大气压等离子体组件制造技术

一种大气压等离子体组件（１），它包含第一对和第二对垂直排列、平行隔开的平面电极（３６），其中在所述第一对电极之间具有与一个电极邻近的至少一个介电板（３１），和在所述第二对电极之间具有与一个电极邻近的至少一个介电板（３１），该介电平板与另一介电板或第一对和第二对电极每一对中的电极之间的间隔形成了第一和第二等离子体区域（２５，６０），其特征在于，组件进一步包括将基材连续传输经过所述第一和第二等离子体区域（２５，６０）的装置（７０，７１，７２）和用于将雾化的液体或固体涂层制备材料引入到所述第一和第二等离子体区域之一内的雾化器（７４）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大气压等离子体组件和使用该组件处理基片的方法。当物质被不断地供给能量时，其温度上升且其典型地经历从固体到液体并随后到气体状态的转变。不断供给能量还引起该系统经历进一步的状态变化，其中气体的中性原子或分子由于强力的碰撞而分解，从而产生负荷电的电子、正或负荷电的离子以及其它物质。这种显示集体行为的荷电粒子的混合物称为“等离子体”，第四种物质状态。由于它们的电荷，等离子体高度地受到外部电磁场的影响，这使得它们可容易控制。而且，它们的高能量含量允许其实现对于通过其它物态例如通过液体或气体处理不可能或难以实现的处理过程。术语“等离子体”涵盖极大范围的系统，其密度和温度相差许多个数量级。一些等离子体非常炽热且其所有的微观物质(离子、电子等等)都处于接近热平衡的状态，输入到该系统中的能量通过原子/分子水平的碰撞而广泛地分布。然而，其它的等离子体，特别是那些处于碰撞相对稀少的低压(例如100Pa)下的等离子体，其构成物质处于相差很大的温度下并被称为“非热平衡”等离子体。在这些非热平衡等离子体中，自由电子非常炽热，其温度达数千K，可是中性的和离子的物质却仍然是冷的。因为自由电子具有几乎可以忽略的质量，总的系统热含量较低且等离子体在接近室温的条件下工作，这样便允许对温度敏感的材料例如塑料或聚合物的处理，且不用将破坏性的热负荷强加到样品上。然而，通过高能碰撞，炽热电子产生了丰富的自由基和激活物质，其具有能够发生深刻化学和物理反应的高化学势能。正是这种低温操作和高反应性的组合使得非热平衡等离子体技术比较重要并且成为一种用于制造和材料处理的非常强大的工具，并能够实现其中(如果完全不用等离子体而实现的话)将需要非常高的温度或者有害的和侵蚀性的化学品的处理过程。对于等离子体技术的工业应用，一个便利的方法便是将电磁功率耦合到一定体积的工艺气体中，该工艺气体可以是待处理的工件/样品浸入其中或者在其中通过的气体和蒸汽的混合物。气体被电离成等离子体而产生与样品表面反应的化学基团、紫外线和离子。通过正确选择工艺气体组分、驱动功率频率、电力耦合模式、压力和其它控制参数，等离子体工艺能够被设计成应制造者需求的特定应用。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于表面活化、表面清洗、材料蚀刻和表面涂覆特别有效。聚合材料的表面活化是一种广泛使用的工业等离子体技术，其首先被汽车工业采用。因此，例如，聚烯烃(诸如由于其可回收性而受青睐的聚乙烯和聚丙烯)具有非极性表面，从而随之发生对涂覆或粘着的不良处理。然而，用氧气等离子体处理会导致形成可提供高润湿性的表面极性基团，从而随之产生对金属油漆、粘合剂或其它涂层的优异覆盖和粘着。所以，例如，等离子体表面工程变得愈加重要地用于制造机动车仪表板、挡水板、保险杆等以及玩具等工业的组成部件。许多其它的应用包括聚合物、塑料、陶瓷/无机物、金属和其它材料的所有几何结构部件的印刷、油漆、粘合、层压以及常见涂布。环境立法在世界范围内日益增大的普及率及力度对工业产生了重大的压力，使其在制造，尤其对于部件/表面清洗中减少或消除溶剂和其它湿性化学品的使用。特别地，基于CFC的脱脂操作已经大量地被使用氧气、空气和其它无毒气体的等离子体清洗技术操作所取代。基于水的预清洗操作和等离子体的组合允许清洗甚至严重污染的部件；所获得的表面质量通常比用传统方法获得的那些要优良。任何有机表面污染物都会被室温等离子体快速地清除并转换成能够安全排出的气态CO2和水。等离子体也能够进行大块材料的蚀刻，也就是从中去除多余的材料。因此，例如，基于氧气的等离子体可以蚀刻聚合物，一种在电路板等的生产中使用的工艺。通过仔细选取前体气体并注意等离子体化学反应来蚀刻不同材料例如金属、陶瓷和无机物。现在也能通过等离子体蚀刻工艺制造下至纳米临界尺寸的结构。正在迅速成为主流工业的等离子体技术是一种等离子体涂层/薄膜沉积工艺。典型地，通过将等离子体应用到单体气体和蒸汽中可实现高水平的聚合。因此，能够形成一种致密的、结合牢固的且三维连接的薄膜，其对热稳定、化学上非常有抗性且机械上坚固。这种薄膜可以在保证基片低热负荷的温度下共形地沉积在甚至最复杂的表面上。因此，等离子体对于涂覆精密而热敏感的以及坚固的材料是理想的。等离子体涂层甚至在薄的涂层中也没有微孔。涂层的光学性质，例如颜色，经常能够被定制，且等离子体涂层与甚至非极性材料，例如聚乙烯以及钢铁(例如金属反射体上的抗腐蚀薄膜)、陶瓷、半导体、纺织品等粘着良好。在所有这些处理过程中，等离子体工程产生针对所期望的应用或产品而设计的表面效果，且对材料本体毫无影响。因此，等离子体处理给制造商提供了一个通用且强大的工具，其允许根据其整体技术和商业性能选择材料，同时提供了独立设计其表面以满足所有不同种需要的自由。因而等离子体技术使产品的功能性、性能、寿命和质量大大提高，并且使制造厂商的生产能力显著增加。这些性能对于工业界采用基于等离子体的处理提供了一个强力的推动，且这种运动自20世纪60年代起已被微电子界引发，其将低压辉光放电等离子体发展为用于半导体、金属和介电体处理的超高技术和高资金成本的工程工具。相同低压辉光放电类型的等离子体自20世纪80年代起已日益渗透到其它工业部门，其提供了成本更适中的处理工艺，例如增加的粘合/粘结强度、高质量的脱脂/清洗和高性能涂层的沉积用的聚合物表面活化。因此，便有了等离子体工艺的大量采用。可在真空和大气压二者下可实现辉光放电。在大气压辉光放电的情况下，利用气体如氦气或氩气作为稀释剂，并使用高频(例如＞1kHz.)电源，以在大气压下藉助Penning电离机理，产生均匀的辉光放电，(参见，例如，Kanazawa等人的J.Phys.DAppl.Phys.1988，21，838，Okazaki等人的Proc.Jpn.Symp.Plasma Chem.1989，2，95，Kanazawa等人的Nuclear Instruments and Methods in Physical Research 1989，B37/38，842，和Yokoyama等人的J.Phys.DAppl.Phys.1990，23，374)。然而，等离子体技术的采用受到大多数工业用等离子体系统的主要约束，也就是它们需要在低压下工作的限制。局部真空操作意味着一种封闭周边的、密封反应器系统，其只提供离散工件的离线、分批处理。产量较低或中等且对于真空的需求增加了资本和运营成本。然而，大气压等离子体给工业提供了开口或周边系统，其提供了工件/腹板(web)在等离子体区域中的自由进入和离开，并且因此提供了大或小面积的腹板或传送带携带的离散工件的在线连续处理。产量较高，其通过从高压操作中获得的高工件流量而增强。许多工业部门，例如纺织、包装、造纸、制药、汽车、航空等，几乎完全依赖连续的、在线的处理，因此大气压下的开口/周边构造的等离子体提供了一种新的工业处理能力。电晕放电和火焰(也是等离子体)处理系统已经给工业提供有限形式的大气压等离子体处理能力达大约30年。然而，尽管它们有较高的制造能力，但这些系统还是不能与压力较低、只进行浴槽处理的等离子体类型相同程度地渗入市场或被工业采用。原因是电晕放电/火本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气压等离子体组件（１），它包括第一对和第二对垂直排列、平行隔开的平面电极（３６），其中在所述第一对电极之间具有与一个电极邻近的至少一个介电板（３１），和在所述第二对电极之间具有与一个电极邻近的至少一个介电板（３１），该介电板与另一介电板或与第一对和第二对电极中的每一个电极之间的间隔形成了第一和第二等离子体区域（２５，６０），其特征在于，组件进一步包括将基材连续传输经过所述第一和第二等离子体区域（２５，６０）的装置（７０，７１，７２）和用于将雾化液体或固体涂层制备材料引入到所述第一和第二等离子体区域之一内的雾化器（７４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJ古德温，S利德利，F斯沃洛，P多宾，
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]