CN101649445B - 一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法 - Google Patents

一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法 Download PDF

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Abstract

一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，涉及一种等离子体材料表面改性方法。它解决了解决现有的内表面等离子体注入方法对小管径管筒的离子注入效果差的问题。它的方法是：一、采用等离子体源在真空室内产生等离子体，将待处理的管筒放置于所述真空室内，并对待处理的管筒施加高脉冲负偏压；二、将一根辅助阳极放置在待处理的管筒内，并将辅助阳极接地，所述辅助阳极与待处理的管筒之间产生电场，等离子体中的离子在电场作用下进入到待处理的管筒内部，并注入到待处理管筒的内表面上；三、使所述辅助阳极沿着待处理管筒的轴线运动，实现待处理管筒的整管内表面离子注入。本发明适用于处理内径较小的管筒内壁的离子注入。

Description

一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体材料表面改性方法。
背景技术
离子注入是一种有效的表面优化方法，但是由于离子行走轨迹的视线性，使得采用束线离子注入对细长的管筒内壁处理具有较大难度，并且设备昂贵、成本高昂。如公开号CN1414136的名称为《管筒状工件内表面束线离子注入装置》公开的一种束线离子注入和偏转电场的方法，该方法实现了管筒状工件内表面的束线离子注入，但由于其采用了束线离子注入机，导致其设备价格昂贵、成本较高；而等离子体浸没离子注入技术（PIII）作为一种高效、廉价的材料表面改性技术已经获得了国内外学者广泛的关注。但采用PIII对细长管筒进行内表面改性的应用受到了注入能量和注入剂量的限制。为了提高注入能量，公开号CN1320948的名称为《内表面离子注入装置》、公开号CN2278698的名称为《等离子体源材料内表面离子注入装置》提出了内电极的方法，但是由于偏转电场的影响，管筒内表面注入剂量很不均匀。为了获得持续的内部离子注入，公开号CN1382829的名称为《一种管状工件内表面改性的方法》、公开号CN1756859的名称为《一种管状工件内表面改性的方法及其专用装置》、公开号CN1844449的《细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置及方法》中采用内部等离子体源，但是内部结构的存在使待处理管筒内径不能太小；为了简化内部等离子体源结构，公开号CN2577436的名称为《利用高压辉光放电对管筒状工件内表面离子注入的装置》、公开号CN2577437的名称为《管筒状工件内壁等离子体注入装置》、公开号CN2578970的名称为《管筒状工件内表面离子注入装置》采用内电极直接激励产生等离子体方法，但是由于这种方法属于二级放电，放电过程遵循帕邢定律，使得细管中等离子体的产生存在易打火或者起辉难等问题，也限制了小管径管筒的注入处理。
发明内容
本发明是为解决现有的内表面等离子体注入方法对小管径管筒的离子注入效果差的问题，从而提供一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法。
一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，它由以下步骤实现：
步骤一、采用等离子体源在真空室内产生等离子体，将待处理的管筒放置于所述真空室内，并对待处理的管筒施加高脉冲负偏压；
步骤二、将一根辅助阳极放置在待处理的管筒内，并将辅助阳极接地，所述辅助阳极与待处理的管筒之间产生电场，从而等离子体中的离子在电场作用下进入到待处理的管筒内部，并注入到待处理管筒的内表面上；
步骤三、使所述辅助阳极沿着待处理管筒的轴线运动，实现待处理管筒的整管内表面离子注入。
有益效果：本发明中待处理管筒的内表面注入剂量不再受到管筒内等离子体的体积限制，在离子注入过程中，由于待处理管筒上施加了负电位，管外等离子体中的离子源源不断地被吸引到待处理的管筒内，并在辅助阳极端头附近偏转注入到管筒内表面上；通过控制辅助阳极端头移动到待处理管筒内部的不同位置和停留时间，可以方便地控制管筒内表面相应位置的离子注入剂量，从而实现待处理管筒内表面各处均匀的离子注入，本发明适用于处理内径较小的管筒内壁的离子注入，并且成本较低。
附图说明
图1是本发明方法所采用的装置结构示意图；图2是本发明的具体方式二所采用的装置结构的剖面图；图3是本发明的具体实施方式三所采用的装置结构的剖面图；图4为本发明的具体实施方式四所采用的装置结构的剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本具体实施方式，一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，它由以下步骤实现：
步骤一、采用等离子体源在真空室内产生等离子体，将待处理的管筒1放置于所述真空室内，并对待处理的管筒1施加高脉冲负偏压；
步骤二、将一根辅助阳极2放置在待处理的管筒1内，并将辅助阳极1接地，所述辅助阳极2与待处理的管筒1之间产生电场，从而等离子体中的离子在电场作用下进入到待处理的管筒1内部，并注入到待处理的管筒1的内表面上；
步骤三、使所述辅助阳极2沿着待处理管筒1的轴线运动，实现待处理管筒1的整管内表面离子注入。
本发明由待处理的管筒1上施加的负偏压与辅助阳极2之间的电压差形成电场，吸引待处理管筒1外的离子进入待处理的管筒1内，并注入到待处理的管筒1的内表面。
具体实施方式二、结合图2说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，在待处理的管筒1的端口处设置金属板环3，所述金属板环3与待处理的管筒1的外壁连接，并将所述金属板环3施加负偏压。
本实施方式中金属板环3施加的负偏压与对待处理的管筒1上施加的负偏压之间可以存在电压差也可以不存在电压差。
具体实施方式三、结合图3说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，在待处理的管筒1的端口处的外壁设置金属网环4。所述金属网环4与待处理的管筒1的外壁连接，并将所述金属网环4施加负偏压。
本实施方式中对金属网环4施加的负偏压与待处理的管筒1上施加的负偏压之间可以存在电压差也可以不存在电压差。
具体实施方式四、结合图4说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式四所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，在待处理的管筒1的端口处设置金属栅网5，所述金属栅网5与待处理的管筒1的外壁连接，并将所述金属栅网5施加负偏压。
本实施方式中金属栅网5施加的负偏压与对待处理的管筒1上施加的负偏压之间可以存在电压差也可以不存在电压差。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三或四所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，在待处理管筒1上施加的高脉冲负偏压的大小为0.5千伏~100千伏。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，辅助阳极2沿着待处理的管筒1的轴线做往复运动。
本实施方式可以使待处理的管筒内表面离子注入得更均匀。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、或六所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，所述真空室中的等离子体的密度为1×107cm-3～1×1011cm-3。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式七所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，所述的等离子体源设置在待处理管筒1的管口处。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、六或八所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，等离子体源产生的等离子体为气体等离子体。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、五、六或八所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法的区别在于，真空室中等离子体源产生的等离子体为金属等离子体。

Claims (10)

1.一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征是：它由以下步骤实现：
步骤一、采用等离子体源在真空室内产生等离子体，将待处理的管筒（1）放置于所述真空室内，并对待处理的管筒（1）施加高脉冲负偏压；
步骤二、将一根辅助阳极（2）放置在待处理的管筒（1）内，并将辅助阳极（1）接地，所述辅助阳极（2）与待处理的管筒（1）之间产生电场，从而等离子体中的离子在电场作用下进入到待处理的管筒（1）内部，并注入到待处理的管筒（1）的内表面上；
步骤三、使所述辅助阳极（2）沿着待处理管筒（1）的轴线运动，实现待处理管筒（1）的整管内表面离子注入。
2.根据权利要求1所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于在待处理管筒（1）的端口处的外壁设置金属板环（3），所述金属板环（3）与待处理的管筒（1）的外壁连接，并将所述金属板环（3）施加负偏压。
3.根据权利要求1所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于在待处理管筒（1）的端口处的外壁设置金属网环（4），所述金属网环（4）与待处理的管筒（1）的外壁连接，并将所述金属网环（4）施加负偏压。
4.根据权利要求1所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于在待处理管筒（1）的端口处设置金属栅网（5），所述金属栅网（5）与待处理的管筒（1）的外壁连接，并将所述金属栅网（5）施加负偏压。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于在待处理管筒（1）上施加的高脉冲负偏压的大小为0.5千伏~100千伏。
6.根据权利要求5所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于辅助阳极（2）沿着待处理的管筒（1）的轴线做往复运动。
7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于所述真空室中的等离子体的密度为1×107个/立方厘米～1×1011个/立方厘米。
8.根据权利要求7所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于等离子体源设置在待处理管筒（1）的管口处。
9.根据权利要求1、2、3、4、6或8所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于等离子体源产生的等离子体为气体等离子体。
10.根据权利要求1、2、3、4、6或8所述的一种内电极移动式内表面等离子体离子注入方法，其特征在于等离子体源产生的等离子体为金属等离子体。
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