用于感应加热的保护系统技术方案

本发明专利技术涉及用于保护感应加热部件的保护系统，其中该感应加热部件包括感应线圈和将所述感应线圈连接到电源的连接元件，所述保护系统包含选自由聚酰亚胺绝缘材料、硅橡胶绝缘材料、PTFE绝缘材料和PVC绝缘材料组成的绝缘材料组的绝缘材料，以及任选的热绝缘装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感应加热的保护系统专利
本专利技术涉及用于物质(例如金属)的感应加热的部件以防止电火花和电弧放电以及防止等离子体攻击和辐射热造成的磨损的保护系统。专利技术背景物质的感应加热、更特别是金属的加热，如物理气相沉积(PVD)法中一种或多种金属或金属合金的加热与熔融，可能在具有不同电势的设备部件之间产生不期望的火花和电弧放电。火花和电弧放电的出现取决于感应加热中使用的电压和电流、工艺部件的几何形状、工艺气体压力与组成、以及与挥发性体系组分相关的气体分压和组成。火花指的是发生在具有大的电势差的两个位置之间的破坏性放电。火花之前是路径的电离。电弧放电指的是具有高电流密度和低电势梯度的发光的气体放电。主要通过在其之间发生电弧放电的设备部件的某些材料的蒸发来提供保持大电流所必需的电离。就PVD而言，火花和电弧放电均可破坏设备，将造成停工并由此对产率不利。可能造成对设备部件的破坏的另一因素是产生等离子体。在其中存在电势差并由此产生电场的点之间发生等离子体形成。电场强度、气体的导电性和气体对电离作用的敏感性越高，越容易形成等离子体。气体导电性及其对电离作用的敏感性取决于气体组成、气体的压力和存在电势差的点之间的距离。等离子体可磨损为了防止火花或电弧放电而施加的保护涂层，由此提高它们发生的风险。最后，用感应加热实现的温度，例如坩埚中的熔融金属的温度，会产生由辐射造成的破坏。此类破坏可例如是对为了防止火花或电弧放电而施加的保护涂层的破坏。尽量减少感应线圈的火花风险的一种方法是将坩埚和感应线圈放置在真空室外，在大气条件下。在这种情况下，火花将仅发生在数千伏特的极高电势差下，参见F.Paschen,“UeberdiezumFunkenüberganginLuft,WasserstoffundbeiverschiedenenDruckenerforderlichePotentialdifferenz,AnnalenderPhysik273(5):69-75”。但是，由于引入了对可以处理坩埚隔室与真空室其余部分的高温差的真空密封的要求，将感应线圈与坩埚放置在真空室外部使该方法显著复杂化。由此产生的设置与采用改进的线圈系统相比需要更大的投资。专利技术目的本专利技术的一个目的在于提供用于物质的感应加热中所用部件的保护系统以防止火花。本专利技术的另一目的在于提供用于物质的感应加热中使用的部件的保护系统，其防止电弧放电。本专利技术的另一目的在于提供用于物质的感应加热中使用的部件的保护系统以防止或尽量减少等离子体的形成。本专利技术的另一目的在于提供用于物质的感应加热中使用的部件的保护系统，其防止由辐射热造成的破坏。本专利技术的另一目的在于提供用于物质的感应加热中使用的部件的保护系统，其可以容易地施加。本专利技术的再一目的在于提供用于物质的感应加热中使用的部件的低成本保护系统。专利技术详述在一系列实验中，已经确定，发生火花时的击穿电压取决于用于PVD的室中的压力、感应加热系统的设置、加热部件的形状与尺寸以及材料类型和电场类型(AC/DC)。在将锌物理气相沉积到基材上的试验中进一步确定了在室中发生火花时的击穿电压是因为蒸发过程中真空室内的小的压力升高。然而，为了产生足够大的金属蒸气的连续供应，粉末需要处于在没有任何保护措施的情况下容易发生火花和电弧放电的水平下。火花会从电源汲取大量能量，甚至使得电源的过载系统将断开，将电源一道关闭。通过从加热的部件表面发射热电子(这会导致该点处气体导电性的提高)，提高了火花的风险。根据本专利技术的第一方面，通过提供用于保护感应加热部件的保护系统实现了本专利技术的一个或多个目的，其中该感应加热部件包括感应线圈和将该感应线圈连接到电源的连接元件，该保护系统包含施加到部件上的绝缘材料，其中该绝缘材料选自由聚酰亚胺绝缘材料、硅橡胶绝缘材料、聚四氟乙烯(PTFE)绝缘材料和聚氯乙烯(PVC)绝缘材料组成的绝缘材料组。在这些绝缘材料中，该聚酰亚胺绝缘材料能够经受最高的温度。术语聚酰亚胺绝缘材料指的是指包含聚酰亚胺或由聚酰亚胺组成的绝缘材料。对于其它提及的绝缘材料，相同的表述适用于这些绝缘材料各自部分或完全地由特定材料组成。在使用真空室的感应加热系统中，如用于所考虑的PVD系统的感应加热系统，该感应加热部件可以位于该真空室内部或外部。当感应加热部件位于真空室内部时，提供通孔装置以便穿过真空室壁将该该真空室内的感应加热部件连接到电源上。这些通孔装置是该连接元件的一部分。通过使用所述绝缘材料之一作为施加到部件表面上的绝缘材料，在很大程度上防止了火花和电弧放电的发生。在试验中已经表明，通过使用聚酰亚胺绝缘材料，获得了非常好的结果。聚酰亚胺绝缘材料的性质使得其提供了：-防止火花/电弧放电的低导电性，-与上方的绝缘层相比的高导热性，-与该感应加热部件良好的热接触，-防止绝缘材料开裂或疲劳的柔性，和-高击穿电压或介电强度。根据本专利技术的另一方面，聚酰亚胺是热固性聚酰亚胺。该聚酰亚胺绝缘材料可以以绝缘胶带形式施加，但是优选该聚酰亚胺以热固性涂层形式施加。以这种方式，获得紧密贴合该感应加热部件而不留下任何自由空间并具有与该感应加热部件的良好热接触的聚酰亚胺绝缘涂层。涂有聚酰亚胺绝缘涂层的线圈已经证实能够承受在0.001Pa-2KPa的空气压力范围内1000VRMS的施加的AC电势差和最高6kA的电流，并且具有8毫米的连接器的间距。这超过了在线圈表面上没有绝缘材料时能实现的电势差的两倍。由于该绝缘材料暴露于来自PVD法中所用金属的熔融与蒸发的辐射热，因此该绝缘材料可能被磨损并可能最终开裂。同样由于高电势差，将产生等离子体，该等离子体可能是由感应线圈的方位电场引起的电感耦合等离子体(ICP)或由感应线圈的轴向电场引起的电容耦合等离子体(CCP)。该等离子体，更特别为该ICP，最终将引起该绝缘材料的劣化，再次导致火花/电弧放电。为了防止辐射热和等离子攻击造成的磨损，对该感应加热部件提供热绝缘材料。优选地，至少在部件与被感应加热加热的物体之间提供该热绝缘材料。但是，该热绝缘材料优选围绕该绝缘材料作为第二层施加。根据本专利技术的又一方面，该热绝缘材料包括耐热材料和用于该耐热材料的载体。用于该耐热材料的载体并不是非常重要，只要其至少能够承受提高的温度。尽管感应线圈由中空管制成，冷却液经此循环，但在外部的温度可以提高至充分高于该冷却液温度。该载体可以包含矿物棉，其中该矿物棉可以是玻璃棉或岩棉。根据本专利技术的又一方面，该耐热材料是施加到载体的陶瓷材料。该陶瓷材料例如是氧化镁基陶瓷材料。此类氧化镁基陶瓷材料的特性包括：-高温性能，和-低导电性。该氧化镁基陶瓷材料优选以糊料形式施加到载体材料，这使得能够容易地施加。已经看出，即使采用具有绝缘材料的第一层和提供热绝缘的第二层的层状保护系统，当使用高电压时，仍然可能产生电感耦合等离子体。根据本专利技术的又一方面，对感应加热部件提供用于自由载流子的捕集系统。此类捕集系统可以是包含跟随至少一部分该感应线圈的匝的导电元件的系统。根据本专利技术的又一方面，自由载流子的捕集系统包含设置在感应线圈径向上并平行于该感应线圈的轴的一个或多个导电元件。结果表明，采用此类元件，例如平板，可以在再次发生电感耦合等离子体之前显著提高施加到该感应线圈的电压和电流。通过将该自由载流子捕本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于感应加热部件的保护系统，其中所述感应加热部件包括感应线圈和将所述感应线圈连接到电源的连接元件，所述保护系统包含施加到部件的绝缘材料，其特征在于所述绝缘材料选自由聚酰亚胺绝缘材料、硅橡胶绝缘材料、PTFE绝缘材料和PVC绝缘材料组成的绝缘材料组。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.27 EP 13000991.31.用于感应线圈(1)和将所述感应线圈(1)连接到电源的连接元件的保护系统，所述保护系统包含绝缘材料，其特征在于所述绝缘材料是聚酰亚胺绝缘材料，其中所述聚酰亚胺绝缘材料以热固性涂层形式施加，其中对感应加热中使用的部件提供用于自由载流子的捕集系统。2.如权利要求1所述的保护系统，其中提供热绝缘材料。3.如权利要求2所述的保护系统，其中在感应线圈和被感应加热所加热的物体之间提供所述热绝缘材料。4.如权利要求3所述的保护系统，其中所述热绝缘材料包括耐热材料和用于所述耐热材料的载体。5.如权利要求4所述的保护系统，其中用于所述耐热材料的载体包含矿物棉。6.如权利要求5所述的保护系统，其中所述矿物棉是玻璃棉。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·科曼德尔，E·佐斯特博尔根，T·F·J·马尔曼，
申请(专利权)人：塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL