层3的形成方法包括：提供热塑性高分子溶液；使所述热塑性高分子溶液灌入所述气孔内，在所述阳极氧化层2表面制备热塑性高分子涂层3，以密封所述阳极氧化层2内的裂纹和孔隙2’。由此可见，热塑性高分子涂层3不仅可以完全覆盖这种孔径小、深度大的气孔内壁，而且可以封住阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’，提高了具有气孔的等离子体处理装置零部件的抗腐蚀性能。
进一步，为了使所述热塑性高分子溶液更易灌入所述气孔内，能够完全覆盖于阳极氧化层2的表面，还能够渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内，所述等离子体处理装置零部件的气孔的深宽比优选为大于等于18:1，比如，对于等离子体处理装置零部件上的深度为36mm，且直径为3mm的气孔，氧化钇或特氟龙很难覆盖该气孔的内侧壁，而采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案通过直接灌入的方式便可在气孔内侧壁上的阳极氧化层2表面形成热塑性高分子涂层3，并密封所述阳极氧化层2内的裂纹和孔隙2’。
进一步，本发明还提供了一种上述的用于等离子体处理装置零部件，包括：基底1；覆盖在所述基底1表面的阳极氧化层2，所述阳极氧化层2内还具有裂纹和孔隙2’；填充在所述裂纹和孔隙2’内，以及覆盖在所述阳极氧化层2表面的热塑性高分子涂层3。热塑性高分子涂层3的分子较小，且粘度低，使得热塑性高分子涂层3不仅能够覆盖于阳极氧化层2的表面，还能够渗透进入阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’内，填满所述裂纹和孔隙2’。因此，即便是阳极氧化层2表面的热塑性高分子涂层3被刮伤暴露出阳极氧化层2，由于所述裂纹和孔隙2’被热塑性高分子涂层3填满，使得腐蚀性气体也难以通过裂纹和孔隙2’接触零部件的本体，能够避免等离子体处理装置零部件本体受到腐蚀，因而位于所述裂纹和孔隙2’内、以及位于所述阳极氧化层2表面的热塑性高分子涂层3具有双重防腐蚀的作用。
进一步，所述等离子体处理装置零部件包括：安装基板、气体分配板和内衬中的一种或者多种。通过在安装基板、气体分配板或内衬表面采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理后，使得暴露于腐蚀气体环境下的安装基板、气体分配板或内衬具有所述的双重防腐蚀作用。
等离子体处理装置零部件基底1上方涂层的抗腐蚀性可以采用一种称为“氢气气泡测试”的方法来测试。具体而言，此测试的目的是通过测量基底1上方涂层被施加于其表面上的盐酸所冲破的时间来推断基底1上方涂层的完整性。在该气泡测试中，当基底1上方涂层失效时，盐酸直接与基底1上方涂层反应，产生氢气气泡，直到产生连续的氢气气泡的时间被确定。
为了验证等离子体处理装置零部件经本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理后的抗腐蚀性能，对一等离子体处理装置零部件基底1表面的阳极氧化层2的一部分采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理，另一部分不采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理；之后再对该等离子体处理装置零部件进行氢气气泡测试。实验结果表明，和未采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理的基底1上方涂层相比，经本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理后的基底1上方涂层的失效时间从0.1小时增加至28小时，由此说明，本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案显著提高了等离子体处理装置零部件的抗腐蚀性能。
进一步，本发明还提供了一种包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，包括：反应腔，所述反应腔内为等离子体环境，所述反应腔内底部具有基座，用于承载待处理基片；上述的等离子体处理装置零部件，部分位于所述等离子体环境内。所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括内衬；所述内衬包括侧壁环和位于侧壁环顶部向外延伸的承载环，所述侧壁环内套于反应腔的内侧壁，所述承载环承载于反应腔的侧壁上。所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括安装基板和气体分配板；所述安装基板设置于所述反应腔的顶部；所述气体分配板设置于所述安装基板的上方。本发明所提供的等离子体处理装置因为使用了经本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理后的等离子体处理装置零部件，所以有效避免了腐蚀问题。
进一步，当所述等离子体处理装置零部件为安装基板时，所述安装基板具有若干个气孔，所述气孔的内侧壁具有阳极氧化层2，所述阳极氧化层2内具有裂纹和孔隙2’；位于所述裂纹和孔隙2’内、以及位于所述阳极氧化层2表面的热塑性高分子涂层3。在对安装基板采用本发明阳极氧化层2裂纹和孔隙2’填充方案处理时，可以直接通过灌入的方式在所述阳极氧化层2表面形成热塑性高分子涂层3，以密封所述阳极氧化层2内的裂纹和孔隙2’。由此可见，热塑性高分子涂层3不仅可以完全覆盖这种孔径小、深度大的气孔内壁，而且可以封住阳极氧化层2的裂纹和孔隙2’，提高了安装基板的抗腐蚀性能。
进一步，本发明还提供了一种等离子体处理装置的工作方法，包括：提供上述的等离子体处理装置；提供待处理基片；将所述待处理基片置于基座上，对所述待处理基片的表面进行等离子体处理工艺。一般情况下。所述等离子体处理工艺的温度为：50℃-160℃。所述阳极氧化层2因等离子体处理工艺的高温工艺会产生新的裂纹和孔隙2’，而所述热塑性高分子涂层3在等离子体处理工艺的高温环境下又变为高弹态，所述高弹态的热塑性高分子涂层3具有良好的流动性，使热塑性高分子涂层3能够不断渗透进入阳极氧化层2新产生的裂纹和孔隙2’，因此，热塑性高分子涂层3能够实现对阳极氧化层2的在线动态修复。并且，还能够实现热塑性高分子涂层3的自我修复，确保使用过程中热塑性高分子涂层3在零件表面的全覆盖。
综上所述，热塑性高分子涂层的分子较小，且粘度低，使得热塑性高分子涂层不仅能够覆盖于阳极氧化层的表面，还能够渗透进入阳极氧化层的裂纹和孔隙内，填满所述裂纹和孔隙。因此，即便是阳极氧化层表面的热塑性高分子涂层被刮伤暴露出阳极氧化层，由于所述裂纹和孔隙被热塑性高分子涂层填满，使得腐蚀性气体也难以通过裂纹和孔隙接触零部件的本体，能够避免等离子体处理装置零部件本体受到腐蚀，因而位于所述裂纹和孔隙内、以及位于所述阳极氧化层表面的热塑性高分子涂层具有双重防腐蚀的作用。等离子体处理装置在高温工艺的过程中，就算阳极氧化层产生新的裂纹和孔隙，再次转化为高弹态的热塑性高分子涂层能够不断自动渗透进入新的裂纹和孔隙，因此，热塑性高分子涂层能够实现对阳极氧化层的在线动态修复。并且，还能够实现热塑性高分子涂层的自我修复，确保使用过程中热塑性高分子涂层在零件表面的全覆盖。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。
Claims (14)
1.一种用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，所述等离子体处理装置零部件还包括基底，所述阳极氧化层位于基底的表面，其特征在于，在所述阳极氧化层的表面形成热塑性高分子涂层；形成所述热塑性高分子涂层之后，对所述等离子体处理装置零部件进行加热处理，使所述热塑性高分子涂层转化为高弹态，在所述加热处理的过程中，所述阳极氧化层产生裂纹和孔隙，所述高弹态的热塑性高分子涂层流入裂纹和孔隙内。
2.如权利要求1所述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其特征在于，所述热塑性高分子涂层的材料包括：丙烯酸树脂或者环氧树脂。
3.如权利要求1所述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其特征在于，当所述等离子体处理装置零部件具有气孔时，所述阳极氧化层位于所述气孔的内侧壁；所述热塑性高分子涂层的形成方法包括：提供热塑性高分子溶液；使所述热塑性高分子溶液灌入所述气孔内，在所述阳极氧化层表面制备热塑性高分子涂层。
4.如权利要求3所述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其特征在于，所述气孔的深宽比大于等于18:1。
5.如权利要求1所述的用于等离子体处理装置零部件的阳极氧化层的封孔方法，其特征在于，所述加热处理的温度为50℃至180℃。
6.一种如权利要求1至权利要求5任一项所述用于等离子体处理装置零部件，其特征在于，包括：
基底；
阳极氧化层，覆盖在所述基底的表面，所述阳极氧化层内具有裂纹和孔隙；
热塑性高分子涂层，填充在所述裂纹和孔隙内，以及覆盖在所述阳极氧化层的表面。
7.如权利要求6所述的用于等离子体处理装置零部件，其特征在于，所述等离子体处理装置零部件包括：安装基板、气体分配板和内衬中的一种或者多种。
8.一种包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其特征在于，包括：反应腔，所述反应腔内为等离子体环境，所述反应腔内底部具有基座，用于承载待处理基片；如权利要求6所述的等离子体处理装置零部件，部分位于所述等离子体环境内。
9.如权利要求8所述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括内衬；所述内衬包括侧壁环和位于侧壁环顶部向外延伸的承载环，所述侧壁环内套于反应腔的内侧壁，所述承载环承载于反应腔的侧壁上。
10.如权利要求8所述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置时，等离子体处理装置零部件包括安装基板和气体分配板；所述安装基板设置于所述反应腔的顶部；所述气体分配板设置于所述安装基板的上方。
11.如权利要求10所述的包含等离子体处理装置零部件的等离子体处理装置，其特征在于，当所述等离子体处理装置零部件为安装基板时，所述安装基板具有若干个气孔，所述气孔的内侧壁具有阳极氧化层，所述阳极氧化层内具有裂纹和孔隙；位于所述裂纹和孔隙内、以及位于所述阳极氧化层表面的热塑性高分子涂层。
12.一种等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，包括：提供权利要求8所述的等离子体处理装置；提供待处理基片；将所述待处理基片置于基座上，对所述待处理基片的表面进行等离子体处理工艺。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，所述等离子体处理工艺的温度为：50℃-160℃。
14.如权利要求13所述的等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，在所述等离子体处理工艺的过程中，所述阳极氧化层产生新的裂纹和孔隙，所述热塑性高分子涂层动态修复所述新的裂纹和孔隙。
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