CN117461390A

CN117461390A - 用于产生大气等离子体射流以处理工件表面的设备

Info

Publication number: CN117461390A
Application number: CN202280041272.9A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·布斯克; 芒努斯·布斯克
Original assignee: Plasmatreat GmbH
Current assignee: Plasmatreat GmbH
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2024-01-26
Also published as: EP4353054A1; KR20240019167A; WO2022258654A1; US20240284583A1; JP2024522400A; DE102021115020A1

Abstract

本发明涉及一种用于产生大气等离子体射流(28)以处理工件表面的设备(42、42'、42”、42”'、52)，该设备具有等离子喷嘴(3、53、53')，该等离子喷嘴构建用于产生大气等离子体射流(28)，其中该等离子喷嘴(3、53、53')具有带有用于排出待在等离子喷嘴(3)中生成的等离子体射流(28)的喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58”)的喷嘴装置(44)，其中该喷嘴装置(44)可围绕轴线(A、B)旋转，并且其中喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、53、53”)具有不同于圆形的横截面。

Description

用于产生大气等离子体射流以处理工件表面的设备

技术领域

本发明涉及一种用于产生大气等离子体射流以处理工件表面的设备，该设备具有等离子喷嘴，该等离子喷嘴构建用于产生大气等离子体射流，其中该等离子喷嘴具有带有用于排出待在等离子喷嘴中生成的等离子体射流的喷嘴开口的喷嘴装置，并且其中该喷嘴装置可围绕旋转轴线旋转。本发明还涉及用这种设备处理工件表面的方法。

背景技术

在本说明书中，用等离子体射流对表面的处理尤其理解为表面预处理，通过这种表面预处理可以改变表面能量并实现表面改善的液体润湿性。通过在等离子体射流中加入至少一种前驱体，经过在等离子体射流中和/或工件表面上发生的化学反应，其中沉积至少一部分化学产物，从而实现表面涂层，这样的表面涂层也可视为表面处理。此外，表面处理也可以指表面的清洁、消毒或灭菌。

由EP 1 067 829 B1已知一种用于产生大气等离子体射流的设备，该设备用于利用绕轴线旋转的等离子体射流对工件表面进行处理。该设备具有管状壳体，该壳体具有轴线A，该设备还具有布置在壳体内的内电极，该内电极优选与轴线A平行延伸，或尤其是布置在轴线A中。在设备运行过程中，向内电极施加电压，通过该电压产生放电，放电通过与在壳体内部流动的工作气体相互作用产生等离子体。等离子体与工作气体一起被进一步输送。

此外，该设备还具有带有喷嘴开口、用于排出待在壳体中产生的等离子体射流的喷嘴装置，其中该喷嘴装置优选布置在放电路径的末端，接地并引导流出的气体射流和等离子体射流。喷嘴开口的方向在此与轴线A成一定角度延伸，其中喷嘴开口的方向可以假定为平行于流出的等离子体射流的中心方向。为此，喷嘴装置内的通道以弧形方式延伸，使气体和等离子体射流从壳体内部出发发生偏转。最后，喷嘴装置可相对于轴线A旋转，其中喷嘴装置以可相对于壳体和内电极旋转的方式形成，或者以旋转固定的方式与壳体连接，同时壳体相对于内电极旋转。为了进行旋转运动，喷嘴装置或喷嘴装置和壳体由电机驱动。

利用大气等离子体处理表面的设备由EP 0 986 939 B1已知，并且其具有两个用于产生大气等离子体射流的设备，其中这两个设备中的每一个都具有有着轴线A或A'的管状壳体、布置在壳体内的内电极、和具有喷嘴开口的用于排出待在壳体中生成的等离子体射流的喷嘴装置，其中这两个设备围绕共同轴线B可旋转地相互连接，并且其中设置有驱动器，用于产生设备围绕轴线(B)的旋转运动。

使用上述两种设备或装备，可以通过旋转的等离子体射流沿待加工工件表面的运动来形成相对较宽的处理轨迹。因此，这些技术得到了广泛应用。

虽然表面等离子处理的几条轨迹相互平行并部分重叠能对更大面积进行等离子处理，但在设备或装备运动方向的横向上，在表面上出现了等离子处理强度的差异。参照图1a-b可以更详细地解释这种现象。

图1a示出了上述设备的等离子体射流的处理轨迹，其中轨迹(线)代表最大等离子体强度的冲击点。设备沿y方向移动，即在图1中向上移动，以便将旋转的等离子体射流持续应用到宽度约为dx的条带上，并用等离子体对表面进行处理。运动方向(y)的结果是，等离子体对虚线区域内的处理轨道(dx)外侧区域的处理强度要高于处理轨道的中心区域。

这就导致了图1b所示的强度分布，其有两个最大值，该最大值出现在虚线所示的处理轨道的外侧区域。在这两个最大值之间，等离子处理的强度明显降低，因此在处理轨迹的中间出现了强度最小值。

出于此原因，表面的等离子处理效果并不理想，而且在规则条带中的等离子处理也不够充分。由此设备相对于表面的运动速度通常必须减慢，以便在处理轨道的中间区域也能达到等离子处理的饱和度。这就限制了设备的使用。

为了解决这个问题，WO 2017/097694 A1提出了一种用于产生大气等离子体射流的设备，该设备具有旋转的喷嘴装置和围绕喷嘴装置的屏蔽件，该屏蔽件会影响待产生的等离子体射流与工件表面相互作用的强度。通过屏蔽件可以为表面处理达到相当好的等离子体射流均匀性。然而，等离子体射流与屏蔽件的接触会导致等离子体射流的减弱。

发明内容

因此，本发明的目的在于进一步发展开头所述的用于处理工件表面的设备和装备以及方法，以便至少部分消除上述缺点，并实现更均匀的表面处理。

在一种用于产生大气等离子体射流以处理工件表面的设备中，该设备具有等离子喷嘴，其构建用于产生大气等离子体射流，其中该等离子喷嘴具有带有用于排出待在等离子喷嘴中生成的等离子体射流的喷嘴开口的喷嘴装置，其中该喷嘴装置可围绕旋转轴线旋转，根据本发明该目的这样实现，即，喷嘴开口具有不同于圆形的横截面。喷嘴开口的横截面形状优选不同于圆形，由此提高了等离子体射流在表面上造成的处理轨迹中心的强度。

已经发现，采用旋转的喷嘴装置时，通过喷嘴开口的横截面形状可影响处理轨迹的强度分布，因此尤其可以实现处理强度在处理轨迹的宽度上的均匀化。此外还发现，通过这种方式可以在等离子体射流没有明显弱化的情况下实现均匀化。

等离子喷嘴构建用于产生大气等离子体射流。为此目的，等离子喷嘴尤其可以具有至少两个电极，例如一个布置在壳体中的内电极和一个例如由壳体本身形成的配对电极。此外，等离子喷嘴尤其可以具有工作气体入口，通过该工作气体入口可以将工作气体引入等离子喷嘴，使其在电极之间的区域内流经等离子喷嘴。

等离子喷嘴还具有喷嘴装置，其具有用于排出待在等离子喷嘴中生成的等离子体射流的喷嘴开口。喷嘴开口尤其可以布置在壳体的与工作气体入口相对的一端上。

喷嘴装置可绕旋转轴线旋转。例如，喷嘴装置形成为可以相对于等离子喷嘴的其余部分旋转。不过，也可以设想将喷嘴装置形成为可与等离子喷嘴的另一部分或与整个等离子喷嘴一起旋转。为此，喷嘴装置尤其可以形成为与等离子喷嘴或其共同旋转的部分旋转固定。

例如，等离子喷嘴可以具有带有壳体轴线的壳体，其中旋转轴线与壳体轴线平行延伸或与其重合。例如，壳体轴线可以沿着壳体的主延伸方向延伸。例如，壳体可以是管状的，壳体轴线沿管状壳体的延伸方向延伸。

例如，可以设想设置两个分别具有喷嘴开口的等离子喷嘴，这些等离子喷嘴围绕共同的旋转轴线旋转，该旋转轴线例如与其中一个等离子喷嘴的壳体的壳体轴线平行，尤其是在两个等离子喷嘴之间的中心。

喷嘴开口具有不同于圆形的横截面形状。喷嘴开口的横截面优选相对于旋转轴线在径向上逐渐变细。这样就实现了喷嘴开口的非对称横截面，其横截面在一个径向上变细，而在相反的径向上变宽。附加地或替代地，喷嘴开口的横截面优选相对于旋转轴线在径向上比横向上有更大的延伸。这样，喷嘴开口的横截面相对于其长宽比就不对称了。

测试表明，等离子体射流受上述喷嘴开口横截面形状的影响，使得利用等离子体射流可实现更均匀的表面处理。

例如，通过使用这种喷嘴开口的横截面形状，可以提高处理轨迹中心区域的处理强度。图1c中的强度轮廓说明了这种效果，与图1b相反，图1c中的强度轮廓呈平坦或仅略带波浪的高台形状。如果相邻的处理轨迹重叠引至表面上，使重叠区域中总和达到高台强度，则等离子体射流对表面的处理整体会更加均匀。这种均匀性尤其在等离子体射流离开喷嘴开口后不再进一步偏转的情况下已经实现，这就避免了等离子体射流能量的损失，例如由于在屏蔽件处发生偏转而造成的能量损失。

如果喷嘴开口的横截面相对于旋转轴线在径向上逐渐变细，则横截面优选在径向上朝着旋转轴线逐渐变细。这样，喷嘴开口的横截面就会从外向内朝旋转轴线方向变小。令人惊讶的是，通过这种横截面设计可以提高靠近旋转轴线区域的等离子强度，从而使等离子处理更加均匀。

下面说明该设备的各种实施方案，其中各个实施方案可以任意地相互组合。

在一个实施方案中，喷嘴开口具有相对于旋转轴线径向延伸的横截面，其中横截面的面重心与径向延伸的中心有一定的径向距离。该径向距离优选为径向延伸的至少5％，更优选的是至少为10％。这种横截面形状可以使表面处理更加均匀。

面积为F的喷嘴开口横截面Q的面重心S＝(x_S，y_S)例如可以通过使用以下公式在横截面Q的面上进行积分来确定，其中

x_S＝1/F∫_QxdF(x,y)并且y_S＝1/F∫_QydF(x,y),

例如，如果在相对于旋转轴线的径向方向上选择x方向，则优选适用以下公式：x_S＝x_M+D_x，其中x_M是喷嘴开口在径向x方向上的延伸的中心，D_x是一个径向距离，其优选为喷嘴开口径向延伸的至少5％，更优选至少为10％。

在另一个实施例中，喷嘴开口的横截面相对于旋转轴线在径向方向上比横向方向具有更大的延伸，优选是至少1.5倍，更优选是至少1.8倍，特别优选是至少2倍，尤其是至少3倍。通过这种横截面形状也可以实现均匀的表面处理。

为了使喷嘴开口具有足够的横截面积，喷嘴开口的横截面优选相对于旋转轴线在径向上具有比横向上大最大25倍，优选为大最大15倍，特别优选为大最大10倍的延伸。

在一个实施方案中，喷嘴开口偏心于旋转轴线布置。这样，当旋转喷嘴装置时，防止了喷嘴装置下表面的中心区域的持续暴露，从而防止过度处理或损坏。为此目的，喷嘴开口特别优选完全布置在旋转轴线之外。

在另一个实施方案中，喷嘴开口的横截面为矩形或椭圆形。这种横截面形状在生产技术方面易于制造，从而降低了设备的制造成本。喷嘴开口的矩形横截面尤其这样排列，即，较长的侧边基本上平行于径向方向延伸，较短的侧边基本上横向于径向方向延伸。喷嘴开口的椭圆形横截面尤其这样排列，即，较长的横截面轴线基本上平行于径向方向延伸，较短的横截面轴线基本上横向于径向方向延伸。通过这种方式，可以实现以等离子体射流进行表面处理的良好均匀性。

在另一个实施方案中，喷嘴开口的横截面为水滴形或梯形。试验表明，这种横截面形状对表面的等离子处理具有很好的均匀效果。尤其是，喷嘴开口的水滴形或梯形横截面较窄的一端比较宽的一端更靠近旋转轴线。

在另一个实施方案中，喷嘴开口的横截面积为最大50mm²，优选最大30mm²，尤其最大20mm²。这样可以确保，等离子体射流的压力得到保持，并且等离子体射流以这种方式保持足够的强度和定向，以便进行有针对性的处理。

在另一个实施方案中，喷嘴开口方向与旋转轴线的夹角范围在0至45°之间。喷嘴开口方向尤其应理解为通向喷嘴开口的喷嘴通道在喷嘴开口区域中的延伸方向。通过将喷嘴开口方向的角度限制在最大45°，可以实现对待处理表面的整体更强的处理。

在另一个实施方案中，喷嘴开口方向与旋转轴线的夹角至少为1°，优选至少为5°。这样，处理轨迹可以加宽，由此可以同时处理表面的更大区域。

在另一个实施方式中，该设备具有旋转驱动器，该旋转驱动器构建用于使喷嘴装置围绕旋转轴线旋转。通过这种方式，可以有针对性地控制喷嘴装置的旋转，优选以可预定的旋转频率。旋转频率优选在每分钟100至4000转的范围内，更优选是每分钟1000至3000转。旋转驱动器可构建用于使喷嘴装置绕旋转轴线相对于等离子喷嘴的其余部分旋转。此外，还可以将旋转驱动器构建用于使等离子喷嘴的一部分或整个等离子喷嘴与喷嘴装置一起绕旋转轴线旋转。

在另一个实施方案中，等离子喷嘴构建用于通过工作气体中的弧状放电产生大气等离子体射流，其中弧状放电是通过在电极之间施加高频高压产生的。这样可以产生易于聚焦，也非常适合表面的等离子处理的等离子体射流。特别是，以这种方式产生的等离子体射流温度相对较低，因此可以避免对表面造成损坏。

例如，用于产生高频弧状放电的高频高压的电压强度在1-100kV，优选为1-50kV，更优选为1-10kV的范围内，频率在1-300kHz，尤其是1-100kHz，优选为10-100kHz，更优选为10-50kHz的范围内。

上述目的进一步通过使用上述设备或其实施方案处理工件表面的方法得以实现，在该方法中，喷嘴装置围绕旋转轴线旋转，利用等离子喷嘴产生大气等离子体射流，使其从喷嘴开口喷出，并且等离子体射流被引向待处理表面。

等离子喷嘴优选在待处理表面上移动，和/或待处理表面沿等离子喷嘴移动。这样可以处理更大的表面区域。此外，由此实现的旋转的等离子体射流与在表面上的移动的叠加运动进一步提高了处理的均匀性。

附图说明

本发明的其他优点和特整从下面对几个示例性实施例的说明中给出，其中参考了附图。

图中

图1a-c示出了用于解释现有技术中和根据本发明的等离子处理效果的图解，

图2示出了现有技术中的设备，

图3a-b示出了用于产生等离子射流的设备的第一个实施例，

图4示出了用于产生等离子体射流的设备的第二个实施例，

图5示出了用于产生等离子体射流的设备的第三个实施例，

图6示出了用于产生等离子体射流的设备的第四个实施例，

图7a-b示出了用于产生等离子体射流的设备的第五个实施例。

具体实施方式

在下面对不同实施例的说明中，即使在不同实施例中组件的尺寸或形状可能不同，也会为相同的组件设置相同的附图标记。

在讨论本文所述设备的第一个实施例之前，首先借助于图2所示的现有技术中的设备解释适用于在此所述设备的等离子喷嘴的基本结构和工作原理。

图2所示、并且由EP 1 067 829 B1已知的设备2具有用于产生等离子射流的等离子喷嘴3，其具有管状壳体10，该壳体在其图示上部区域中直径加宽，并借助轴承12可旋转地支承在固定承载管14上。在壳体10内部，形成了喷嘴通道16的上部，该喷嘴通道从承载管14的开口端或工作气体入口通入等离子喷嘴3，直到喷嘴开口18。

电绝缘陶瓷管20插入承载管14中。工作气体，例如空气，通过承载管14和陶瓷管20供应至喷嘴通道16中。通过插入陶瓷管20的漩涡装置22，工作气体被漩涡化，使其沿着喷嘴开口18的方向以涡流形式流经喷嘴通道16，如图中的螺旋箭头所示。这就在喷嘴通道16中形成了一个涡核(Wirbelkern)，该涡核沿着壳体10的轴线A延伸。

漩涡装置22上安装有销形内电极24，该内电极同轴地伸入喷嘴通道16的上部，并借助高压发生器26向该内电极施加高频高压。高频高压的电压强度范围为1-100kV，优选是1-50kV，更优选的是1-10kV，频率为1-300kHz，尤其是1-100kHz，优选是10-100kHz，更优选的是10-50kHz。高频高压可以是高频交流电压，也可以是脉冲直流电压或两种电压形式的叠加。

由金属制成的壳体10通过轴承12和承载管14接地，并且用作配对电极，以便在内电极24和壳体10之间产生放电。

布置在壳体10内的内电极24优选与轴线A平行定向；尤其是内电极24布置在轴线A上。

喷嘴通道的喷嘴开口18通过由金属制成的喷嘴装置30形成，该喷嘴装置拧入壳体10的螺纹钻孔32中，并且在该喷嘴装置中形成向喷嘴开口18逐渐变细、呈弧形并相对于轴线A倾斜的通道34，该通道形成喷嘴通道16至喷嘴开口18的下部。这样，从喷嘴开口18喷出的等离子体射流28与壳体的轴线A形成一个角度，该角度在所示示例中大约为45°。该角度可以根据需要通过更换喷嘴装置30来改变。

因此，喷嘴装置30位于高频电弧放电的放电路径的末端，并通过与壳体10的金属接触而接地。因此，喷嘴装置30可引导流出的气体和等离子体射流，其中喷嘴开口18的方向与轴线A成预定角度。

由于喷嘴装置30以旋转固定的方式与壳体10连接，并且由于壳体10又通过轴承12可旋转地相对于承载管14固定，因此喷嘴装置30可以绕轴线A相对旋转。因此在本设计方案中，旋转轴线与壳体轴线A重合。壳体10的加宽的上部安装有齿轮36，该齿轮例如通过齿形带或小齿轮37与旋转驱动器38，例如电机，驱动连接。

在等离子喷嘴3通过高频高压运行时，由于电压频率较高，内电极24和壳体10之间会产生电弧放电。这种高频电弧放电的电弧被漩涡状的工作气体携带，并在漩涡状气体流的核心中被引导，因此电弧从内电极24的尖端沿轴线A几乎呈直线延伸，并且在壳体10下端区域或通道34区域中才径向分支到壳体壁上或喷嘴装置30的壁上。这样就产生了等离子体射流28，该等离子体射流从喷嘴开口18喷出。

这里使用的术语“电弧”和“电弧放电”是对放电的现象学描述，因为放电是以电弧的形式发生的。在其他地方，“电弧”一词也被用作电压值基本恒定的直流放电的放电形式。但在此处是指以电弧形式发生的高频放电，即高频电弧放电。

在运行过程中，壳体10绕轴线A高速旋转，使得等离子体射流28划出锥形外套面，该锥形外套面扫过未示出工件的待处理表面。如果设备2或等离子喷嘴3沿着工件表面移动，或者反过来，工件沿着设备2或等离子喷嘴3移动，就在一个条带上实现了对工件表面相对均匀的处理，该条带的宽度与工件表面上等离子体射流28所划出的圆锥体的直径一致。通过改变喷嘴装置30与工件之间的距离，可以影响经预处理的区域的宽度。通过倾斜射向工件表面的、本身是漩涡状的等离子体射流28，实现了等离子体对工件表面的强烈作用。等离子体射流的漩涡方向可以与壳体10的旋转方向相同或相反。

旋转的等离子体射流28的等离子处理强度取决于喷嘴开口18与表面的距离以及等离子体射流28到待处理表面上的接触角。此外，等离子处理的强度还取决于等离子喷嘴3或喷嘴装置30相对于工件表面的移动速度。

图3a和图3b示出了本发明所公开的设备的第一个实施例。图3a示出了设备42的示意性剖面视图。设备42具有与图2中的设备2类似的结构，其中相应的部件设有相同的附图标记，在这方面可参考上述对设备2的说明。

设备42与设备2的不同之处在于等离子喷嘴3的喷嘴装置44不同。与喷嘴装置30一样，喷嘴装置44被拧入壳体10的螺纹钻孔32中。

喷嘴装置44具有带有喷嘴开口48的喷嘴通道46，等离子体射流28在运行时从该喷嘴开口中喷出。喷嘴通道46向喷嘴开口18逐渐变细，并相对于轴线A倾斜。这样，从喷嘴开口18喷出的等离子体射流28与壳体的轴线A形成一个角度，在所示示例中该角度约为30°。在本实施例中，轴线A同时表示壳体10的壳体轴线和与之重合的旋转轴线，喷嘴装置44可围绕该旋转轴线旋转。

图3b示出了具有喷嘴开口48的喷嘴装置44俯视图。如图3b所示，喷嘴开口48具有矩形横截面，其长边平行于径向方向R，因此相对于轴线，横截面在径向方向上的延伸大于横向方向上的延伸，优选是以至少1.5的系数，更优选的是至少2的系数。已经发现，当喷嘴装置44旋转时，等离子处理的强度可以相对于轴线A更强地偏移到内部区域，从而弥补了现有技术中出现的处理轨道中部强度较低(见图1b)的问题，并产生了如图1c所示的更均匀的强度。替代图4所示的矩形，喷嘴开口例如也可以具有椭圆形的横截面。

图4示出了设备的另一个实施例。设备42'的基本结构与图3a中的设备42相似，区别仅在于喷嘴开口48'的形状不同，喷嘴通道也相应不同。图4以设备42'的与图3b相对应的、从下方的视图示出了喷嘴开口48'的横截面。

如图4所示，喷嘴开口48'具有梯形的横截面，其较窄的一端比其较宽的一端更靠近轴线，因此喷嘴开口48'的横截面在径向上向轴线A逐渐变细。由此，面重心S尤其具有到喷嘴开口48'的径向延伸E_r的中点X_M的径向距离D_x。

已经发现，当喷嘴装置44旋转时，在喷嘴开口横截面在轴线A方向上变细的情况下，可能由于流动效应，该区域中的等离子处理强度可以提高，因此，现有技术中出现的处理轨迹中部强度较低的情况(见图1b)也可以通过这种方式得到补偿，从而产生如图1c所示的更均匀的强度。替代图4所示的梯形，喷嘴开口例如也可以具有水滴形的横截面。

图5示出了该设备的另一个实施例。该设备42”的基本结构与图3a中的设备42相似，区别仅在于喷嘴开口48”的形状不同，喷嘴通道也相应不同。图5以设备42”的与图3b相对应的、从下方的视图示出了喷嘴开口48”的横截面。

如图5所示，喷嘴开口48”与喷嘴开口48'一样具有梯形横截面，该横截面与喷嘴开口48一样，相对于轴线A在径向方向R上比横向方向有更大的延伸。这样，图3b和图4中喷嘴开口横截面的效果就可以相互结合，从而达到如图1c所示的更均匀的强度。

图6示出了设备的另一个实施例。该设备42”'的基本结构与图3a中的设备42相似，区别仅在于喷嘴开口48”'的形状不同，喷嘴通道也相应不同。图6以设备42”'的与图3b相对应的、从下方的视图示出了喷嘴开口48”'的横截面。

如图6所示，喷嘴开口48”'的横截面呈水滴形，其沿轴线A方向在径向上逐渐变细。此外，该横截面相对于轴线A还在径向R上具有比横向上更大的延伸。利用这样的横截面，在处理表面时也能达到更均匀的强度。

图7a-b示出了设备的另一个实施例。图7a示出了示意性侧视图。图7b示出了仰视图。设备52具有两个等离子喷嘴53、53'，用于产生各个相应的大气等离子体射流28。等离子喷嘴53、53'以旋转固定的方式相互连接，并可通过设置的驱动器(箭头54)围绕共同的旋转轴线B旋转。旋转轴线B相应平行于等离子喷嘴53、53'的管状壳体10的壳体轴线A'、A”延伸。因此，在本实施例中，旋转轴线B和壳体轴线A',A”并不重合。

等离子喷嘴53、53'的构造和工作模式与图3a-b中的等离子喷嘴3相似。等离子喷嘴53、53'与等离子喷嘴3的不同之处在于，壳体10设计为不可相对于承载管14旋转，尤其是没有设置轴承12。相反，壳体10和承载管14可以一体成型为连续的壳体。相应地，等离子喷嘴53和53'中也没有图3a中所示的小齿轮37和旋转驱动器38。此外，等离子喷嘴53、53'的喷嘴开口58、58'可如图7a所示基本平行于壳体轴线A'、A”或平行于旋转轴线B延伸，或者替代性地与图3a类似，与之成一定角度。

如图7b所示，喷嘴开口58、58'分别具有梯形横截面，其各自较窄的一端比各自较宽的一端更靠近旋转轴线B，因此喷嘴开口58、58'的横截面在径向方向R或R'上向旋转轴线B逐渐变细。替代性地，喷嘴开口58、58'也可以具有其它的横截面，例如图3b或图6所示的横截面。

为了研究喷嘴开口横截面对等离子处理均匀性的影响，进行了试验。

在这些试验中，一方面使用了与图2所示设备2相对应的具有圆形喷嘴开口的已知设备(设备V)，另一方面使用了与图6所示设备42”'相对应的具有图3a所示结构和图6所示水滴形喷嘴开口的设备(设备E)。

设备V的圆形喷嘴开口直径为4mm。设备E的水滴形喷嘴开口的径向长度为10mm，径向外侧区域横向于径向的宽度为4mm，径向内侧区域横向于径向的宽度为1.5mm。喷嘴开口方向与轴线A成11°角。

设备V和E分别使用空气(75l/min)作为工作气体和约5kV的高频高压，频率为23kHz。喷嘴装置围绕轴线A的旋转频率分别约为每分钟2800转。

用设备V和E分别对初始表面能σ₀＜30mN/m的聚乙烯测试卡进行处理，其中设备分别以30m/min的进给速度在测试卡待处理的表面上移动。

处理后分别测量测试卡的表面能，具体在各个相应处理轨迹的中心和各个相应处理轨迹的边缘进行测量。

表面能σ的测量结果见下表1：

	处理轨迹的中心	处理轨迹的边缘
			以设备V处理的测试卡	38mN/m	65mN/m
以设备E处理的测试卡	48mN/m	52mN/m

表1

如表1中的结果所示，与使用设备V处理的测试卡相比，使用设备E处理的测试卡的表面能σ在处理轨迹宽度上的变化要小得多。这表明，所述喷嘴开口设计可实现均匀的表面处理，如图1c所示。

Claims

1.用于产生大气等离子体射流(28)以处理工件表面的设备(42、42'、42”、42”'、52)，所述设备具有

-等离子喷嘴(3、53、53')，所述等离子喷嘴构建用于产生大气等离子体射流(28)，

-其中所述等离子喷嘴(3、53、53')具有带有用于排出待在等离子喷嘴(3)中生成的等离子体射流(28)的喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58”)的喷嘴装置(44)，

-其中所述喷嘴装置(44)能够围绕旋转轴线(A、B)旋转，其特征在于，

-所述喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、53、53”)具有不同于圆形的横截面。

2.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，等离子喷嘴(3；53、53')具有带有壳体轴线(A、A'、A”)的壳体(10)，并且旋转轴线(A、B)与壳体轴线(A、A'、A”)平行延伸或与之重合。

3.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58”)的横截面相对于旋转轴线(A、B)在径向上逐渐变细，和/或相对于旋转轴线(A、B)在径向上有比横向上更大的延伸。

4.根据权利要求1至3之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58')相对于旋转轴线(A、B)偏心布置。

5.根据权利要求1至4之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58')完全布置在旋转轴线(A、B)之外。

6.根据权利要求1至5之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58')的横截面为矩形或椭圆形。

7.根据权利要求1至6之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58”)的横截面为水滴形或梯形。

8.根据权利要求1至7之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58，58')的横截面的面积为最大50mm²，优选为最大30mm²。

9.根据权利要求1至8之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58')的方向以相对于旋转轴线(A、B)在0和45°之间的范围的角度延伸。

10.根据权利要求1至9之一所述的设备，

其特征在于，喷嘴开口(48、48'、48”、48”'、58、58')的方向以相对于旋转轴线(A、B)至少1°，优选至少5°的角度延伸。

11.根据权利要求1至10之一所述的设备，

其特征在于，所述设备(42、42'、42”、42”'、52)具有旋转驱动器(38、54)，所述旋转驱动器构建用于使喷嘴装置(44)围绕旋转轴线(A、B)旋转。

12.根据权利要求1至11之一所述的设备，

其特征在于，等离子喷嘴(3，53，53')构建用于通过在工作气体中的弧状放电来产生大气等离子体射流(28)，其中弧状放电是通过在电极(24、10)之间施加高频高压产生的。

13.用于使用根据权利要求1至12之一所述的设备(42、42'、42”、42”'、52)处理工件表面的方法，在所述方法中，

-喷嘴装置(44)围绕旋转轴线(A、B)旋转，

-利用等离子喷嘴(3、53、53')产生大气等离子体射流(28)，使其从喷嘴开口(48、48'、48”'、58、58')喷出，以及

-将等离子体射流(28)引向待处理的表面。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中等离子喷嘴(3、53、53')在待处理的表面上移动，和/或待处理的表面沿等离子喷嘴(3、53、53')移动。