大气压等离子体组件制造技术

一种大气压等离子体发生组件（１００）含有一个机身，包括一个反应剂引入装置，一个处理气体引入装置，和适合等离子体生成的一个或多个并列电极排列。每个电极排列包括至少一个部分电介质镀层的电极（３，４），所述装置适合于使得一种处理气体和雾化液体或引入所述装置中的固态反应剂的排放的唯一方法是通过前述的电极（３，４）的等离子体区域（６）。该装置适合于相对一个衬底（１）移动，基本上靠近前述的电极最外面的端点（２３）。该装置还可以包括一个包围等离子体生成装置的抽取单元，包括一个抽取机身（８），适合于将装置与外部大气隔离以及提供一个去除废处理气体、反应剂和副产物的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及大气压等离子体组件以及用所述组件处理一个衬底的方法。
技术介绍
当物质被持续给予能量时，它的温度升高并且典型地从固体转变成液体，然后变成气体。持续施加能量导致系统经历进一步的状态变化，其中气体的中性原子或分子被高能碰撞打碎，生成带负电荷的电子、正或负离子以及其它物质。这种带电物质的混合物显示出的集体行为称作“等离子体”，即物质的第四态。由于它们的电荷，等离子体能够受到外部电磁场的极大影响，使得它们容易控制。此外，它们的高内能允许它们能够处理物质的其它状态，这对使用液体或气体处理来说是不可能或者很难。术语“等离子体”包含巨大范围的系统，它的密度和温度有许多数量级的变化。一些等离子体非常热，它们所有的微观物质(离子，电子，等)近似热平衡，输入到系统中的能量通过原子/分子级碰撞广泛地分布。然而，其它等离子体，尤其在低压下(例如100Pa)碰撞相对较少发生，在很广的不同温度下具有组成物质，称作“非热平衡”等离子体。在这些非热能等离子体中，自由电子非常的热，温度为好几千热力学温度(K)而中性和离子物质保持为冷的。由于自由电子几乎具有负质量，整个系统的焓比较低，等离子体工作在接近于室温，这样允许处理对温度敏感材料，例如塑料或聚合物，而没有对其加上破坏性热负荷。通过高能碰撞，热电子引起丰富的自由基和激发物质源，它们具有适合于深刻的化学和物理活性的高化学势能。正是这种低温工作加上高活性的组合使得非热能等离子体在技术上非常重要，并是一个用于制造和材料处理的强有力工具，适合于处理没有等离子体时需要非常高的温度或有害和侵蚀性化学制品的场合。对于等离子体技术的工业应用，一个方便的方法是将电磁功率耦合进处理气体中，它可以是气体和蒸汽的混合物，待处理的工件/样品在其中浸入或经过。气体被电离变成等离子体，生成与样品表面反应的化学自由基，紫外线和离子。通过正确地选择处理气体组分，驱动功率频率，功率耦合模式压力和其它控制参数，等离子体处理可以设计成满足制造者所需的具体应用。由于等离子体巨大的化学和热范围，它们适合于许多技术应用。非热平衡等离子体对表面激活、表面清洗、材料刻蚀和表面镀层尤其有效。聚合物材料的表面激活是一种由汽车工业首先使用的广泛应用的工业等离子体技术。这样，例如由于再循环用途而受到欢迎的聚烯烃，如聚乙烯和聚丙烯，具有非极性的表面从而很难涂覆或粘合。然而，用氧等离子体处理导致形成表面极性基，引起高润湿性，从而具有对金属涂料.、粘合剂或其它镀层具有优异的覆盖和粘着性。因此，在车辆仪表板、仪表板、保险杆等的制造中，以及在玩具及类似工业中的组件组装中，等离子体表面工程正变得越来越重要。在对聚合物、塑料、陶瓷/无机、金属和其它材料的所有几何形状的组件的印刷、涂漆、粘合、层压和常规镀层中，可以获得许多其它应用。世界范围内环境立法的渗透和强度的增加，对工业上减少或消除在制造过程中使用溶剂和其它湿法化学制品，尤其对组件/表面清洗来说，正产生巨大压力。尤其是，基于CFC的脱脂操作已经大量地被等使用氧气、空气和其它无毒气体工作的离子体清洗技术所代替。结合基于水的预清洗操作和等离子体应用，允许清洗甚至非常严重污染的组件，得到的表面优于传统方法得到的表面。任何有机表面污染通过室温等离子体迅速清除，转化成能够安全排放的气体CO2和水。等离子体还能够实现刻蚀体材料，例如用于从那里去除不想要的材料。这样，例如一种基于氧气的等离子体将刻蚀聚合物，这是一种应用于制作线路板等的处理。不同的材料，例如金属、陶瓷和无机物通过仔细选择初始气体和注意等离子体化学来刻蚀。小到纳米临界尺寸的结构现在通过等离子体刻蚀技术以及制作出来了。迅速出现并变成主流工业的等离子体技术是等离子体镀层/薄膜淀积。典型地，实现高能聚合是通过将等离子体应用到单体气体和蒸汽。这样，可以形成致密、坚固接合和三维结合的薄膜，它具有热稳定、化学抗腐蚀、机械稳固。这样的薄膜能保型地淀积在甚至最复杂表面上，并且处于能够确保衬底上低的热负荷温度下。因此等离子体用于涂覆精密和热敏感以及坚固金属是很理想的。等离子体镀层甚至在薄层中也没有微孔。常常可以定制镀层的光学特性例如颜色，并且等离子体镀层甚至与非极性材料粘着的非常好，例如聚乙烯，以及钢(例如金属反射器上的防腐蚀薄膜)，陶瓷，半导体，纺织品等。在所有的这些处理中，等离子体工程制造了定制的希望应用的表面效果，或者制造了在任何情况下都不影响材料整体的产品。这样等离子体处理为制造者提供了一个通用的和强大的工具，允许为了整体技术和商业性质而选择材料，同时提供了自由，使得能够独立设计表面以满足完全不同的需要，以及极大地给予了产品增强的功能性、性能、寿命和质量，以提供给用户对产品性能的重要附加值。这些性质强烈地推动了工业采用基于等离子体的处理，从1960年代已经引导了这种推动，通过微电子团体将低压辉光放电等离子体发展成用于半导体、金属和电介质处理的超高技术和高资本成本工程工具。自从1980年代同样的低压辉光放电型等离子体已经日益渗透到其它工业部门，以更加适度的成本提供处理，例如用于增加粘着/键合强度的聚合物表面激活，高质量脱脂/清洗以及淀积高质量镀层。这样，已经基本上接受了等离子体技术。辉光放电可以在真空和大气压下获得。在大气压辉光放电情况下，气体例如氦气和氩气用作稀释剂，一个高频(例如大于1kHz)功率源用于在大气压下产生均匀辉光放电，根据潘宁电离机理，(见例如，Kanazawa等，J.Phys.DAppl.Phys.1988，21，838，Okazaki等，Proc.Jpn.Symp.PlasmaChem.1989，2，95，Kanazawa等，Nuclear Instrμments and Methods inPhysical Research 1989，B37/38，842，以及Yokoyama等，J.Phys.DAppl.Phys.1990，23，374)。然而，采用等离子体技术已经局限于大多数工业等离子体系统的主要约束，即，它们需要在低压下工作。部分真空工作意味着封闭周边，密封反应系统，仅仅提供离线、成批处理分立的工作组件。生产量较低或中等并且需要真空增加了资本和运转成本。然而，大气压等离子体为工业提供了开放口或周边系统，通过工作组件/网膜提供自由的进入和退出等离子区，因此可以在线、连续处理大小面积网膜或传送携带分立网膜。由高压工作获得的高物质流的加强，生产量很高。许多工业部门，例如纺织品、包装、纸张、药品、汽车、航空等，几乎完全依赖于连续的在线处理，使得大气压下开放口/周边配置等离子体提供新的工业处理能力。电晕放电和火焰(也是一种等离子体)处理系统已经为工业提供局限形式的大气压等离子体处理性能约30年了。然而，尽管它们具有高的可制造性，这些系统未能渗透进市场，或者未能达到像低压、电解处理等离子体类型在工业上所占据的程度。原因是电晕放电/火焰系统具有重要局限性。它们工作在环境空气中，提供单表面激活处理，对许多材料几乎没有效果并且对大多数材料仅有微弱效果。处理常常是不均匀的，电晕放电处理与厚网膜或3D网膜不兼容，而火焰处理与热敏感衬底不兼容。已经非常清楚，大气压等离子体技术必须进入更深的大气压等离子体领域中，以发展满足工业需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气压等离子体产生组件（１００），含有一个带有机身（１７）的大气压等离子体产生单元（７），包括反应剂引入装置（１０），一个处理气体引入装置（１２），和适合等离子体生成的一个或多个多并列电极排列（４），每个电极排列包括至少一个部分地被电介质镀层的电极（３，４），所述组件适合于使得处理气体和引入所述装置中的固体反应剂排放的唯一方式是通过前述电极（３，４）之间的等离子体区域（６），所述组件（１００）适合于相对一个衬底移动，所述衬底基本上靠近前述的电极（３，４）最外面的端点（２３），其特征在于反应剂引入装置（１０）是一个雾化器，用于以液体和／或固体涂层形成材料的形式雾化反应剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2002-4-10 0208263.4;GB 2002-4-10 0208259.21.一种大气压等离子体产生组件(100)，含有一个带有机身(17)的大气压等离子体产生单元(7)，包括反应剂引入装置(10)，一个处理气体引入装置(12)，和适合等离子体生成的一个或多个多并列电极排列(4)，每个电极排列包括至少一个部分地被电介质镀层的电极(3，4)，所述组件适合于使得处理气体和引入所述装置中的固体反应剂排放的唯一方式是通过前述电极(3，4)之间的等离子体区域(6)，所述组件(100)适合于相对一个衬底移动，所述衬底基本上靠近前述的电极(3，4)最外面的端点(23)，其特征在于反应剂引入装置(10)是一个雾化器，用于以液体和/或固体涂层形成材料的形式雾化反应剂。2.根据权利要求1的组件，其中多并列电极排列(3，4)包括一对或多对至少部分地被电介质镀层且并列的电极(3，4)，以一预定分开距离定位。3.根据权利要求1的组件，其中多并列电极排列(3，4)包括一个三平行电极系统(33，34，37)，其中一个中心电极(34)至少是部分地被电介质镀层的(33)，另外两个电极(37)接地并以预定的距离位于中心电极(34)一边一个。4.根据前面任何一个权利要求的组件，其中大气压等离子体产生组件机身(17)长度在0.5-5米。5.根据前面任何一个权利要求的组件，其中提供围绕大气压等离子体产生单元(7)的抽取器单元(8)，适合于将大气压等离子体单元(7)与外部大气隔离，所述抽取器单元(8)包括一个废处理气体、反应剂和副产物去除装置，所述抽取器机身被成形使得包括一个开放通道(9)，使得在使用中，开放通道的边缘被成形以结合衬底(1)形成一个围绕电极(3，4)的腔室，从而基本上形成对大气的密封，通过它腔室的废处理气体、反应剂和副产物被抽取。6.根据前面任何一个权利要求的组件，其中雾化器(10)是一个超声喷嘴。7.根据前面任何一个权利要求的组件，其中处理气体入口(12)位于垂直于大气压等离子体产生组件机身(17)的主轴，与在所述大气压等离子体产生组件机身(17)中的雾化器(10)相反或垂直，使得当处理气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克斯沃洛，比德多比恩，斯图尔特利得雷，
申请(专利权)人：陶氏康宁爱尔兰有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]