等离子体辅助涂覆制造技术

本发明专利技术提供了用于激发、调节和维持等离子体（６１５）以实现各种涂覆处理的方法和装置。在一个实施例中，在等离子体催化剂（２４０）存在于底座（２４５）中的情况下，通过使气体受到由电极（２７０）和电源（２７５）提供的大量电磁辐射，在具有壁（２３２）的腔（２３０）内形成等离子体，并向该等离子体加入至少一种涂层材料，来涂覆（２４７）物体表面。该材料沉积在底座（２６０）上的物体（２５０）的表面以形成涂层（２４７）。本发明专利技术还提供了多种等离子体催化剂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体辅助涂覆的方法和装置，尤其涉及利用具有等离子体催化剂的电磁辐射诱发等离子体来涂覆一个或多个物体。
技术介绍
常规的等离子体辅助涂覆处理一般包括在局部真空中激发等离子体，例如，在磁控管或者射频溅射沉积期间进行。在一些情况下，材料处理的灵活性受到溅射沉积腔的固定形状和尺寸以及保持真空密封需要的限制。在涂覆大型部件时需要有大的容器，但是这种容器很难维持可靠的真空，这就会大大增加成本而降低处理速度。因此，在等离子体辅助涂覆处理中真空的完整性和物体的尺寸会影响效率和产量。另一种等离子体辅助涂覆方法是等离子体喷溅沉积。在这种方法中，据报道材料是通过在表面上复合成熔化材料的“片层”构造而沉积在表面上。等离子体的热量熔化或者气化从喷嘴喷射的等离子体的喷射轨道射入的材料，并且该材料高速撞击到工件的表面。据报道在这种方法中的典型涂覆是热障涂覆和氧化涂覆。然而，当涂覆具有凸出或凹下表面特征的物体，或者具有如齿轮或风机叶片的复杂形状的物体时，物体必须位于由聚焦喷嘴产生的等离子体的喷射轨道中并且适当地旋转。并且，等离子体喷射沉积一般需要昂贵的装置，而且由于较高的热量和该技术内在的热冲击其只能被用于有限范围的材料。
技术实现思路
本专利技术提供了用于涂覆物体表面区域的方法和装置。在一个实施例中，通过在等离子体催化剂存在的情况下使气体受到大量电磁辐射在腔内形成催化的涂层等离子体，将至少一种涂层材料加入所述等离子体，以及允许所述至少一种材料沉积在所述物体的所述表面区域，以形成涂层。在根据本专利技术的一个实施例中，涂覆方法包括使气体流入多模处理腔，并通过在至少一种惰性等离子体催化剂存在的情况下使腔内气体受到频率至少为约333GHz的电磁辐射来激发涂层等离子体，所述惰性等离子体催化剂包括至少是半导电的材料。在另一个实施例中，提供了一种材料沉积系统。该系统包括第一容器，在其中形成第一腔；电磁辐射源，与所述腔相连从而在沉积过程期间电磁辐射源可以将电磁辐射引入所述第一腔；气源，连接到所述第一腔以便在沉积过程期间可以使气体流入所述腔；以及在所述辐射中存在的至少一种等离子体催化剂(例如位于所述第一腔内、所述第一腔附近及其组合)。本专利技术还提供了用于激发、调节和维持等离子体的等离子体催化剂。根据本专利技术的等离子体催化剂可以是惰性的或活性的。根据本专利技术的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需施加附加的能量。活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或高能波包。在惰性和活性这两种情况下，等离子体催化剂可以改善或放宽激发涂层等离子体所需的环境条件。本专利技术还提供了用于根据本专利技术涂覆物体的用于激发、调节和维持等离子体的其它等离子体催化剂、方法和装置。附图说明本专利技术的其它特征将通过下面结合附图的详细描述变得明显，其中相同的标号表示相同的部件，其中图1表示根据本专利技术的等离子体涂覆系统的示意图；图1A表示根据本专利技术的部分等离子体涂覆系统的实施例，该系统通过向等离子体腔加入粉末等离子体催化剂来激发、调节或维持腔中的等离子体；图1B表示根据本专利技术的图1所示的部分涂覆系统的实施例，该系统具有附加的选择性等离子体腔；图1C表示根据本专利技术的图1所示的部分涂覆系统的另一个实施例，用于向要被涂覆的物体施加电压；图1D表示根据本专利技术的图1所示的部分涂覆系统的另一个实施例，用于通过开口来涂覆物体；图1E表示根据本专利技术的图1所示的部分涂覆系统的另一个实施例，其中等离子体腔具有内部表面特征用于形成涂层图形；图2表示根据本专利技术的等离子体催化剂纤维，该纤维的至少一种成分沿其长度方向具有浓度梯度；图3表示根据本专利技术的等离子体催化剂纤维，该纤维的多种成分沿其长度按比例变化；图4表示根据本专利技术的另一个等离子体催化剂纤维，该纤维包括内层核芯和涂层；图5表示根据本专利技术的图4所示的等离子体催化剂纤维沿图4的线5-5的截面图；图6表示根据本专利技术的等离子体系统的另一个部分的实施例，该等离子体系统包括延伸通过激发口的伸长型等离子体催化剂；图7表示根据本专利技术在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的图9表示根据本专利技术的部分等离子体系统的实施例，用于将活性等离子体催化剂以电离辐射的形式引入辐射腔。具体实施例方式本专利技术涉及用于激发、调节和维持等离子体的方法和装置，用于各种涂覆应用，包括例如产生高温用于热处理，合成和沉积碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和其它材料，以及用于相关的如汽车或其它车辆部件的涂覆物体的生产。本专利技术可以用于可控等离子体辅助涂覆，其能够降低能耗并提高沉积效率和生产灵活性。根据本专利技术的一种涂覆方法可以包括向腔内加入气体、等离子体催化剂和电磁辐射，用于催化的涂层等离子体。在此所用的用于涂覆一个或多个物体的具有等离子体催化剂的等离子体是一种“催化的涂层等离子体”或者简称“涂层等离子体”。催化剂可以是惰性或者活性的。根据本专利技术的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，如施加电压引起瞬间放电。另一方面，活性等离子体催化剂可以是任何粒子或高能波包，其能够在电磁辐射存在的情况下向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子。在此引入下列共同拥有并同时申请的美国专利申请的全部内容作为参考美国专利申请No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0009)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0010)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0011)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0012)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0013)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0015)， No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0016)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0017)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0018)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0020)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0021)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0023)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0024)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0025)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0026)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0027)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0028)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0029)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0030)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0032)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆物体第一表面区域的方法，该方法包括以下步骤：在等离子体催化剂存在的情况下，通过使气体受到大量电磁辐射，在第一腔内形成等离子体；将至少一种涂层材料加入所述等离子体；以及允许所述至少一种材料沉积在所述物体的所述表 面区域，以形成涂层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：D库马尔，S库马尔，
申请(专利权)人：BTU国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]