CN1404619A - 常压等离子体系统 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种共用确定等离子区(5)、安装在容腔(2)内的电极(4)的常压等离子体系统(1)。该容腔具有到大气入口组件(10)和出口组件(11)的开口，用于通过等离子区(5)连续传输工件。所说明的实施例针对其相对密度低于大气相对密度的先行处理气体，使得处理气体在容腔(2)内上升将较重的大气和废气排出。对于其相对密度比大气高的气体，入口组件和出口组件(10和11)位于等离子区(5)的上方。

Description

常压等离子体系统
引言
本发明涉及常压等离子体系统，更具体地说，本发明涉及在利用先行处理气体而非利用大气进行工业制造、处理和生产过程中，在常压或环境压强下使用等离子体的方法和工艺。
在持续对物质提供能量时，其温度会升高，并且它通常会由固态转变到液态，然后转变到气态。继续提供能量使系统的状态也进一步发生变化，其中，气体的中性原子或分子被剧烈碰撞分裂，以致产生带负电的电子、带正电或负电的离子以及其它核素。将表现聚合性的这种带电粒子混合体称为“等离子体”，即第四态物质。由于它们具有电荷，所以外部电磁场对等离子体的影响非常大，容易对它们进行控制。此外，其高能量使得可以对它们进行在其它物质状态下(例如：通过进行液体处理或气体处理)不可能或难以实现的处理。
术语“等离子体”涵盖其密度和温度在许多数量级间变化的大量系统。有些等离子体非常热，并且其所有细微核素(离子、电子等)接近热平衡，通过原子级/分子级碰撞而进入系统的能量广泛分布。然而，尤其是碰撞相对不频繁的低压(例如：100Pa)下的其它等离子体的组成核素普遍温度差别大，称作“非热平衡”等离子体。在这些非热平衡等离子体中，自由电子非常热，具有几千K，而中性和离子类保持凉。因为电子的质量几乎可以忽略不计，所以整个系统的热量值低，并且等离子体在接近室温下工作，因此可以对诸如塑料或聚合物的温度敏感材料进行处理，而不会对样品施加破坏性热负荷。然而，通过高能碰撞，热电子产生具有高化学势能、可以进行有意义的化学反应和物理反应的大量基团和受激核素源。正是这种低温操作与高反应能力的组合使得非热平衡等离子体技术上非常重要并且成为进行制造和进行材料处理的强有力工具，可以实现在根本没有等离子体情况下需要非常高的温度或有毒和腐蚀性化学物质才能实现的处理过程。
对于等离子体技术的工业应用，便利方法是将电磁功率引入回填处理气体(在以下，术语“气体”应包括气体混合物和蒸气)并含有待处理工件/样品的容器内。气体被电离为等离子体，产生化学基团、UV辐射和离子，它们与样品表面发生化学反应。通过正确选择处理气体成分、驱动功率频率、电源耦合方式、压强和其它控制参数，可使等离子体处理过程适合制造商要求的特定应用。
因为等离子体的化学范围和热范围宽广，所以它们适用于不断扩展的许多技术应用。非热平衡等离子体对表面活化、表面清洁/材料蚀刻以及表面涂敷特别有效。
聚合材料的表面活化是汽车工业首先广泛采用的工业等离子体技术。例如，适于再利用的诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃类具有非极性表面并且因此难以沉积涂层或粘结层。然而，利用氧等离子体进行处理可以形成具有高湿润度的表面极性组并因此可以很好覆盖和附着金属漆、黏合剂或其它涂层。因此，例如，等离子体表面工程对于制造汽车仪表盘、挡泥板、保险杠等以及对于玩具等工业内的组件组装必不可少。许多其它应用有在聚合物、塑料、陶瓷/无机物、金属以及其它材料上进行印刷、涂漆、粘结、层压以及所有几何形状部件一般涂层。
随着世界范围内环境立法的普及和加强，对工业生产产生了实质性压强，要求在制造过程中，特别是在部件/表面清洗过程中减少或避免使用溶剂以及其它湿性化学物质。具体地说，基于CFC的除油过程已经主要被利用氧、空气或其它非毒性气体工作的等离子体清洁技术取代。将利用水进行的预清洗过程与等离子体结合，即使是非常脏的部件也可以清洗干净，并且表面质量通常优于利用传统方法获得的表面质量。利用室温等离子体可以迅速将有机表面污物清除，并将它们转换为CO2气体和水，CO2气体和水可以被安全排泄。
等离子体还可以对大块材料进行蚀刻，即消除不需要的材料。例如，基于氧的等离子体可以蚀刻聚合物，这是电路板等的生产过程中采用的一个处理过程。通过仔细选择先行处理气体并注意等离子体化学成分，可以蚀刻诸如金属、陶瓷和无机物等不同材料。现在，利用等离子体蚀刻技术可以产生下至纳米临界尺寸的结构。
迅速成为主流工业的等离子体技术是等离子体涂敷和薄膜沉积。通常，高级聚合反应可通过对单体气体和蒸气应用等离子体实现。因此，可形成致密、密接的三维连接膜，它热稳定、非常耐化学腐蚀并且机械强度高。可以以确保对基底施加低热负荷的温度，在甚至最复杂表面上共形沉积这种薄膜。因此，对于脆弱的热敏涂层以及耐用材料，等离子体技术非常理想。即使对于薄膜层(例如：0.1mm)等离子体涂层也不会出现微孔。可以定制涂层的光学特性，例如颜色，并且等离子体涂层可以很好地附着到非极性材料例如聚乙烯，以及钢(例如：金属反射器上的耐腐蚀薄膜)、陶瓷、半导体、织物等。
在所有这些处理过程中，等离子体工程产生对所要求应用或产品定制的表面效果，而不会以任何方式影响材料本体。等离子体处理过程可以为制造商提供一种允许根据其本体的技术和商业特性选择材料的通用、强有力工具，同时对独立设计其满足全部不同要求的表面提供了自由度。等离子体技术可以显著提高产品功能、性能、寿命以及质量，并且可以使制造公司的生产能力显著增大。
这些特性对于在工业上采用基于等离子体技术的处理过程提供了极大动力，这种行动是自1960年代由将低压Glow Discharge(辉光放电)等离子体开发为半导体、金属以及介电处理过程中的超高技术和高成本工程工具的微电子界引导的。自1980年以来，同样的低压GlowDischarge型等离子体已经逐渐进入其它工业部门，它成本适中，提供诸如进行聚合物表面活化以提高粘合/接合强度、高质量除油/清洁以及沉积高性能涂层的处理过程。从而真正发展了等离子体技术。
然而，对大多数工业等离子体系统的主要制约，即需要在低压下运行，限制了等离子体技术的应用。部分真空操作意味着封闭周界、密封反应器系统，它仅在脱机情况下对分立工件进行批量处理。处理量低/中等，并且由于对真空的要求增加了基本投资和运转成本。
然而，常压等离子体技术可提供使工件/输送带自由进入等离子体区并从等离子体区出来的开启端口/周界系统，因此可以连续、联机处理由大面积输送带或传送带或小面积输送带或传送带携带的分立工件。处理量高，并且利用根据高压处理过程获得的高核素流量可以提高处理量。许多工业部门，例如纺织、包装、造纸、医药、汽车、航空与航天等几乎完全依赖于连续、联机处理，因此常压下的开启端口/周界配置等离子体提供新型工业处理能力。
约30年来，电晕和喷焰(也是等离子体)处理系统为工业界提供了一种受限形式的常压等离子体处理能力。然而，尽管其生产能力强，但是这些系统不能象低压、仅进行批处理的等离子体型那样大量进入市场，或者说不能被工业界广泛采用。原因是电晕/喷焰系统具有非常大的局限性。它们在大气中运行时提供单表面活化处理并且对许多材料的影响可以忽略，而且对大多数材料的影响弱。通常，处理不均匀，并且电晕处理与厚输送带或3D工件不相容，而喷焰处理与热敏基底不相容。显然，常压等离子体技术必须更深入地对常压等离子范围进行研究以开发满足工业要求的高级系统。然而，为了实现此目的，必需将大气等离子体变更为由其它先行处理气体形成的等离子体。这种等离子体的特性不同于大气等离子体的特性，因此有可能实现新型和/或改进型工业处理过程。然而，如果它们有能力在满足联机、连续制造的开启端口/周界配置中运行，则任何一种变更为新型常压等离子体仅在工业上是相关的。
研究者已经证实了大量基于常压非大气等离子体的具有潜在用途的工业处理过程，包括：表面活化、蚀刻/清洗以及表面涂敷。这些处理过程依赖于所使用的包括氦、氩、氮、氧、卤代烃、硅烷、有机单体、无机单体、卤素、SiCl4、SiF4、碳氢化合物、氢等非大气先行处理气体。这些气体成本高和/或危险的和/或对环境有害，并且需要保留在并密封于产生等离子体并对工件进行处理和封闭的区域内。此外，必须对等离子区内处理气体的成分进行紧密控制以实现最佳处理过程和处理过程的再现性，这样需将围绕等离子体系统的大气中引入的污染气体消除或降低到最少。这些要求促使先行处理气体约束系统作为任何一种新型工业常压等离子体处理系统的组成部分，所述新型处理系统采用非大气处理气体，将进入的处理气体密封在等离子区并靠近等离子区，并将流入等离子区内的不希望大气或其它气体降低到最少或者避免它们流入等离子区，同时允许联机、连续处理所必需的开启端口/周界配置。
本发明的目标就是实现这些以及其它目的。
发明内容
根据本发明，提供了一种非热平衡型常压等离子体(APP)系统，该系统包括：多个电极，形成一个等离子区，安装在容腔内，容腔内具有在同样压强和温度下其相对密度比大气密度高或低的非大气先行处理气体，其特征在于，该系统包括：气密容腔，具有到大气入口组件和大气出口组件的开口，入口组件和出口组件分别具有工件开口以及工件封装口，其中对于先行处理气体的相对密度大于大气相对密度的情况，入口组件和出口组件位于等离子区的上方，而对于先行处理气体的相对密度低于大气相对密度情况，入口组件和出口组件位于等离子区的下方；以及装置，用于在电极之间从入口组件到出口组件移动工件。该结构的优势在于，在连续运行期间，大多数先行处理气体不会从等离子区泄漏。这避免了因为使用大量昂贵先行处理气体的高成本，并且通过减少气体流失，可以显著降低对健康和安全的危害，因为许多先行处理气体是毒性、窒息性、刺激性、甚至有害爆炸性的气体。另一个优势在于，通过相对免除对等离子区的污染，可以对处理过程实现更有效控制并提高再现性。
根据本发明，入口组件和出口组件分别包括具有垂直隔离的工件开口和工件封装口的封装拉长容腔。容腔越长，污染气体进入容腔的可能性越小。最好在入口组件内安装一个气体分析器，并且它最好位于与工件封装口相邻的位置。此外，还可以将气体分析器安装在出口组件内，并且最好与工件开口相邻安装气体分析器。在这两种情况下，气体分析器均与一个控制装置相连，以在分析器检测的先行处理气体的数量降低到低于预定水平时注入先行处理气体。
相对于容腔外部的大气压，先行处理气体最好保持稍许正压。在这种情况下，通过在容腔内相对适度增加压强，可以保持容腔内没有污染气体。
先行处理气体的正压最好低于大气压的1％。
在本发明的一个实施例中，设置控制装置，从而通过在容腔内的压强降低到低于预定最低水平时注入先行处理气体，来保持正压。另一种情况是，设置用于将先行处理气体连续注入容腔内的装置。最好设置用于收集或排出位于工件进或出所述入口组件和出口组件处外部附近的气体的装置。
在本发明的一个实施例中，用于收集和排出气体的装置包括围绕入口组件和出口组件的外罩以及与其相连的抽风机。在本发明的一个实施例中，外罩包括与工件开口相邻的开口气体接收口。这样做的优势在于，气体无论是废气还是先行处理气体均被抽出容腔，特别是给容腔加压时。收集这些气体用于再利用或者至少可以安全处理。
在另一个实施例中，在容器内的侧面对着入口组件和出口组件设置一个废气口，用于收集具有先行处理气体相对密度的废气，它们因而被收集在容腔内。在此后一个实施例中，在容腔内邻近废气口安装一个废气传感器。可以将控制装置连接到废气传感器和废气口，用于在容腔内的废气水平超过预定水平时操作废气口。
最好将气流调节器分别安装在入口组件和出口组件内。这些气流调节器可以是：唇边密封式、涂刷密封式、对置滚筒式或幛形密封式。无需对其它众所周知的气流调节器进行进一步说明，只要是能减弱气体扰动的任何装置都可以。
在本发明的一个实施例中，电极基本上为平板电极。在另一个实施例中，存在背对背排列的多个电极，并且其中在电极之间移动工件的装置包括在电极之间前后连续移动的传送带或输送带。
在本发明的另一个实施例中，工件是循环纱线，并且用于移动工件的装置包括开式架部件，用于安装在两个电极之间，开式架部件携带多个位于开式架部件两侧的纱线支持滑轮以及纱线抽出机构。
可以设想，电极可以包括一对介电材料的U型部件，一个U型部件嵌套在另一个U型部件内以在它们之间确定等离子区，具有位于两个U型部件中靠外部一个的外表面上的电极以及位于另一个U型部件的内表面上的相应电极。
附图说明
通过以下参考附图，仅作为例子对本发明的一些实施例进行说明，本发明将变得更加容易理解，附图包括：
图1是根据本发明的常压等离子体系统的示意图；
图2至图6是根据本发明的其它系统的示意图；
图7是根据本发明的系统的分解示意图；
图8是根据本发明的纱线处理架的详图；
图9是用于图8所示纱线处理架的电极排列透视图；
图10是将图8和图9所示纱线处理架和电极组件组装在一起的侧视图；
图11是纱线处理架的正视图；以及
图12是纱线处理架的部分放大透视图。
在参考附图之前，我们知道先行处理气体或蒸气具有唯一密度也因此具有唯一相对密度。在本说明书中，“相对密度”是同样温度和压强下的气体密度与大气密度之比。在讨论“先行处理气体”时，可以参考同样温度和压强下的该气体的密度与大气密度之比。因此，如果该比值小于1，则该气体比大气轻并且可能上升并飘浮在大气上方，然而，如果该比值大于1，则该气体比大气重并趋于下沉。
实际上，本发明的原理在于，通过将等离子区放置在除了允许工件自由进入等离子体并从等离子体出来的开口组件外的气密容腔内，如果开口组件位于正确位置，则可以避免泄漏先行处理气体。如果先行处理气体的相对密度小于1，则入口组件和出口组件必须位于容腔的最低部分。在这样做时，在将所有先行处理气体注入容腔时，则所有先行处理气体将上升，从上向下充满容腔，将所有大气排出容腔或者至少使所有大气离开电极确定的等离子区。同样，如果先行处理气体的相对密度大于1，则先行处理气体会在容腔内自然下降，因此必须将入口组件和出口组件设置在容腔的最高部分。
显然，在此说明书中，最高和最低是其常规意义，也就是说，最高就是距离地球引力最远，最低就是距离地球引力最近。
首先参考图1，图1示出用参考编号1表示的非热平衡型常压等离子体(APP)系统，它包括容腔2，容腔2内具有安装在介电材料4上的一对电极3，在介电材料4之间形成等离子区5。该介电材料可以是任何适当介电材料，例如：玻璃。以传统方式利用电导线6将电极3连接到适当RF(射频)变压器7，利用适当电缆8将射频变压器7连接到射频源9。除了通常用参考编号10表示的入口组件和通常用参考编号11表示的出口组件之外，容腔2是气密的。入口组件10和出口组件11分别具有工件开口12和13以及工件封装口14和15。在此实施例中，这两个工件封装口14和15位于工件开口12和13的正上方。与每个工件开口12和13相邻，安装适当气流调节器16。气流调节器16可以是：唇边密封式、涂刷密封式、对置滚筒式或幛形密封式，实际上可以是所有类型的密封形式。由用虚线表示的、通过滑轮21传输的传送带或输送带20提供在容腔内移动工件的装置。未详细示出传送带20，并且传送带20也的确不是传送带20的驱动轮或回行轮。然而，所有这些全部是传统装置。传送带20简单包括用于保持工件在等离子区5内传送工件的装置。另一种情况是，如果工件是输送带形式的，则可以通过滑轮21简单拉伸它并使它通过等离子区5。图中示出一个用于注入先行处理气体的适当送气管25，该送气管25与先行处理气体的气源(未示出)相连。
在运行过程中，通过送气管25，将在同样温度和常压下其相对密度比大气密度小即如上所述小于1的、比空气轻的适当先行处理气体(例如：氦)送到容腔2内。比空气轻的气体首先占据容腔2的顶部，然后随着送气量的增加逐渐充满容腔，并将大气排出，直到在容腔2内不存在大气，或者直到在入口组件10或出口组件11内不存在大气。将工件放置在传送带20上，运行传送带20以携带工件通过等离子区5，并且随着等离子体系统运行，在等离子区5内进行必要等离子处理过程。
在运行过程中，在传送带20通过气流调节器16进入工件开口12时，气流调节器16将进入系统内的大气降低到最少，因此可以确保对等离子体的扰动小，甚或不对等离子体产生扰动。此外，气流调节器还可以确保被拖入或带入容腔2内的污染大气少。通常，在从工件开口13出来时，气流调节器16可以防止将先行处理气体拖入周围大气中。图1所示的实施例是根据本发明的常压等离子体系统的简单结构。
图2示出另一种结构的APP系统，还用参考编号1表示，并且用相同参考编号表示其与参考图1说明的各部分相同的各部分。在此实施例中，APP系统1适于使用其相对密度大于1的先行处理气体，也就是说，在同样压强和温度下，其密度大于大气密度。在此实施例中，设置了一对分别具有探针31的气体分析器30，一个位于与工件封装口14相邻的入口组件10内，另一个位于与工件封装口13相邻的出口组件11内。这两个气体分析器30均连接到控制器37，控制器37与先行处理气体气源相连。在气体分析器30指出入口组件10被邻近工件封装口14的大气污染，或者指出通过工件开口13，入口组件11排出的先行处理气体太多时，可以对先行处理气体的流量做相应调节。长度L越长，也就是说，工件开口与工件封装口之间的垂直距离越长，进入的污染气体量将越少。事实上，入口组件和出口组件分别形成气阱。
参考图3，图3示出又一个APP系统，还用参考编号1表示，并且用相同参考编号表示其与参考先前附图说明的各部分相同的各部分。在此实施例中，设置具有探针36和38的气压传感器35。气压传感器35与控制器37相连，控制器37与先行处理气体气源相连。探针36位于容腔2的内部，而将探针38安装在容腔2的外部用于检测环境压强。
在运行过程中，气压传感器35记录容腔2内部的压强和容腔2外部的压强并将这两个信号送到控制器37，控制器37控制先行处理气体气源，使容腔2内的压强保持高于环境压强某个预定量。尽管使先行处理气体保持高压会流失一定数量的气体，但是可以在入口组件10和出口组件11收集该气体，如下所述。由于压差非常小，所以会发现，实际上每分钟从大系统流失的气体不到10升，如上所述，可以收集该气体用于重复利用。在此特定实施例中，示出垂直电极阵列和水平电极阵列的混合排列，也就是说，工件可以在水平方向或垂直方向通过等离子区。根据各种众所周知的参数例如间隙、驱动频率以及电极几何形状，这种配置可以在每个等离子区5内产生介质挡板或无声放电型或电晕放电型或常压Glow Discharge型或等离子体系统的其它任何类型的常压等离子体。
参考图4，图4示出另一种结构的APP系统，通常还是利用参考编号1表示。该实施例示出限定有效垂直等离子区5的一系列相同垂直排列电极3。此时，根据如何对它进行考虑，传送带20在电极7之间上、下移动，或者在电极之间前、后移动。在本实施例中应该注意的一件事情是，现在要低于容腔2安装送气管25。在此实施例中，在容腔2的上部、在远离入口组件10和出口组件11的位置安装具有探针41的气体分析器40。将气体分析器40连接到控制器42，控制器42连接到抽风机43。
围绕入口组件10和出口组件11安装外罩44，利用导管45将外罩44连接到抽风机46。抽风机46与排气管47相连。如果需要，将利用抽风机46，通过外罩44将靠近入口组件和出口组件11的其它排出用于重复利用。如果在压强高于大气压强时运行APP系统，则该实施例特别有效。在许多例子中，不需要抽风机46。
气体分析器40用于检测存在的废气，在此实施例中，废气上升到容腔2的顶部，因此它比先行处理气体轻。抽风机46排出的这些废气或者排放到大气中，或者被收集。显然，在容腔2内出现稍许正压时，与近乎纯先行处理气体类似，可以将排气管47连接到集气器。比先行处理气体重的废气被排出到入口组件10和出口组件11之外。
现在参考图5，图5示出又一种结构的APP系统，通常还是利用参考编号1表示它，并且用相同参考编号表示其与参考先前实施例说明的各部分相同的各部分。在此实施例中，请注意，入口组件10和出口组件11不是由密封拉长容腔形成的，但是工件开口和工件封装口重合。在此实施例中，请注意，等离子区5是有效水平的，并且工件前、后通过电极之间。此实施例仅用于其相对密度高于大气密度的先行处理气体。
现在参考图6，图6示出又一种结构的APP系统，还用参考编号1表示它。将电极3安装在一对由介电材料制成的U型介质部件上，即外部U型介质部件50和内部U型介质部件51。请注意，内部U型介质部件51嵌套在外部U型介质部件50内，从而在其间形成等离子区，还用参考编号5表示等离子区。外部U型介质部件上携带电极3，内部U型介质部件51的内表面上携带另一个电极3。显然，外部介质部件50是封闭部件，换句话说，U型的端部被封闭，从而形成容腔的外部部分，正如在此实施例中那样。
现在参考图7至图12，图7至图12示出在系统内用于处理连续纤维或纱线(以下简称“纱线”)的部分APP系统。该系统包括多通路纤维处理系统。在图7中示出APP系统的结构，通常还用参考编号1表示该系统。在此APP系统中，设置了由安装在系统支架60上的电极容箱63形成的容腔，将系统支架60放置在形成法拉第笼的金属网形板覆盖的另一个支架61内。将金属网形板62接地以形成法拉第笼。
现在参考图9，图9示出一对构成部分容腔的电极含箱63。密封条64将两个电极含箱的两个侧面密封在一起，气体容器盖65形成容腔的另一个壁。气体容器盖65具有进气管66。设置通常用参考编号70表示的纱线支持架，纱线支持架70包括对着滑轮72安装的开式架71。纱线支持架70包括底座73，事实上，底座73即容腔底座，并且纱线支持架70还具有形成纱线入口组件75的孔和形成纱线出口组件76的孔。每个电极含箱63的外部部分是介电材料并容纳电极，还用参考编号3表示电极，如图10所示。
显然，通过为了增加等离子区内的路径长度和停留时间而设置的滑轮，纱线可以前进、后退。
显然，相对于现有技术，本发明的特定优势在于，可以显著削减使用大量昂贵气体所需的高成本。此外，由于减少了环境污染，所以可以改善健康和安全状况。本发明提供了一种更有效的系统，在该系统中，可以显著减少因为等离子区内的其它气体产生污染引起的再现性问题。可以减少将气体拖入或拖出容腔2的任何方式均存在优势。因此，如上所述，可以采用唇边密封、涂刷密封、对置滚筒式或安全幛形密封。
显然，电极几何形状并不局限于相对平行的平板几何形状，而且实际上可以任何几何形状，包括：三维非平面电极，例如点电极(即针阵列电极)、线电极、圆柱电极等。可以设想，用于氦气的这种配置可以实现表面活化过程，该表面活化过程可以应用于许多材料，包括塑料、聚合物、无机物以及金属。
在一个实施例中，可以对作为先行处理气体的氦设置50KHz至80KHz的射频源，该射频源由产生约2Kv至6Kv电压的适当射频变压器供电并且其功率约为1kW。在接合之后，正如利用湿润度和粘着性测量的那样，可以成功活化聚丙烯织物输送带。可以发现，在根据本发明运行时，所需的氦气比没有根据本发明的气体容器时所需的氦气少5％。同样，在具有大致相同功率和射频比时可以使用氩气。
在所采用的根据本发明的各种其它系统中，先行处理气体包含混合气体，该混合气体包括：氩气以及含有诸如C2F6、CF4或CHF3的卤代烃气体。它已经用于在通过等离子体的任何输送带或工件上沉积均匀的氟塑料涂层。同样，含有氩气和硅氧烷蒸气的混合气体可以将SiOx均匀涂层沉积到通过等离子体的任何输送带或工件上。利用约5至100Hz AC电流供电、采用氩气的系统激活放置在等离子区内的细粉并将位于同一个等离子区内的多孔性材料与这些细粉掺杂在一起。
可以设想，本发明特别涉及等离子体活化过程和涂敷以及薄膜沉积，并且还涉及表面污染清洗与蚀刻。
在本说明书中，可以认为术语“包括、被包括”或其任何变形以及术语“包含、被包含”或其任何变形是可完全互换的，并且可以对它们做可能的最广泛解释。
本发明并不局限于在此说明的实施例，可以在权利要求所述的范围内在结构和细节方面对其做各种变换。

Claims (24)

1.一种非热平衡型常压等离子体(APP)系统(1)，该系统包括：多个电极(3)，形成一个等离子区，安装在容腔(2)内，在同样压强和温度下其相对密度比大气密度高或低的非大气先行处理气体，其特征在于，该系统包括：气密容腔(2)，具有到大气入口组件(10)和大气出口组件(11)的开口，入口组件和出口组件分别具有工件开口(12、13)以及工件封装口(14、15)，其中对于先行处理气体的相对密度大于大气相对密度的情况，所述入口组件和出口组件位于等离子区(5)的上方，而对于先行处理气体的相对密度低于大气相对密度的情况，所述入口组件和出口组件位于等离子区(5)的下方；以及装置(20)，用于在电极(3)之间从入口组件(10)到出口组件(11)移动工件。
2.根据权利要求1所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中入口组件和出口组件(10、11)分别包括具有垂直隔离的工件开口(12、13)和工件封装口(14、15)的封装拉长容腔。
3.根据权利要求1或2所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气体分析器(30)安装在入口组件(10)内。
4.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气体分析器(30)位于工件封装口(14、15)的相邻位置。
5.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气体分析器(30)安装在出口(11)内。
6.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气体分析器(30)安装在与工件开口(10)相邻的位置。
7.根据权利要求3至6之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气体分析器(30)与控制装置(37)相连，用于在分析器(30)检测到先行处理气体的数量低于预定水平时，注入先行处理气体。
8.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中相对于容腔(2)外部的环境压强，先行处理气体保持正压。
9.根据权利要求8所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中先行处理气体的正压低于环境压强的10％。
10.根据权利要求9所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中先行处理气体的正压是环境压强的1％量级。
11.根据权利要求8至10之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中设置控制装置(37)，使得通过在容腔(2)内的压强降低到低于预定最低水平时注入先行处理气体，来保持所述正压。
12.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中设置装置(25)用于将先行处理气体持续注入容腔(2)内。
13.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中设置装置(43)用于收集或排出位于工件进或出入口组件和出口组件(10、11)处外部附近的气体。
14.根据权利要求13所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中用于收集和排出气体的装置包括围绕入口组件和出口组件(10、11)的外罩(44)以及与其相连的抽风机(46)。
15.根据权利要求14所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中外罩(44)包括与工件开口(12)相邻的开口气体接收口。
16.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中在容器内的侧面对着入口组件和出口组件(10、11)设置一个废气口，用于收集具有先行处理气体相对密度的废气，从而将它们收集在容腔(2)内。
17.根据权利要求16所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中在容腔(2)内邻近废气口安装一个废气传感器(40)。
18.根据权利要求17所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中将控制装置(42)连接到废气传感器(40)和废气口，用于在容腔(2)内的废气水平超过预定水平时操作废气口。
19.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中将气流调节器(16)分别安装在入口组件和出口组件内。
20.根据权利要求19所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中气流调节器(16)包括一个或多个：
唇边密封；
涂刷密封；
幛形密封；以及
对置滚筒式密封。
21.根据上述权利要求之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中电极(3)为基本上平板电极。
22.根据权利要求21所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中存在背对背排列的多个电极(3)，并且其中，在电极之间移动工件的装置包括在电极(3)之间前后连续移动的传送带(20)或输送带。
23.根据权利要求21所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中工件是循环纱线，并且用于移动工件的装置包括开式架部件(71)用于安装在两个电极(3)之间，该开式架部件携带位于开式架部件(71)两侧的多个纱线支持滑轮(72)以及纱线抽出机构。
24.根据权利要求21至23之任一所述的常压等离子体(APP)系统(1)，其中电极(3)包括一对介电材料的U型部件(50、51)，一个U型部件嵌套在另一个U型部件内以在它们之间确定等离子区(5)，具有位于两个U型部件中靠外一个(50)的外表面上的一个电极(3)以及位于另一个U型部件(51)的内表面上的相应电极。
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