用于行进金属基底的等离子处理的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对金属基底或绝缘基底（３）进行等离子体处理的方法，所述基底基本连续地在具有处理区域（２）的真空室中行进，所述等离子体借助于连接至射频发生器的感应器（４）通过射频感应耦合而被保持在处理区域（２）中，其中通过法拉第屏（７）保护感应器（４）免于被所述基底（３）的表面所发射物质的污染，所述法拉第屏（７）位于所述等离子体和所述感应器（４）之间，并且，所述法拉第屏（７）相对于所述基底（３）或相对于存在于所述等离子体中的反电极被平均正电极化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对金属基底或绝缘基底进行等离子体处理的方法，特别是用 于大规模生产中的清洁和/或加热，所述金属基底或绝缘基底可以是线、梁、管、板、所有类 型横断面的型材、条和/或板材的形式，而且也可以是设置在支架上的部件，例如金属钩或 篮，它们借助于任意类型的一般装置一例如一排辊子或者单轨传输系统一在处理区域 中被传输。在这个方法中，待处理基底在具有一处理区域的真空室中沿的给定方向运动，在 所述处理区域中在电极和基底之间靠近所述基底的表面产生放电，所述放电借助于同样属 于本专利技术主题的一个装置实现。本专利技术的方法和装置特别使其有可能消除基底的污染层，例如表面金属氧化物和 表面碳化物，以便促进通过真空沉积技术被随后施加的涂层的附着。本专利技术也使得能够高效加热基底，并可以因此用作退火金属产品，或者当在处理 区域中加入压力低于IOOOmbar的气体形式的反应物时，确保通过分散或与基底的反应形 成表面化合物。本专利技术的方法可以应用于任意具有充分导电性的基底，并因此可以同样地 较好应用于由低碳钢、不锈钢、铝、铜和其他金属制成的基底，但也可以应用于涂覆有一层 薄电绝缘层的导电基底，并且在本专利技术的一个特定的具体实施方式中，可以应用于绝缘基 底，而这已经被主要发展用于工业应用以用于在真空沉积方法电镀之前预处理低碳钢。这 使得应用具有极大的适应性，与迄今为止具体采用的钢产品处理方法相比，为这个新颖的 方法赋予了显著的优势。这是因为，如将在下面详细解释的，这种方法例如可以处理具有任 意形式横截面的产品的表面，不仅是开放的表面而且也能处理部分封闭的表面，假使由该 新颖装置产生的等离子体可以扩散到这些表面。通过其特殊的激发装置，与现有技术基于 通过产生第二电子加热等离子体的方法相比，这个方法对于电弧的形成更加不敏感。最后 通过交替或脉冲激发面向待处理产品的电极，这个新颖的方法也可以处理覆盖有电绝缘物 质的金属表面，例如涂覆有比如不导电油漆的钢板、型材或梁。现有技术迄今为止已知的用于通过等离子体清洁或加热金属产品的方法具有多项缺陷 它们仅能处理金属表面，最多是覆盖有几纳米厚金属氧化物层的金属表面，并 因此不能清洁被高度氧化的产品或者那些覆盖有聚合物的产品； 现有技术中已知的这些方法，只基于通过发射第二电子产生等离子体，特别适 合于电弧的形成，将使得基底的去污变得非常困难，甚至不可能，并且甚至由于所产生电弧 能量消散形成表面熔点从而导致基底的表面不可挽回的退化。 现有技术仅允许处理具有简单几何形状的金属基底，主要是具有高度开放表面 的纵向基底，其贯穿处理装置。根据现有技术，在本专利技术之前，在WO 02/12591中描述，例如 不可能在一次单独的操作中处理金属产品的所有外表面，例如不可能处理梁、管和型材，而 也使得板的处理变得极为复杂，这是因为条带宽度会发生变化，并且在特别是金属加工工业以及特别是对钢板进行处理时，这些材料在连续的直线运动中会发生不可避免的横向移 动。实际上，现有的方法包括通过在待处理表面的背面处设置磁铁阵列从而在基底表面上 产生磁控管放电。这明显将这种技术局限于处理相对较薄的板和条，以便获得足够强度的 磁场以能够在与设置磁铁阵列背面相对的表面附近通过磁控管放电产生等离子体。这特别 在低碳钢板时是这样的情况，其也必须充满感应磁场。在WO 02/12591中描述的装置，利 用至少一个纵向产品必须穿过的磁镜，解决了这个难题，但对于大量的实际应用仍具有严 重的缺陷。这是因为，虽然这个装置能够处理任意形状的细长产品，例如具有几乎所有横截 面的梁、型材、薄或厚的板、管、线等，在实践中对于较长产品的端部的处理再次具有一定的 缺陷，该端部因此不会直接穿过处理装置。在这种情况中，待处理产品表面的磁控管放电区 域，局限于处理区域中基底的长度，由于等离子体的轴向限制证明对于形成稳定的等离子 体是不够的，所述等离子体在产品未穿过的磁镜方向中是不够的。为了克服这个问题，一个 简单的方法为在端部的处理期间，提高有效电功率以便通过提高电离率保持等离子体的密 度，以便对在产品未穿过的磁镜方向中轴向双极扩散造成的等离子体损耗进行补偿。然而 这大大复杂了系统的管理。这个装置的另一缺点在于在对具有高度封闭内表面的产品的处 理非常吃力。因此，例如，这个装置能够处理U形、T形或I形梁的整个表面，但对部分封闭的 U形或沿其轴线裂开管的内表面的处理则具有更大的困难。这个装置的另一缺点涉及这样 的事实，等离子体的电特性主要依赖于基底的几何形状和表面特性，其可能在多个基底平 行处理期间产生不稳定，例如在处理区域中平行穿过多个梁。在这种情况中，不容易在平行 放置在处理区域中的所有基底上形成放电，因为等离子体优先在更小阻抗的区域中形成， 并且某些产品将得不到处理。当基底某些区域覆盖有介电材料时也出现另一缺陷，其阻碍 了在WO 02/12591中所述磁控管放电功能必须的轴线对称，并且部件的处理因此变得不可 能。在迄今为止已知的装置和方法实践中经常出现的一个缺陷在于当基底被金属氧化物高 度污染时。在这种情况中，不可能独立控制离子流到达基底，并且放电电压促进形成电弧， 其大大局限了有效功率密度，这使其不可能给基底去污而没有损伤其表面具有电弧斑点的 风险。
技术实现思路
根据本专利技术提出的方法和装置旨在通过下面的手段解决这些缺点 等离子体的加热不再依赖于第二电子的发射，而是基本上通过欧姆和随机的电 磁能量的射频(RF)电感耦合，使得可能处理被高度污染或者甚至表面上覆盖有介电材料 的基底，并能处理不同形状的基底。例如可能处理较长基底的端部，不必是细长的基底或者 高度封闭基底的内表面。 在本专利技术的原理性实施方式中，反电极/基底系统，其不再用于产生等离子体， 而在离子朝着基底加速以及它们在基底上流动过程中提供独立的电位差控制。这是因为离 子流仅依赖于等离子体密度，并且与放电中耦合的RF功率直接成比例。RF电感耦合是一种相对简单、并且此外已知的能够以给定功率产生高密度等离子 体的方法，与电容耦合相比，RF功率的主要部分用于鞘中的离子加速。RF电感耦合通常借 助于设置在真空室外侧的感应螺线管实现，所述真空室由介电材料(陶瓷，玻璃或石英)制 成以允许电磁能量的传递。在本专利技术涉及用于工业处理工厂的类型中，其涉及例如梁和钢板的处理，真空室的尺寸是这样的，外部大气压产生的力使得此尺寸的真空室在使用由介 电材料制成的部件时，是极其复杂或者甚至是危险的。这是因为，对于尺寸超过一米，由钢 或铝制成的安装有加强肋的机械焊接结构是不可避免的。这个机械限制使其必须将感应器 放置在真空室内部，这产生了本专利技术给予解决的电学困难。金属部件的污染处理，随之而来的是这些部件表面的离子轰击，产生来自被移除 污染层原子的大量高速喷射，必须保护感应器免受其影响，以保持感应器具有尽可能小的 表面电阻，以便最小化由Joule效应造成的损失。感应器例如由螺线管形成。通常，感应器 由铜制成，并且有利地在其表面上涂覆有沉积银，以便尽可能小地减小其表面电阻，因为RF 电流基本上在感应器的表面上流动。根据本专利技术，使感应器耦合表面免受由去污表面发射物质——例如铁污染——的 保护借助于一个法拉第屏实现，该法拉第屏设置在其附近，形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于金属基底或绝缘基底的等离子体处理的方法，其中至少一个基底基本连续地在具有处理区域（２）的真空室中行进，穿过该处理区域（２），所述等离子体借助于连接至射频发生器的感应器（４）通过射频感应耦合而被保持在处理区域（２）中，其中通过法拉第屏（７）保护感应器（４）免于被所述基底（３）的表面所发射物质的污染，所述法拉第屏（７）位于所述等离子体和所述感应器（４）之间，其特征在于：所述法拉第屏（７）构成一导电电极；并且，所述法拉第屏（７）相对于所述基底（３）或相对于存在于所述等离子体中的反电极（２３）被平均正电极化，因此将存在于所述等离子体中的离子朝着所述基底（３）或朝着所述反电极（２３）加速，并且在形成所述法拉第屏（７）的电极处回收来自所述等离子体的电子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-10-22 07119011.0用于金属基底或绝缘基底的等离子体处理的方法，其中至少一个基底基本连续地在具有处理区域(2)的真空室中行进，穿过该处理区域(2)，所述等离子体借助于连接至射频发生器的感应器(4)通过射频感应耦合而被保持在处理区域(2)中，其中通过法拉第屏(7)保护感应器(4)免于被所述基底(3)的表面所发射物质的污染，所述法拉第屏(7)位于所述等离子体和所述感应器(4)之间，其特征在于所述法拉第屏(7)构成一导电电极；并且，所述法拉第屏(7)相对于所述基底(3)或相对于存在于所述等离子体中的反电极(23)被平均正电极化，因此将存在于所述等离子体中的离子朝着所述基底(3)或朝着所述反电极(23)加速，并且在形成所述法拉第屏(7)的电极处回收来自所述等离子体的电子。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述法拉第屏(7)经受一系列包括负脉冲 的极化循环。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述法拉第屏(7)的激发频率相对于 连接至感应器(4)的射频发生器的频率低至少10倍，并且具体低于1MHz。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述法拉第屏(7)相对于所 述基底(3)被平均正极化；并且供给法拉第屏(7)的电源在该法拉第屏(7)和所述基底(3) 之间连接，并且与所述处理区(2)中在所述法拉第屏(7)前面移动的所述基底(3)的面积 成比例地被调节功率。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于在所述法拉第屏(7)和所述 基底⑶或所述反电极的表面之间保持2cm、优选5cm的最小间距。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于在所述感应器(4)由所述射 频发生器施以功率之前在所述处理区域(2)中产生等离子体。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于所述等离子体通过在所述基 底(3)进入和/或离开所述处理区域(2)处产生磁场而被限定在所述处理区域(2)内。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于在所述法拉第屏(7)和所述 基底(3)之间施加的电功率至少等于用于产生所述等离子体的射频功率。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于通过存在的一系列的槽(15) 允许将所述感应器(4)的电磁功率穿过所述法拉第屏(7)传递给所述等离子体，所述槽 (15)基本互相平行且基本垂直于所述感应器(4)中感应电流的方向。10.用于通过等离子体处理金属或绝缘基底的装置，其包括具有处理区域(2)的真空 室，金属基底或绝缘基底基本连续地在该真空室中行进，所述装置包括感应器(4)，该感 应器连接至射频发生器以便产生等离子体；和法拉第屏(7)，该法拉第屏邻接所述等离子 体并位于所述等离子体和感应器(4)之间用以保护所述感应器(4)免于由所述基底(3)的 表面所发射材料的污染，其中所述等离子体在所述处理区域(2)中产生，或者在所述法拉 第屏和反电极(23)之间的空间中产生，其特征在于所述法拉第屏(7)构成一导电电极，并且相对于所述基底(3)或相...

【专利技术属性】
技术研发人员：P范德布兰德，
申请(专利权)人：工业等离子体服务与技术IPST有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]