CN1161821C - 其电极具有大量均匀边沿的等离子聚合设备 - Google Patents

其电极具有大量均匀边沿的等离子聚合设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及等离子聚合设备，包括：聚合室，用于通过高压放电在衬底的表面进行聚合；放电电极，安装在聚合室的内部；相对电极，具有多个均匀边沿以便在电极的表面形成均匀的电场；高压加载单元，用于将高压施加到电极；气体提供单元，用于向聚合室内提供单体气体和非单体气体；和泵吸单元，用于保持聚合室内的真空。本发明可以保持电极的均匀性，因此通过保持电极每个部分上的电流密度和碳化程度可以制造出高质量的聚合膜。

Description

其电极具有大量均匀边沿的等离子聚合设备
技术领域
本发明涉及等离子聚合设备。该设备用于金属、聚合物、陶瓷等的表面处理，并且能够通过改性衬底的表面或者在衬底的表面上形成涂层来改进衬底的可用性。
背景技术
通常，当在等离子放电中对衬底进行表面处理时，在表面上形成具有高硬度和耐磨性的改性层。存在很多表面改性的产品，例如磁盘，光盘和硬质合金工具。而且，当在等离子放电中处理在钢板表面上涂敷的膜时，可以实现具有高耐用性和耐蚀性的硬化涂层钢板。
如图1所示，PCT WO99/28530公开了一种等离子聚合设备。该设备包括：真空室20；安装在真空室20内的电极4；真空泵5，6，用于调节真空室20的压力；压力计7，8，用于测量真空度；电源40，用于向电极4施加电压；和气体调节装置9，10，用于在要进行表面改性的衬底4a周围注入单体气体和非单体气体(例如氮)。
要通过等离子放电改性的衬底4a被置于真空室20中。操作回转泵5以便将真空室20的内部压力保持在大约10-3Torr，该压力由热电耦计7确定。操作扩散泵6以便将真空室的内部压力保持在大约10-6Torr，该压力由电离压力计8确定。电源40将衬底4a偏置作为阳极，而将相对的电极4接地。在将真空室的内部压力保持为一定真空度后，将单体气体和非单体气体顺序地注入到真空室20中。当真空室的内部压力达到某个真空度时，利用直流或高频对真空室进行等离子放电。此时，在等离子放电中气体的分子键被切断，并且通过将切断的键与活性正离子和负离子结合，在位于两个电极之间的衬底的表面上形成聚合层。
如图2所示，常规等离子聚合设备包括板形电极。由于板形电极具有一定尺寸，DC放电中的电流被集中在电极的边沿。在此情况下，待聚合的气体很容易在电极的边沿碳化，而不容易在电极的中间部分碳化。在碳化随电极的各个部分而变化时，施加到电极的电压变得不均匀，这使得真空室中的放电不稳定，并导致电弧放电。因此，等离子聚合产品无法具有良好的质量。
而且，如果在带型金属上连续执行等离子聚合工艺，电极的尺寸增加以便改善生产率。随着电极尺寸的增加，电极的每个部分上的电流密度的差别变大，并且所要聚合的材料的均匀性变低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有均匀电流密度的电极，而不会在某些部分出现电流密度的集中，能够保持均匀性并执行高质量的等离子淀积而不受碳化的影响。
本发明提供一种包括新形状的电极的等离子聚合设备，以便解决常规等离子聚合设备的上述问题。
本发明的等离子聚合设备包括：聚合室，用于通过高压放电在衬底的表面进行聚合；放电电极，安装在聚合室的内部；相对电极，具有多个均匀边沿以便在电极的表面形成均匀的电场；高压加载单元，用于将高压施加到电极；气体提供单元，用于向聚合室内提供单体气体和非单体气体；和泵吸单元，用于保持聚合室内的真空，其中，放电电极是由高压加载单元施加电源的衬底。
在聚合室内可以安装多个相对的电极。而且，电极可以具有在其表面上形成的切开线。此处，切开线可以被形成为具有一定宽度。作为相对的电极的优选实施例，可以使用网孔形电极，并且还可以在电极表面上形成多个具有一定尺寸的孔。
本发明的等离子聚合设备可以进一步包括具有用于展开衬底的展开滚筒的展开室，和具有用于卷绕已聚合衬底的卷绕滚筒的卷绕室。
在连续等离子聚合设备中可以使用具有多个均匀边沿的相对电极。在使用衬底作为一个电极的设备中，可以通过将电极对着衬底的两个表面安装来改善聚合效率。
在利用放电进行等离子聚合时，在聚合衬底和电极上都发生等离子聚合。在等离子聚合持续一定时间后，在电极上形成的聚合膜被碳化。因此，聚合和碳化重复发生。等离子聚合中使用的电极主要是铜或SUS，并且通常是板形的。当使用板形金属作为电极时，在施加DC电源时，电流集中在电极的边沿。因此，电极边沿上的聚合膜很容易发生碳化，而电极中间部分的聚合膜不容易发生碳化。电极的不均匀性使得放电不稳定，导致在聚合室中发生电弧放电，并因此使聚合产品的质量降低。
本发明可以通过使用具有多个均匀边沿的电极来保持电极的均匀性，因此可以通过使电极每个部分上的电流密度和碳化度保持均匀而改善聚合产品的质量。
附图说明
图1是常规等离子聚合设备的示意透视图。
图2是常规设备中使用的板形电极的平面图。
图3是表示本发明的网孔形电极的平面图。
图4是表示安装在等离子聚合设备上的本发明的网孔形电极的透视图。
图5表示本发明优选实施例的多个网孔形电极。
图6表示本发明另一个优选实施例的在内部形成切开线的网孔形电极。
图7表示本发明另一个实施例的在内部形成切开线的多个网孔形电极。
图8表示本发明另一个实施例的形成具有一定宽度的切开部分的网孔形电极。
图9表示本发明另一个实施例的形成具有一定宽度的切开部分的多个网孔形电极。
具体实施方式
下面，将详细说明本发明的优选实施例。
实例1
图3表示本发明优选实施例的网孔形电极。与图2所示的板形电极相比，在网孔形电极中电流的集中程度较低，在电极上电流均匀地分布，并且电流密度保持均匀。而且，所需的电极数量低于板形电极的数量。网孔的尺寸最好在2～50目的范围。
图4表示安装在等离子聚合设备中的本发明优选实施例的网孔形电极A。本发明的网孔形电极可以由连续等离子聚合设备采用，也可以由将电极安装在聚合室的衬底的一侧并进行淀积的等离子聚合设备采用。具体地说，如图4所示，在连续等离子聚合设备使用衬底4a作为一个电极的情况下，可以通过把对着衬底的两侧的电极22同时形成为网孔形来改善聚合效率。
实例2
图5表示连续等离子聚合设备的具有改性结构的电极。为了连续聚合具有大尺寸的衬底，必须增加电极的尺寸。在此情况下，更希望将实施例1的网孔形电极1分割为多个电极，以便增加电极的整体尺寸。当电极的尺寸增加时，即使在网孔形电极中也可以将电流集中在电极的边沿。在包括多个电极的电极结构中，通过把电源和电阻连接到每个电极，可以防止电流和电压的变化，并且可以产生稳定的等离子体。
实例3
图6和图7表示本发明的另外实施例。在实例1和实例2的网孔形电极1上形成切开线。切开线可以充分发挥网孔形电极的优点，因此可以使电流的集中降至最小。
实例4
图8和图9表示本发明的另外实施例。在实例3的切开部分形成的网孔形电极中，显示出具有一定宽度的切开部分3。该结构比实例3更有效。因此电流的集中被进一步最小化，并且通过等离子聚合进行的淀积可以更均匀。具体地说，图8的电极结构类似于实例2的电极结构，但是被实施为一个电极。因此，无需将电源连接到每个电极，可以使设备简化。
上述实例是网孔形电极，但是本发明的具有多个均匀边沿的电极可以实施为包括多个具有一定尺寸的孔的结构，并且可以在不偏离权利要求的界限和范围的条件下可以以多种形式实施本发明。
本发明的网孔形电极可以保持电极的均匀性，因此可以通过使电极每个部分上的电流密度和碳化程度保持均匀来改善聚合产品的质量。而且，可以以各种形式实施网孔形电极，并且网孔形电极可以由所有种类的等离子聚合设备采用。具体地说，本发明在连续等离子聚合设备中长时间进行聚合时，可以保持电极的均匀性，因此通过保持电极的均匀性可以制造高质量的聚合膜。

Claims (9)

1.一种等离子聚合设备，包括：
聚合室，用于通过高压放电在衬底的表面进行聚合；
放电电极，安装在聚合室的内部；
相对电极，具有多个均匀边沿，以便在电极的表面形成均匀的电场；
高压加载单元，用于将高电压施加到电极；
气体提供单元，用于向聚合室内提供单体气体和非单体气体；和
泵吸单元，用于保持聚合室内的真空状态，
其中，放电电极是由高压加载单元施加电源的衬底。
2.根据权利要求1的等离子聚合设备，其中该等离子聚合设备进一步包括具有用于展开衬底的展开滚筒的展开室，和具有用于卷绕已聚合衬底的卷绕滚筒的卷绕室。
3.根据权利要求1的等离子聚合设备，其中在相对电极的表面上形成多个切开线。
4.根据权利要求3的等离子聚合设备，其中切开线具有一定宽度。
5.根据权利要求1的等离子聚合设备，其中相对电极是可以通过在聚合室内安装多个电极实现的。
6.根据权利要求5的等离子聚合设备，其中在相对电极的表面上形成多个切开线。
7.根据权利要求6的等离子聚合设备，其中切开线具有一定宽度。
8.根据权利要求1的等离子聚合设备，其中相对电极是网孔形电极。
9.根据权利要求1的等离子聚合设备，其中在相对电极的表面上形成多个具有一定尺寸的孔。
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