CN102560439A

CN102560439A - 等离子体表面处理方法及装置

Info

Publication number: CN102560439A
Application number: CN2012100877635A
Authority: CN
Inventors: 吴海英
Original assignee: Arts Optical Co Ltd
Current assignee: Arts Optical Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种等离子体表面处理装置及处理方法，该装置包括箱体、与箱体连接的抽真空系统和反应气体室，该箱体内设有等离子源电极电板，该等离子源电极电板与高频高压电源连接。本发明还提供一种等离子体表面处理方法，其包括步骤：将工件置于箱体内并密闭箱体；抽真空系统对箱体进行抽真空处理；从反应气体室向箱体内加入反应气体；高频高压电源输出高压电，使等离子源电极电板激发等离子体，令到反应气体被电离激发，轰击工件表面粒子而形成表面自由基。采用本发明进行工件等离子体表面处理，所利用的条件和工作元素都是环保无害的，无有害废气废液排出，符合绿色环保的生产原则。

Description

等离子体表面处理方法及装置

【技术领域】

本发明涉及工件表面加工技术领域，尤其是指一种采用等离子体表面处理的加工方法及装置。

【背景技术】

现在因消费者对产品表面的功能性的要求越来越高，制作有防尘、防污、易洁、防静电等功能的表面处理技术需求日渐增加，尤其是硅橡胶聚合物的产品来说，硅橡胶聚合物的结构是的硅氧烷联系 Si O所形成，是属于硅氧烷机构 Si-O 键，而氧原素是带有负电子，所以遇到带有正电荷的尘粒就会直接吸引到硅胶表面上，产品吸引大量尘埃，会影响产品的可观性和使用性能。例如在眼镜上使用的硅胶镜腿套，常常会吸引大量尘埃严重影响眼镜外观，并且佩戴不卫生感觉很不干净，也影响佩戴的舒适度。

以目前工业界现有的表面处理技术上，只是有机涂料(叻架)的成效比较显著，可惜，有机涂料(叻架)的生产通常都会释放出化学废液和废气，完全不符合现今的环保意念。而未见有其他环保的、性能好、效率高、处理成效好的表面处理技术。

因此，提供一种环保的、处理效果好的等离子体表面处理方法及装置实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种环保的、防尘处理效果好的等离子体表面处理装置。

本发明的另一目的在于提供一种环保的、防尘处理效果好的等离子体表面处理方法。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种等离子体表面处理装置，其包括箱体、与箱体连接的抽真空系统和反应气体室，该箱体内设有等离子源电极电板，该等离子源电极电板与高频高压电源连接。采用该装置进行工件等离子体表面处理，所利用的条件和工作元素都是环保无害的，无有害废气废液排出，符合绿色环保的生产原则。

一些实施例中，该反应气体室内装有氢气。

一些实施例中，该高频高压电源功率为1W/cm2。

优选的，该抽真空系统包括相串联的旋转机械真空泵和罗茨式真空泵。优选的，该抽真空系统与箱体之间通过真空法兰座连接，或该抽真空系统与箱体之间通过真空法兰座连接并且该抽真空系统与箱体之间连接有气动真空压力阀门，从而控制抽真空工序。

优选的，箱体内的两侧室壁各设有两对相应的能激发等离子体的等离子源电极电板，该等离子源电极电板连接两个高频高压电源。该等离子源电极电板包括电极板和导电棒，箱体外部的导电棒一端为连接高频高压电源的电源介面，以产生等离子体。

优选的，该箱体内设有二维工件转台，该工件转台通过齿轮与马达驱动轴连接。优选的，该二维工件转台包括公转和自转两个维度的转动。进一步的，该工件转台上设有多个挂具转轴，多个工件可同时挂在挂具转轴上实现二维转动，同时进行等离子体表面处理。

优选的，该箱体还连接有真空计，用于检测箱体内的抽气压力数值。优选的，该箱体还连接有气体流量计，用于检测输入箱体内的反应气体的流量。优选的，该箱体还连接有放气阀，用于空气进入箱体内回复大气压力进而打开炉门。

本发明还提供一种采用如上所述的等离子体表面处理装置对工件进行等离子体表面处理的等离子体表面处理方法，其包括如下步骤：

（1）将工件置于箱体内并密闭箱体；

（2）抽真空系统对箱体进行抽真空处理；

（3）从反应气体室向箱体内加入反应气体；

（4）高频高压电源输出高压电，使等离子源电极电板激发等离子体，令到反应气体被电离激发，轰击工件表面粒子而形成表面自由基。

采用该等离子体表面处理方法进行工件等离子体表面处理，对工件表面改性，过程中不涉及任何废气、废水的排放，所利用的条件和工作元素都是环保无害的，符合绿色环保的生产原则。该方法对工件表面改性使工件表面具有防尘、防静电、易清洁功能，提高产品的附加价值。

优选的，该反应气体为氢气。

优选的，在步骤（1）前还包括步骤：对工件进行除污、去油、烘干处理。

优选的，步骤（3）中对箱体抽真空达真空度8.0x10^-2Pa；步骤（4）中高频高压电源功率为1W/cm2，加反应气体达20-80Pa压强。

对比现有技术，本发明具有以下优点：

本发明等离子体表面处理方法及装置进行工件等离子体表面处理，对工件表面改性，过程中不涉及任何废气、废水的排放，所利用的条件和工作元素都是环保无害的，符合绿色环保的生产原则。该方法对工件表面改性使工件表面具有防尘、防静电、易清洁功能，提高产品的附加价值。

【附图说明】

图1为本发明等离子体表面处理装置的结构示意图；

图2为本发明等离子体表面处理装置的箱体的俯视图；

图3为本发明等离子体表面处理所使用的挂具架及挂具转轴示意图；

图4为本发明等离子体表面处理所使用的挂具架及挂具转轴俯视图；

图5为本发明等离子体表面处理方法在真空抽气示意图；

图6为本发明等离子体表面处理方法在化学反应电离分解示意图；

图7为本发明等离子体表面处理方法在实现表面功能改性示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1和图5，本发明等离子体表面处理装置包括箱体1，与箱体1连接的抽真空系统和反应气体室9，该箱体内设有等离子源电极电板2，该等离子源电极电板与高频高压电源30连接。其中，该箱体1是个圆桶型式的设计，箱体壁室是采用不锈钢材料制成，较为符合本发明等离子体反应的实际需要。该反应气体室9内装有反应气体，一般装有氢气。

该箱体1设有标准的真空法兰座，通过该真空法兰座连接着有一组抽真空系统，该抽真空系统包括以串联方式相连组合的油封式旋转机械真空泵3和罗茨式真空泵4。

在本实施例中，此抽真空系统组合有一个油封式旋转机械真空泵 2x70型号，其抽气速率有70L/S，极限抽气压力达 6.0E-2Pa，转速有450r/min，此其功能作为预真空抽气工序。该油封式旋转机械真空泵的抽气口位置亦连接一个法兰座，该法兰座上就连接罗茨式真空泵ZJP-150型号，其真空泵能抽气速率150L/S，极限抽气压力 3.0E-2Pa，转速有1470r/min，此其功能用于低压力下范围内进行真空抽气，加速粗抽级数压力，因而作为增压的真空泵。此罗茨式真空泵的抽气口连接一个气动真空压力阀门6 ，之间连接有真空管道5接驳到等离子体真空箱体1。

该箱体1的两侧室壁各设有两组相对的等离子源，如图2所显示，等离子源电极电板2组合包括有电极板及导电棒，箱体1外部的导电棒一端为电源介面，连接有两个高频高压电源30，以产生等离子体。

该箱体1底部设有公转加自转的二维工件转台10，由外部靠一组马达通过齿轮驱动向工件转台10提供二维旋转轴，工件转台上架设有二十个挂具转轴11来放置挂具架12，多个工件可同时挂在挂具转轴上实现二维转动，同时进行等离子体表面处理，如图3和图4所示，将所有工件都挂在挂具架12上，目的是工件全面都能受到等离子体辉光处理而有效地被活化改性其表面。

该箱体1设有一组真空计，用于检测真空室内的抽气压力数值；以及设有品质气体流量计8与放气阀7，用于对真空室进行充气时的检测与控制。

本发明采用所述等离子体表面处理装置对工件进行等离子体表面处理的等离子体表面处理方法，其包括如下步骤：

I）先将工件（如硅胶工件）除污、去油、烘干；

II）然后放置于箱体1内的工件转台10，关上了真空室门封闭箱体；

III）然后通过真空系统对箱体抽真空，待真空室的真空度达8.0×10-2Pa的度数，如图5所示；

IV）然后从反应气体室8向箱体1内加入反应气体（如氢气）至20-80Pa；

V）高频高压电源输出高压电来刺激等离子源之电极电板，功率约1W/cm2，来激发等离子体，工件20透过工件转台10而暴露于等离子体辉光范围，引发样品表面与反应气体而受到化学反应电离分解，请参阅图6；

进入反应气体(氢气)被电离激发后，轰击在硅胶表面的粒子，被打破了表面的化学键，导致形成了表面自由基，这些表面的自由基成有氢原素键，是等离子体活性物种反应，形成有效化学功能团，实现表面功能改性。令到硅胶表面存在氢原素变成正极，能防止尘粒吸引表面，达到防尘功能。

本发明实用等离子表面处理技术设备能广泛应用于任何产品的固体表面，如金属、玻璃、塑胶、硅橡胶等，且使用此设备来进行的表面改性工艺，可给予样品表面附加功能，如防静电、防尘等。

成品测试方法：

采用一款轻巧手持式静电位测量仪来量度已表面处理产品的正负离子差额值，测量范围以+/-20KV数值，距离被测的物体约 1 英寸。测试方法是需要未处理的样品和已处理的样品已作出比较来决定，而未处理的样品会测出偏向负数数值 -V，已处理的样品会测出趋向0或向正数值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种等离子体表面处理装置，其特征在于，其包括箱体、与箱体连接的抽真空系统和反应气体室，该箱体内设有等离子源电极电板，该等离子源电极电板与高频高压电源连接。

2.如权利要求1所述的等离子体表面处理装置，其特征在于，该抽真空系统包括相串联的旋转机械真空泵和罗茨式真空泵，该抽真空系统与箱体之间通过真空法兰座连接，或该抽真空系统与箱体之间通过真空法兰座连接并且该抽真空系统与箱体之间连接有气动真空压力阀门。

3.如权利要求1所述的等离子体表面处理装置，其特征在于，该等离子源电极电板包括电极板和导电棒。

4.如权利要求1所述的等离子体表面处理装置，其特征在于，该箱体内设有二维工件转台，该工件转台通过齿轮与马达驱动轴连接。

5.如权利要求4所述的等离子体表面处理装置，其特征在于，该工件转台上设有多个挂具转轴。

6.如权利要求1所述的等离子体表面处理装置，其特征在于，该箱体还连接有真空计和/或气体流量计和/或放气阀。

7.一种采用如权利要求1~6任一项所述的等离子体表面处理装置对工件进行等离子体表面处理的等离子体表面处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）将工件置于箱体内并密闭箱体；

（2）抽真空系统对箱体进行抽真空处理；

（3）从反应气体室向箱体内加入反应气体；

8.如权利要求7所述的等离子体表面处理方法，其特征在于，该反应气体为氢气。

9.如权利要求7所述的等离子体表面处理方法，其特征在于，在步骤（1）前还包括步骤：对工件进行除污、去油、烘干处理。

10.如权利要求7所述的等离子体表面处理方法，其特征在于，步骤（3）中对箱体抽真空达真空度8.0x10^-2Pa；步骤（4）中高频高压电源功率为1W/cm2，功率约1W/cm2加反应气体达20-80Pa压强。