CN101983542A - 用于引发电弧的方法和装置 - Google Patents

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朱利叶斯·罗奇
福尔克马尔·霍普费
伊纳·达尼
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Abstract

本发明涉及用于在环境大气条件下在能够用于改变衬底表面的等离子体源的阳极与阴极之间引发电弧的方法和装置，所述阴极被布置为距所述阳极一定距离。本发明的目的在于降低引发等离子体电弧所需的消耗以及使得该引发过程更安全。本发明的特征在于，借助于平行于纵轴线的、被布置在阳极与阴极之间的两个电极，通过所供给的气体引发阻挡放电，其中所述两个电极被连接至高电压发生器且在引发期间被提供以高频交流电压。由此，当直流电压被施加至所述阳极和阴极时，借助于由于阻挡放电而存在于所述阳极与所述阴极之间的电荷载体可以引发电弧。

Description

用于引发电弧的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在环境大气条件下在能够用于改变衬底表面的等离子体源的阳极与阴极之间引发电弧的方法和装置，所述阴极被布置为距所述阳极一定距离。在此，借助于等离子体形成气体和所引发的电弧而形成的等离子体能够通过出口被引向要改变的衬底表面。电弧等离子体源可以在常规环境中在大气压下工作，使得可以摒弃在其它方式中通常使用的真空或者低压技术。通过自身已知的电弧等离子体源能够提供大量等离子体，使得可以有效地改变很大的面积。衬底表面可以得到净化，可去除在表面上形成的层，能够使表面变平滑或者变粗糙，且当使用相应合适的气体以形成等离子体或者使用额外的反应气体时，也可以在表面上形成层。本发明也可用于其中等离子体的使用很有意义的其它工件加工技术。
背景技术
在DE 10 2004 015 217 B4等中描述了这样的电弧等离子体源。在此，在阳极与阴极之间引发电弧，且通过该电弧和所提供的气体形成等离子体，所形成的等离子体可以通过缝式喷嘴被喷出且加以利用。因为等离子体源的阳极和阴极被布置成彼此相距很大的距离，所以引发电弧需要更高的成本。
为此，在EP 0 851 720 B1中提出使用级联设计的中和电容器布置(neutrode arrangement)，该布置可以通过由铜叠层和绝缘材料构成的层叠形成。中和电容器被布置在阳极与阴极之间，且可以向中和电容器提供高电压。通过使用复杂的引发电子装置，通过短时间用作阳极的中和电容器逐级地引发引导电弧，所述引导电弧逐渐被延伸直至要在实际的阳极与阴极之间形成的电弧的整个长度。
明显，为此所需的成本很高。此外，中和电容器的制造公差对等离子体流可能具有负面影响，使得可能出现等离子体异质性。
发明内容
因此，本发明的目的在于降低用于引发等离子体源的电弧的成本以及使得该引发过程更加安全。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的方法来实现。在此，可以通过根据权利要求9所述的装置来实施。可以通过从属权利要求所描述的特征实现有利的实施例和改进方案。
对于根据本发明的在环境大气条件下用于在用于改变衬底表面的离子体源的阳极与被布置为距该阳极一定距离的阴极之间引发电弧的方法，借助于在阳极与阴极之间平行于纵轴线布置的两个电极引发该电弧。所述两个电极被连接至高电压发生器且被提供以高频交流电压，用于引发电弧。通过所引入的气体引发阻挡放电。由此，可以通过由于阳极与阴极之间的阻挡放电而存在的电荷载体利用被施加至阳极和阴极的直流电压而引发电弧。这里，并不需要能够保持特定的大气条件(特别是保持不具有恒定浓度的特定气体，或者是保持低至真空的压力)的完全封闭的壳体。可以在环境大气条件下进行工作。
应使用频率为至少5kHz、优选至少15kHz的至少1kV、优选为5kV且特别优选为10kV的电压用于引发阻挡放电。这些参数应至少维持至引发电弧。
在此会使用惰性气体，如氩气。该气体的体积流量至少在引发阶段中应在10sl/min至100sl/min之间且用于阻挡放电。
在产生期间，但至少在阻挡放电完全形成之后，直流电压被施加至阳极和阴极，于是，通过所施加的直流电压可以在等离子体源的实际的阳极与阴极之间维持所引发的电弧。该电压可以根据阳极与阴极之间的距离进行选择。然而，该电压应至少为100V。对于更大的距离，也就是大约300mm的距离，可以是使用500V的直流电压。
用于形成阻挡放电的电极应在整个长度上相距尽可能恒定的距离。在电极之间形成间隙，在该间隙的两个端面上，在一个端面上布置有阳极，在另一个端面上布置有阴极。
电极应具有绝缘的、至少具有高阻抗的覆盖层，至少在电极的、面向另一电极的一侧具有绝缘的、至少具有高阻抗的覆盖层。电极可以构建成杆形或者板形。其长度以被选择成使得在阳极与阴极之间的空间中由于阻挡放电而存在有足够的电荷载体。在此，不一定要求电极在其长度方面的尺寸使得该长度对应于阳极与阴极之间的距离。电极的长度为阳极与阴极之间的距离的至少75％足矣。在此，能够在阳极与阴极之间的距离的80％的长度上实现阻挡放电。在此，可以调整电参数，也就是能够相应调整高频交流电压和/或被施加至阳极和阴极的直流电压，以确保足够用于阻挡放电和引发电弧的电压和功率的值。
通过本发明能够明显简化电弧等离子体源的设计结构。因为电极不会损耗，所以降低了损耗部件的数量。明显降低了用于运行、维护和维修的成本。不像具有中和电容器的实施例那样需要高成本的引发电子装置，且还可摒弃冷却器。
附图说明
下文中通过示例进一步描述本发明。
附图中：
图1以示意图形式以两个视图示出根据本发明的装置的示例。
具体实施方式
在图1的上部视图中示出原理结构。在用于电弧的点火通道7的端面上，在左侧布置有阳极4且在右侧布置有阴极5，且阳极和阴极都被连接至直流电压源6。阳极4与阴极5之间的距离为300mm。施加500V的电压。
在点火通道7的两侧布置有相互平行对齐且相距一定距离的两个电极1和2。所述两个电极1和2被连接至高电压发生器3，且被提供以频率为15kHz的10kV交流电压。在此，电极1和2在面向点火通道7的方向的表面上具有绝缘层8。
图1的下部视图示出氩气如何被引入点火通道7作为等离子体气体9。氩气可以用于阻挡放电(barrier discharge)，以及需要时在随后利用引发的电弧11用于形成等离子体。在此未示出阳极4和阴极5。电极1和2之间的间隙在此为9mm。然而，在其它实施例中，该间隙可以更窄或者更宽。氩气以40sl/min的体积流量引入。
在形成/引发阻挡放电时可早已施加直流电压。然而这必须至少是当应当引发电弧11时且由于阻挡放电而在阳极4与阴极5之间的点火通道7中有足够的电荷载体时才是如此。
在引发电弧之后，可断开交流电压。形成的等离子体10可以被排出。

Claims (13)

1.一种用于在环境大气条件下在用于改变衬底表面的等离子体源的阳极与阴极之间引发电弧的方法，所述阴极被布置为距所述阳极一定距离，其中，借助于两个电极(1、2)，利用提供的气体引发阻挡放电，其中所述两个电极(1、2)平行于纵轴线布置在阳极(4)与阴极(5)之间且被连接至高电压发生器(3)，且在引发电弧时被提供以高频交流电压，并且，借助于由于所述阻挡放电而存在于所述阳极(4)和所述阴极(5)之间的电荷载体，利用被施加至所述阳极(4)和所述阴极(5)的直流电压引发电弧(11)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻挡放电通过至少为1kV的电压引发，且至少被维持至引发电弧(11)。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，保持至少5kHz的频率以用于所述阻挡放电。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用惰性气体用于引发电弧。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少100V的直流电压下引发和维持所述电弧(11)。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述阳极(4)与所述阴极(5)之间在至少150mm的长度上形成所述电弧(11)。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少为所述阳极(4)与所述阴极(5)之间距离的80％的长度上引发所述阻挡放电且将所述阻挡放电至少维持至引发所述电弧(11)。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以至少10sl/min的体积流量引入所述气体。
9.一种用于实施根据权利要求1至8之一所述的方法的装置，其特征在于，布置有相互平行且在阳极(4)与阴极(5)之间平行于纵轴线的两个电极(1、2)，所述两个电极被连接至高电压发生器(3)且在高频交流电压下操作，使得被引入所述两个电极(1、2)以及所述阳极(4)与所述阴极(5)之间的气体被激发，且形成阻挡放电。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述两个电极(1、2)具有绝缘层(8)。
11.根据权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，所述两个电极(1、2)被构建为杆形或者板形。
12.根据权利要求9至11之一所述的装置，其特征在于，所述两个电极(1、2)具有至少为所述阳极(4)与所述阴极(5)之间的距离的75％的长度。
13.根据权利要求9至12之一所述的装置，其特征在于，所述两个电极(1、2)之间的间隙形成用于等离子体(10)的喷嘴。
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