大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，包括真空腔體、設置于真空腔體內部的上電極和下電極、設置于真空腔體上端的外加氣氛接口、設置于真空腔體下端的抽氣和泄氣接口、設置于真空腔體一側的真空腔門，還包括穿過真空腔體分別與上、下電極相連接的驅動電源，所述驅動電源為脈沖調制驅動電源，同時，在相對設置的上電極下表面和下電極上表面上，分別設置一層稀土元素氧化物鍍層。本實用新型針對現有的低溫等離子體材料處理裝置存在的放電同時會產生大量的熱能問題，提出了一種可在500~5000pa氣壓條件下產生均勻的輝光放電和接近常溫的輝光放電低溫等離子體的材料處理裝置。
【專利說明】大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型公開了一種大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，涉及低溫等離子體材料處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002]氣體放電產生的低溫等離子體中含有大量的、種類繁多的活性粒子，這些活性粒子與材料接觸，能使其表面發(fā)生刻蝕、氧化、還原、交聯、聚合、接枝等反應，引起材料表面化學成分和物理化學性質的變化。這種表面處理方法具有工藝簡單、操作簡便、耗能低、對環(huán)境無污染等特點。特別是在醫(yī)用材料行業(yè)中，這種方法用于刻蝕活化、接枝改性、聚合或沉積覆膜等，對表層進行清潔、活化、粗糙化，或通過在材料表面引進新的化學基團、低溫等離子中的活性粒子與材料表面反應聚合沉積形成薄膜等過程來達到表面改性的目的。
[0003]對高分子材料進行表面處理時，通常利用低氣壓輝光放電方式來獲得材料表面處理所需的低溫等離子體，或在大氣壓下進行電暈放電、電弧放電、介質阻擋放電產生的低溫等離子體對材料表面進行處理。但目前所有這些產生低溫等離子體的方法，在放電的過程中都會產生熱能，即施加多少能量基本上就產生多少焦耳熱，處理時間越長，放電溫度即越高。這對處理許多不耐溫的材料，如人工晶體，人造血管，隱形眼鏡，無紡布，高分子薄膜，生物芯片等材料，如果用目前常規(guī)的這些放電方式產生低溫等離子體就會因為放電過程中產生的熱和比較的溫度而損壞這些類型的材料，或使材料因熱變形，或使材料尺寸收縮，或使材料擊穿。
[0004]在常規(guī)的介質阻擋放電中，只能產生絲狀放電，特別是大的放電間距(幾十毫米以上)很難產生均勻的輝光放電，在比較小的放電功率驅動下只能產生幾個流注放電。同時，常規(guī)處理手段中，在放電的同時會產生大量熱能，在安全性和穩(wěn)定性上都是一大隱患。
[0005]在中國專利申請“輝光放電低溫等離子體裝置”中(申請?zhí)?00620074948.2)公開的技術方案中，并沒有提供解決放電間距較大的情況下，依然產生均勻的輝光放電的問題，也沒有很好的解決放電發(fā)熱的問題。
實用新型內容
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有技術的缺陷，提供一種大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，針對現有的低溫等離子體材料處理裝置存在的放電同時會產生大量的熱能問題，提出了一種可在50(T5000pa氣壓條件下產生均勻的輝光放電和接近常溫的輝光放電低溫等離子體的材料處理裝置。
[0007]本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0008]一種大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，包括真空腔體、設置于真空腔體內部的上電極和下電極、設置于真空腔體上端的外加氣氛接口、設置于真空腔體下端的抽氣和泄氣接口、設置于真空腔體一側的真空腔門，還包括穿過真空腔體分別與上、下電極相連接的驅動電源，其特征在于:所述驅動電源為脈沖調制驅動電源，同時，在相對設置的上電極下表面和下電極上表面上，分別設置一層稀土元素氧化物鍍層。
[0009]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述稀土元素氧化物鍍層的材料為氧化鑭、氧化銣或者氧化鐠。
[0010]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述脈沖調制驅動電源，為采用差分饋電方式的調制脈沖電源。
[0011]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體為絕緣腔體。
[0012]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體為金屬腔體，在真空腔體的內壁包敷有金屬腔體壁絕緣層。
[0013]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述金屬腔體絕緣層的材料為陶瓷、玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或者尼龍。
[0014]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述上、下電極通過上、下電極引線與驅動電源相連接，所述上、下電極引線經過設置于真空腔體側邊上的上、下電極引出絕緣子穿透真空腔體。
[0015]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述上電極和下電極的外側包裹有電極絕緣層，所述上、下電極引線的外層也包覆有絕緣材料層。
[0016]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述電極絕緣層的材料為陶瓷、鋼化玻璃、石英玻璃或者微晶玻璃；所述絕緣材料層的材料為娃橡膠或者氟橡膠。
[0017]作為本實用新型的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體與真空腔門之間設置有密封圈。
[0018]本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0019]I)可以在幾佰至幾千帕的氣壓條件下使任何氣態(tài)物質產生均勻的和接近常溫的低溫等離子體(比環(huán)境溫度僅高I?3度)?？梢詰糜诟鞣N不耐溫的高分子材料、纖維材料的表面低溫等離子體處理。特別是對許多不耐溫的醫(yī)用材料，如人工晶體，人造血管，隱形眼鏡等進行低溫等離子體處理。
[0020]2)由于低溫等離子體的放電區(qū)域沒有任何金屬，在進行低溫等離子體處理過程中，被處理的材料不會受到任何金屬污染。
[0021]3)對設備的真空度要求低，使用普通的機械真空泵即能簡單快速的達到幾百至幾千帕的真空要求。
[0022]4)由于等離子體區(qū)的氣氛濃度高，在用于材料表面處理、接枝和聚合等工藝中速度快，在氣態(tài)物質的反應中更有利于材料表面的化學合成，分解和接枝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型第一個實施例的構造圖，針對絕緣腔體的情況下；
[0024]圖2是本實用新型第二個實施例的構造圖，針對金屬腔體內表面絕緣式的情況下；
[0025]圖中:I真空腔體、2絕緣腔體壁、3金屬腔體壁、4金屬腔體壁絕緣層、5密封圈、6真空腔門、7抽氣和泄氣接口、8外加氣氛接口、9上電極、10上電極絕緣層、11上電極引線、12上電極引線絕緣層、13上電極引出絕緣子、14上電極引出電極、15下電極、I 6下電極絕緣層、I 7下電極引線、18下電極引線絕緣層、19下電極引出絕緣子、20下電極引出電極、21差分式脈沖調制驅動電源、22低溫等離子體放電區(qū)域、23稀土元素氧化物鍍層。

【具體實施方式】
[0026]下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0027]下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明:
[0028]本實用新型采用的技術方案是:
[0029]I)輝光放電低溫等離子體裝置，包括腔體、上電極、下電極，在密封腔體內的上和下金屬電極都被如玻璃，石英玻璃，微晶玻璃等絕緣材料層包覆。
[0030]2)在兩電極的相向面的玻璃表面都鍍有一層稀土元素氧化物。在常規(guī)的介質阻擋放電中，只能產生絲狀放電，特別是大的放電間距(幾十毫米以上)很難產生均勻的輝光放電，在比較小的放電功率驅動下只能產生幾個流注放電。如果在兩電極的相向面的玻璃表面鍍有一層稀土元素氧化物(如氧化鑭，氧化銣，氧化鐠)或將稀土元素氧化物直接燒結在玻璃里面，則可以在大的放電間距(幾十毫米以上)產生均勻的輝光放電，即使比較小的放電功率驅動也能產生均勻的輝光放電。稀土元素的原子結構可以用4fx5dl6s2表示，X從O — 14,稀土兀素從金屬變成離子后,4f軌道的外側仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2電子及5dl或4f失去一個電子,形成4fx5s25p6的電子結構。在稀土金屬中，6s電子和5d電子形成導帶，4f電子則在原子中定域，這種4f電子的定域化和不完全填充都將反映在它們的種種物性之中4f電子位于原子內層軌道，5s25p6電子云對其有屏蔽作用，4f軌道伸展的空間很小，所以受結晶場、配位體場等的影響很?。慌c此相反，其自旋(MS)與軌道(ML)的相互作用都很大，使得f_f電子軌道L與自旋S相互耦合作用，E4f分裂成許多能級有微小差別的能級亞層，在高壓電場下，稀土元素的外圍的微量電子就比較容易溢出而在放電電極中形成種子電子而引發(fā)輝光放電。
[0031]3)驅動電源采用調制脈沖電源，電源的基波為正弦波，頻率在2000?20000Hz，調制波形為矩形波，頻率在20?200Hz，占空比為1%?99%。由于常規(guī)的低溫等離子體放電后，氣體被電離為電子和離子，電子和離子在放電區(qū)域產生不規(guī)則運動和碰撞后湮滅，湮滅過程發(fā)光和發(fā)熱，即施加多少能量基本上就產生多少焦耳熱，在真空環(huán)境下，由于放電電極基本上是處于絕熱狀態(tài)，處理時間越長，放電功率越大，放電溫度即越高。采用調制脈沖電源后，在驅動波形上采用不連續(xù)的激勵，使電子和離子在放電區(qū)域的空間產生分離，減少電子和離子間的碰撞幾率，即減少了發(fā)熱。由于電子幾乎沒有質量，質量基本集中在離子上，在放電區(qū)域施加不連續(xù)的高壓電場時，其等離子體放電也是不連續(xù)的，施加高壓電場放電時，電子的質量非常小，電子在電場中的運動加速度比較快，離子的質量遠大于電子，其運動的速度比較慢，電子和離子即被分層，碰撞的幾率也大大的降低，因而放電后產生的熱也顯著降低。
[0032]4)兩電極的饋電方式采用差分饋電方式，即在兩個電極上分別饋上幅度大小相等(AC500V?AC3000V)，相位相差180度的調制脈沖電源。由于放電電極是放置在腔體中，如果采用常規(guī)的單極性電源驅動，則電源的輸出電壓比較高，電極和金屬腔體之間的間距需要比較大，否則高壓電極和金屬腔體很容易產生無效的放電，既損失能量，也很容易燒壞絕緣。采用差分饋電方式，則電極和金屬腔體之間的電壓降低了一半，電極和金屬腔體之間的絕緣間距可以減少一半，腔體的有效利用率可以提高一倍。
[0033]5)如果電極和密封腔體的距離比較近且體積又不大，則可以選用絕緣的材料做腔體。
[0034]6)如果腔體是金屬的，則在金屬腔體內壁包敷絕緣材料層。
[0035]7)上電極和下電極的背面包覆有絕緣材料層，上電極和下電極的引出線上包覆有絕緣材料層。上電極和下電極也可全部包裹在絕緣材料層內。
[0036]8)腔體內可以施加包括空氣在內的其它各種氣態(tài)物質，即可產生相應氣態(tài)物的低溫等離子體。
[0037]實施例一
[0038]圖1為本實用新型專利的一個實施例，為了防止電極和真空腔壁發(fā)生放電，本實施例真空腔體I的腔體壁采用絕緣腔體壁2，絕緣腔體壁2的絕緣材料可以是陶瓷、玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龍等材料。真空腔體I右側為真空腔門6，材料可以為鋼化玻璃，真空腔門6與腔體接觸之間設有密封圈5。下腔體壁上設有抽氣和泄氣接口 7，上腔體壁上設有外加氣氛接口 8。上電極9與下電極15相對設在真空腔體I內，上電極9通過上電極引線11與差分式脈沖調制驅動電源21的(+ )端相連，下電極15通過下電極引線17與差分式脈沖調制驅動電源(_)21相連。上電極9的外表包覆有絕緣層10，絕緣材料可以為陶瓷，鋼化玻璃，石英玻璃，微晶玻璃，上電極引線11上包覆有上電極引線絕緣層12，材料為硅橡膠，氟橡膠，通過上電極引出電極14與差分式脈沖調制驅動電源( + )21相連，上電極引出電極14包覆在上電極引出絕緣子13內。下電極15上包覆有下電極絕緣層16,絕緣材料可以為陶瓷，鋼化玻璃，石英玻璃，微晶玻璃，下電極引線17上包覆有下電極引線絕緣層18，通過下電極引出電極20與差分式脈沖調制驅動電源21 (-)相連，下電極引出電極20包覆在下電極引出絕緣子19內。上下電極9和15外表包覆的電極絕緣層10和16的相向面表面鍍有一層稀土元素氧化物鍍層。
[0039]實際操作時，先關閉外加氣氛接口 8和真空腔門6，用真空泵將真空腔體I內的氣體從抽氣和泄氣接口 7處抽出，使真空腔體I內的氣壓約為50(T5000pa。再在上電極9、下電極15引出電極14和20上施加一定功率的差分式脈沖調制驅動電源，則在上電極9、下電極15之間的間隙空間內22就能產生常溫輝光放電的低溫等離子體。
[0040]如果需要，可以通過外加氣氛接口 8施加各種氣體，S卩可以產生對應氣氛的低溫等離子體。
[0041]上電極9、下電極15的外表面必須用一定厚度的絕緣介質，如陶瓷、玻璃、鋼化玻璃、石英玻璃等材料包覆，并在其它的相關部位，如電極的背面、電極引出線等，出現不需要的放電時施加良好的絕緣處理，使輝光放電只局限在上下兩電極的相向面內產生。
[0042]上電極9、下電極15可以是金屬鍍膜、金屬網、金屬薄或金屬板等金屬材料，也可以是石墨等非金屬的導電材料。
[0043]實施例二
[0044]圖2為本實用新型的第二個實施例，本實施例真空腔體I的腔體壁為金屬腔體壁3，為了防止電極和金屬腔體壁3發(fā)生放電，在金屬腔體壁3的內表面覆蓋有絕緣層4，金屬腔體壁絕緣層4采用了諸如玻璃、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、硅橡膠等材料。本實施例的其它結構與實施例一相同，具體實施時，其操作方法也與實施例一相同。本實施例適用于真空腔體I的體積比較大的設備上。
[0045]上面結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質，在本實用新型的精神和原則之內，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍之內。
【權利要求】
1.大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，包括真空腔體、設置于真空腔體內部的上電極和下電極、設置于真空腔體上端的外加氣氛接口、設置于真空腔體下端的抽氣和泄氣接口、設置于真空腔體一側的真空腔門，還包括穿過真空腔體分別與上、下電極相連接的驅動電源，其特征在于：所述驅動電源為脈沖調制驅動電源，同時，在相對設置的上電極下表面和下電極上表面上，分別設置一層稀土元素氧化物鍍層。
2.如權利要求I所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述稀土元素氧化物鍍層的材料為氧化鑭、氧化銣或者氧化鐠。
3.如權利要求I或2所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述脈沖調制驅動電源，為采用差分饋電方式的調制脈沖電源。
4.如權利要求3所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述真空腔體為絕緣腔體。
5.如權利要求3所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述真空腔體為金屬腔體，在真空腔體的內壁包敷有金屬腔體壁絕緣層。
6.如權利要求5所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述金屬腔體絕緣層的材料為陶瓷、玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或者尼龍。
7.如權利要求I所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述上、下電極通過上、下電極引線與驅動電源相連接，所述上、下電極引線經過設置于真空腔體側邊上的上、下電極引出絕緣子穿透真空腔體。
8.如權利要求6所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述上電極和下電極的外側包裹有電極絕緣層，所述上、下電極引線的外層也包覆有絕緣材料層。
9.如權利要求8所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述電極絕緣層的材料為陶瓷、鋼化玻璃、石英玻璃或者微晶玻璃； 所述絕緣材料層的材料為硅橡膠或者氟橡膠。
10.如權利要求I所述的大放電間距下低溫等離子體材料處理裝置，其特征在于：所述真空腔體與真空腔門之間設置有密封圈。
【文檔編號】H05H1/24GK204145866SQ201420628455
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】萬京林, 萬良淏, 萬良慶 申請人:南京蘇曼等離子科技有限公司