CN1471800A - 用空气等离子对导电性材料进行处理的方法及装置 - Google Patents

用空气等离子对导电性材料进行处理的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于处理由导电性材料制成的受处理物体的空气等离子方法，该方法包含由等离子发生器在受处理物体的受处理表面上产生等离子流，并且受处理物体与等离子发生器产生相对位移。至少一个等离子流为阴极流并且至少一个等离子流为阳极流，将阳极流施加于接近于阴极流的受处理表面的处理区域上。

Description

用空气等离子对导电性材料 进行处理的方法及装置
技术领域
本发明涉及用等离子对由导电性材料制成的物体进行处理的方法。本发明尤其涉及通过空气等离子对通过诸如轧制或拉拔之后得到的箔片或线材(wire)形状的物体进行的处理。
背景技术
对材料的处理可以包含以下操作的一种或几种：
清洗箔片或线材的一个面或两个面，以去除有机残留物、工艺用油和润滑脂。
去臭。
消毒，杀菌。
活化表面，以改善粘合性能或可湿性。
通过熔合微裂纹、抛光或形成表面合金改变表面层。
去皮(stripping)。
退火，用以消除内应力。
淀积膜。
使用用于清洗轧制箔片或线材的表面以去除在其制造过程中使用的润滑油残留物的方法和装置是一种公知常识。最常使用的处理装置是扩散炉、煤气灯、化学浴、喷汽器、产生阻挡型放电或静电放电的装置和等离子流装置。
不管使用空气或氧气，用于清洗金属箔片的扩散炉的缺点在于它们需要消耗较高的电能，并且操作周期较长。如果要清洗以卷形物的形式装入炉内的箔片，即使不需几个星期，也要花费几天时间。其工艺包含加热卷形物的步骤，在该步骤中，使得空气或氧气渗入各层箔片之间，以氧化有机残留物，并主要通过扩散去除卷形物中相互紧紧压在一起的各层箔片之间的残留气体。
因此，这种炉子的生产率或效率都较低。扩散炉仅用于对于材料的清洗或退火。
由于直线火焰喷灯效率较低以及包含碳产物的火焰成分变化的有限性所以很少使用直线火焰喷灯。火焰喷灯一般仅用于对于材料的清洗或退火。
化学浴使用大量的化学用品，并且这些用品需要被循环利用。由于循环利用的成本较高，并且需要遵循越来越严格的环保标准，所以这种方法的使用也具有局限性。
喷汽器用于对线材的清洗。这种清洗效率较低，在实际中仅用于初步的粗加工工艺，其后一般需要化学清洗。
使用阻挡型或静电型放电的优点在于，它可以对材料进行均匀的处理。但是由于这些方法的生产率有限，所以不适于工业化生产。
相对而言，由于高度激活的气体实现该处理，且氧化是等离子化学反应的产物，所以通过空气等离子流进行处理更有效些。并且，由于它可实现较高的能量密度，所以生产率也较高。一般而言，等离子流处理装置简单、廉价且适应性强。并且，它可以实现对表面的清洗，对薄膜的退火、去皮(stripping)或淀积，并且可以对等离子气体的成分进行调整以适应所实施的处理。
使用等离子流的方法的缺点在于，很难在箔片或线材的整个表面上实现均匀的处理。
为了克服该缺点，一些技术人员尝试设计使用直线等离子体管部件以产生等离子幕的装置。
例如，在公开号WO97/18693中描述了等离子发生器，在该等离子发生器中通过叠加由具有两喷嘴的多个等离子管产生的多个等离子流而产生幕形等离子。该方法的缺点在于，在大多数工业应用情况下无法实现诸如温度等参数的均匀分布。事实上，在任何情况下，通过等离子管气体的流动及其速度分布都使用无法得到参数的所需均匀分布。即使当温度在整个幕的长度上是均匀的，这也不足以说明等离子的速度及/或成分会是均匀的，这会导致处理的不均匀。
并且，由于在使用该类型的直线等离子发生器对金属箔片进行处理时需要箔片快速通过等离子幕，移动的箔片会阻碍气体或空气的流动。这种气体的紊乱会与等离子流相互干涉，使得等离子变冷并变得紊乱，从而损失以粒子势能的形式存在的能量。在冷却后，处理的效率会迅速下降。紊流可以导致受处理箔片产生形变，诸如变皱，这种情况主要发生在箔片较薄的情况下。
发明内容
本发明的目的在于通过等离子处理方法提高处理的均匀性，该方法尤其用于对含有重要表面的物体进行处理的工业应用中，特别在于用于处理需要较高的处理速度的箔片或诸如线材的物品，本发明还提供了实施这些方法的装置。
需要提供可靠、迅速和廉价的等离子处理工艺和装置，以用于实施该方法，该工艺和装置尤其用于对导电性材料的箔片或线材进行的处理。
并且，需要提供实施该方法的工艺和装置，且该工艺和装置可用于诸如对于膜的清洗、退火和淀积，表面激活，去皮和消毒等操作，或上述操作的组合。
通过根据权利要求1的方法和用于实施该方法的根据权利要求22的装置，可以实现本发明的目的。
在本发明中，由空气等离子对由导电性材料制成的受处理物体进行处理的方法包含：通过等离子发生器产生等离子流，将等离子流施加于受处理物体的受处理表面上，受处理物体相对于等离子发生器产生位移，其特征在于，至少一个等离子流是阴极流，并且至少一个等离子流是阳极流，将该阳极流施加于邻近阴极流的所述受处理表面的处理区域上。根据本发明的该方法的优点在于，可以将其运用于通过连续工艺制造的或具有较大表面积的机器制造物体，该机器制造物体诸如金属箔片、金属线材或由金属板材制成的车体零件。
产生阴极等离子流和阳极等离子流的电流分为三部分。一部分为流过受处理物体的I3，另两部分分别为输送到阳极等离子流和阴极等离子流的电流I1、I2。
优选下述方案：阴极流与受处理表面之间形成锐角α角，阳极流与受处理表面之间形成β角，该β角大于阴极流和受处理表面之间形成的α角。在供替代的方案中，阳极流与受处理表面之间的β角接近或基本上等于90°，且阴极流与受处理表面之间形成的α角在25°和60°之间。
阴极流的脉冲能量优选大于从阳极流得到的能量。
由于可以保证阳极斑点以特定方式沿受处理表面移动，所以本发明的方法可以获得均匀性的处理。阳极斑点的移动使得可以减少形成于受处理表面上的边界层的影响。该方法可以提高处理的均匀性，一方面在于通过加热边界层而出现阳极斑点的位移，另一方面在于它们在自身磁场的作用下产生的斑点位移。电流的横向离位(delocalisatin)可以保证热处理和等离子-化学处理沿整个受处理表面均匀分布。
在适于通过等离子体处理箔片或线材的方法中，使用阴极斑点和阳极斑点可以增加该方法的热效率。
根据本发明实施该工艺的装置包含：至少一个阴极等离子流发生器和至少一个阳极等离子流发生器，其排列使得阳极流被施加于邻近阴极流的受处理表面的处理区域上。
为等离子流提供电流的装置包含：由受处理物体的一部分封闭的环，和用于改变流过受处理物体的电流I3的装置。
为了增加施加等离子的受处理表面的表面积，以在横向处理时实现良好的均匀性，等离子发生器的等离子流可以与受处理物体相对于等离子发生器的移动方向之间形成锐角γ角。
通过产生交变磁场，使得安培力产生等离子流的扫描(sweeping)振荡，可以在横向实现均匀处理。磁场的振荡频率ν优选等于或高于受处理物体的相对移动速度与等离子流的直径之间的比。
处理装置最好可以包含一个或多个对准等离子流的反应气体流，以加宽或压缩对准受处理物体的等离子流，并由此提高处理的均匀性。
根据本发明一方面的优点，在实施等离子时，通过外部振动发生器或通过等离子发生工艺，在受处理物体上产生声振动或超声振动，例如，产生频率接近受处理物体的共振频率的冲击波或声波。可以通过电脉冲产生等离子而产生冲击波，其中，所施加电脉冲的电流幅的上升边的持续时间应足够短，从而使得电流幅的增加过程是等容的。所施加的电脉冲的频率优选接近或等于声振动的频率。
在处理线材的实施例中，可以使阴极流和阳极流沿受处理线材移动的轴形成漏斗形状。
在处理箔片的实施例中，处理装置可在等离子施加区域的上游具有使空气稳定流动的装置，该装置包含导流片，可以通过调整它们的位置并因此可调整从受处理箔片分离的空气的量的定量给料的机制，控制该导流片。也可以在等离子实施区域的下游配置该装置，使得冷却的导流片产生层流。
被受处理箔片阻碍的流动空气的分层现象使得可以避免薄膜出现任何形式的卷曲，并实质上增加等离子处理的效率。
阴极发生器和阳极发生器可以在受处理箔或线材的横向交替排列，使得给定极性的各发生器的轴与两邻近的极性相反的发生器的轴之间的距离相等。
处理装置可以包含两个相同的分列于导电性材料箔片两边的等离子发生器，以同时或依次处理该箔片的两个面。
附图说明
通过权利要求，并通过下面对本发明的实施例的说明以及下面的附图，本发明的其它目的及优点会变得更加明显。
图1为用于处理箔片的装置的简化透视图，该装置包含根据本发明的等离子处理装置；
图2为用于处理箔片的装置的简化剖面图，该装置包含根据本发明的等离子处理装置；
图3为根据本发明使用等离子流的处理装置的简化剖面图；
图4a为沿平行于受处理箔片的平面方向的正视图，用于说明电极和等离子流的布局；
图4b为沿图4a中箭头IVb的方向的视图；
图4c为沿垂直于受处理箔片的平面方向的视图，用于说明图4b所示的供选择实施例中的电极和等离子流的布局；
图4d为沿图4c中箭头IVd的方向的视图；
图4e为沿平行于受处理箔片的平面方向的视图，用于说明根据本发明的实施例，位于箔片两边的电极和等离子流的布局；
图4f为沿平行于受处理箔片的平面方向的视图，用于说明根据图4e所示的供选择实施例，位于箔片两边的电极和等离子流的布局；
图5为通过等离子流处理箔片的装置的视图，在该装置中没有阳极；
图6为用于说明根据本发明，作用于受处理箔片表面的等离子流的移动的示意图；
图7a-7d为对处理后的箔片进行可湿性试验的示意图；
图7e为在处理后接受纯度试验的处理后的箔片；
图8a为经过根据本发明的等离子处理退火后的铝箔的SEM(扫描电子显微镜)图像；
图8b为未经处理的铝箔的表面的SEM图像；
图8c为由根据本发明的等离子方法处理的叠层铝箔的剖面SEM图像；
图9为本发明的实施例的简化透视图，该实施例包含用于产生磁场的装置；
图10a为根据本发明，对线材进行处理的等离子处理装置的简化透视图；
图10b为根据图10a，对线材进行处理的等离子处理装置的简化剖面图；
图11a为根据本发明，用于处理金属箔片的等离子发生器的布局示意图，在该等离子发生器中，一部分处理气体对准(est dirigée)等离子流之间，而另一部分对准在处理区域中等离子流的下游，通过这种方式压缩对准受处理表面的等离子的流动，并加宽其拖尾边；
图11b为沿图11a中XIb的方向的局部视图；
图11c为根据本发明，用于处理金属箔片的等离子发生器的布局示意图，该等离子发生器包含声振动，尤其是超声振动的外部发生器；
图12a为根据本发明，用于处理箔片的装置的实施例的简化剖面图，该实施例包含下列部件：等离子处理装置，用于稳定气流的装置和流体动力轴承；
图12b为根据图12a的实施例的轴承的局部视图；
图13a为根据本发明，用于处理较大表面积物体的装置的实施例的简化透视图，该物体诸如由金属板材制成的车体部件；
图13b为根据图13a的实施例的等离子发生器的布局示意图；
图13c为根据图13a的实施例的等离子发生器的局部剖面图。
具体实施方式
图1和图2为用于处理箔片的部分装置的简图，该箔片是诸如通过轧制工艺而得到的铝箔，且该装置上具有可旋转的滚筒3。通过导向滚子5，7和拉紧滚子6的线路，在给料滚筒3和收料滚筒4之间拉紧箔片2，部分拉紧滚子6以可旋转的方式安装在弹簧上，以尽可能在铝箔上得到精确的拉力。部分导向滚子5，7还用于调整铝箔与等离子流处理装置8，9之间的相对位置。图1和图2中所示的装置至少包含两个等离子流处理装置8，9，以使之可以处理箔片2的两个面2a，2b。该装置可以包含两组或多组沿箔片的一个边连续排列的等离子发生器或处理装置，各装置包含至少一个阴极发生器和至少一个阳极发生器。
如图2所示，可以将等离子流处理装置安装在活动装置9上，例如，该活动装置9可使处理装置沿基本上平行于滚子轴的轴旋转，由此使得等离子流处理装置也可以进行这种旋转，以得到相对于受处理箔片的不同位置。位置I对应于适于处理箔片2′的背面的位置(沿虚线移动)，其中将两个处理装置8a，8b放置在箔片的两边。位置II和位置III对应通过配置于两个导向滚子7附近的等离子处理装置在箔片2的背面对箔处理进行处理的不同角度。位置IV为脱离受处理箔片的位置，以用于启动该装置，特别是用于开启等离子流。位置V是脱离保持位置，用以对等离子流处理装置进行修理。
该装置可以进一步包含用于稳定空气流动的装置10，该装置10配置于等离子流处理装置的工作位置II，III的上游，且邻近于受处理箔片的表面。优选将两个部件10放置在受处理箔片的两边，以稳定被箔片的移动阻碍的空气的流动，特别是，使该流动分层，使得空气的流动尽可能少地影响到等离子流的流动。并且，稳定部件10减少了由气流紊乱导致产生的箔片的移动，这样可以防止任何可能的箔片的卷曲。稳定部件10可以用作导流片，可以对其相对于箔片的位置进行调整，以增加或减少被箔片阻碍的空气的流动。这也使得可以通过供给其更多或更少的空气以调整等离子处理。为了使得空气的流动分层，以防止箔片出现任何形式的卷曲，还可以在等离子流处理装置的下游或沿箔片的其它位置放置其它稳定部件10′。
参照图3，等离子流处理装置8包含具有电极的等离子发生器11，该电极与包含用于产生等离子的电源13的电路12相连。例如，发生器11通过稳流电阻器24，25经由位于导向滚子5，7上的接触部件14与受处理箔片电学连接。受处理箔片2是导电性的，并且它是包含等离子流15在内的电路环路的其中一部分。通过电阻器24，流经受处理物体的电流可以变化和断开。
在该实施例中，具有两组极性相反的等离子流发生器11a，11b，即阳极等离子流发生器组11b和阴极等离子流发生器组11a。组11a，11b的各等离子流发生器在并置时基本上沿一条直线排列。一组的等离子流发生器优选出现位置偏离，以与另外的组的发生器交错排列，如图4a，4b所示。
各等离子流发生器包含下列部分：安装于基体部件17内的电极16，和形成于基体部件17内用以引导等离子流的通道18。该通道与处理气体的流入通道19，20相连。在该实施例中，示出两个处理气体的流入通道，但也可以提供开向等离子流通道18的其它处理气体的流入通道。第一流入通道19基本上位于电极的同一水平位置，第二流入通道20位于第一流入通道的下游。
基体部件17可以具有冷却回路(未示出)，该冷却回路用于使冷却剂在其内循环以冷却等离子发生器。
注入第一流入通道19的处理气体优选为诸如氩(Ar)的不活泼气体，该不活泼气体一方面可以环绕并保护电极16，使之不被氧化，另一方面，可以有利于等离子的产生。根据对箔片2所实施的处理，可以使用另一下游通道20，以注入额外气体流，该气体诸如空气，氩气，氧气，氮气，氦气，二氧化碳，天然气，有机金属蒸汽，或其中几种气体的混合气。第一组的等离子流发生器11a的额外气体与注入第二组的等离子流发生器11b中的额外气体可以有所不同。
等离子发生器组11a的排列使得其所产生的等离子流15的取向基本上与箔片2的区域21的平面或切线方向形成锐角α角，该区域21与等离子流15a时刻保持接触，且该流的取向方向优选与箔片的移动方向相反。如图5的实施例所示的根据本发明的等离子流发生器的排列还可以提高箔片或其它具有较大表面积的物体的受处理表面的处理均匀性，该具有较大表面积的物体诸如板或圆筒。
在图3所示的实施例中，第二组的电极11b的排列使得从该发生器发出的等离子流15b与接触区域21的平面或其表面的切线之间形成的夹角β大于第一组的等离子流15a的锐角α。第二组的等离子流与受处理表面之间的夹角β优选接近于90°。第一组的发生器的电极优选为阴极，且第二组的发生器11b的电极优选为阳极。选择从发生器的流出的气流，使得从第一组的发生器发生的等离子流脉冲15a大于第二组的发生器11b的等离子流脉冲15b。
与受处理表面相接触的阳极等离子流15b形成阳极斑点22，在有机产物松动以及发生等离子化学反应后，该阳极斑点22将覆盖在受处理表面上的有机产物释放出来。这些等离子化学反应产生诸如CO2的残余气体，该残余气体可以通过配置于即时处理区域21上面的排气管23排出。阴极等离子流15a和受处理表面之间的电流I3通过阳极斑点22的形成加强了材料的加热过程以及临界层中的产物的等离子化学分解。残留物在阳极等离子流15b中燃烧，其中根据残留物的特征选择等离子的处理气体。特别地，处理气体可以为空气或氧气，使得等离子可以通过氧化作用破坏有机残留物以及碳氢化合物。
将额外的诸如H2的还原气体导入阴极等离子流15a中，利用其与受处理表面比与阳极等离子流15b具有更紧密的接触，就可以清洗被氧化的表面。
根据本发明配置阳极等离子流发生器和阴极等离子流发生器，可以保证处理的均匀性。
由于箔片或受处理物体的表面与阴极等离子流之间的夹角α为锐角，且等离子和箔片中的电流I1和I3具有相反的方向，这会导致其间产生排斥作用。因此，如图6所示，等离子流15a和阳极斑点22从位置A(时间点τ1)移到位置B(时间点τ2)，然后移到位置C(时间点τ3)。这种过程一直持续下去，直到电压差高于位置A和D之间的短路电流。在短路后重复该过程。通过这种方式，阳极斑点沿受处理表面连续并迅速的往复运动。沿受处理表面移动的方向(以下称为“纵向”)的移动速度基本上大于受处理表面的移动速度。这就可以保证处理在纵向上的均匀性，并可以保证不会由于局部的过度加热而出现损伤现象。
如图4a，4b所示，通过交错排列阳极等离子发生器和阴极等离子发生器，可以在相对于纵向的横向，即沿着等离子前端实现均匀的处理。这种配置的结果在于各等离子发生器与相反极性的两个发生器电学相连。在相对于其移动的横向方向，电流基本上沿受处理表面均匀流动，这样可以保证处理的均匀性。
如图5所示，当不必清洗表面时，或仅需要诸如退火和对微裂纹的熔合或表面抛光的热处理时，可以优选使用阴极等离子发生器。
如图1或图2以及图4d-4f所示，通过配置于箔片的两边的至少两组等离子发生器，可以对箔片材料的两个面进行处理。
位于受处理箔片2两边的等离子发生器11可以如图4d所示相互面对排列，或如图4e和4f所示相互交错排列。在等离子发生器11相互交错排列的方案中，位于箔片同一边的两个发生器之间的中间区域26优选被位于箔片另一边的等离子流15加热，这样可以改善处理。
在图4c和4d的方案中，阴极发生器以γ角相对于受处理箔片的移动方向发生倾斜，这样可以增加施加等离子流的受处理表面的表面积，即，增加处理区域，这样可以改善处理的均匀性。实事上，γ角可以在30°和60°之间变化，但最好为45°。
可以将诸如包含有机金属蒸汽的混合气反应产物的气体或蒸汽添加入额外气体Q1，Q2中，或直接将其添加入等离子与受处理表面的接触区域21中，以实现膜的淀积。
并且，本发明可用以实施其它操作，诸如抛光，消除表面裂纹或对导电性箔片进行去皮。
根据受处理的导电性箔片的参数的不同，该参数诸如速度及厚度，并且根据处理的要求(例如不经过退火而清洗或除油，通过退火除油，不同强度的退火)，可以对箔片的两个面同时实施处理，或者对与诸如金属滚子的冷却支撑部件相接触的各面依次实施处理。这些实施例如图2所示，其中说明了这样一种装置的例子：通过将等离子流处理装置设定在相对于受处理金属箔片的不同位置(I，II，III)的旋转机制，该装置可以进行上述不同处理。该机制还具有另外两个位置IV和V，用于在需要时启动等离子发生器或用于保修工作。根据不同的处理方式，可以提供不同的卷拢系统。
参照图11a，当沿着接近于阴极流15a和阳极流15b间形成的夹角的平分线方向通过导管27输送额外气体Q时，可以进一步提高处理的效率。
为了实现均匀处理，最好通过导管28在等离子流15a，15b对受处理箔片进行冲击的上游迅速导入额外气体。如图11a和图11b所示，喷射在受处理箔片上的气体可以使其具有更多的反应粒子，并且它们使得等离子铺开以覆盖处理区域21，使处理区域21的面积大于由等离子流直接喷射的区域。
图11c为本发明的另一个实施例，在该实施例中，为了提高等离子与受处理表面之间的反应效率，通过一个或多个配置于处理区域上游和/或下游的声振动发生器29，30，使受处理表面产生振动。其振动频率最好位于超声波段。振动的效果是为了增加受处理表面与等离子之间的反应，因为振动可以增加受处理表面中的原子的动能，其本质与提高温度相同。并且，由于提高了存在于受处理表面上的气体的排放和替换，受处理表面的振动可以提高等离子的气体与受处理表面之间的等离子化学反应。
还可以通过施加具有单极或交替的脉冲电流的等离子弧，使得等离子自身产生声振动。选择脉冲的上升边的持续时间，使得等离子首先以等容方式发展，以在各脉冲中产生冲击波，该冲击波将会将其动能以振动的形式转移到受处理表面上。产生等离子的电流脉冲的循环频率优选与受处理表面的振动频率相对应。当这些脉冲产生声振动时，本发明的作者发现等离子“嗡嗡作响”，这种“嗡嗡作响”现象会自动伴随处理效率的实质性提高。在本发明中，通过声振动检测器或超声振动检测器对受处理表面的表面振动的强度和频率进行控制。
如图9所示，在本发明的另一个实施例中，等离子流受到供选择的磁场H的作用，该磁场由磁场发生器30产生，该磁场发生器的磁力线垂直于阴极流15a和阳极流15b的流动线。在安培力的作用下，产生施加于受处理表面上的等离子流的振动，从而在由电流的大小及磁场的大小决定的宽度范围L上，等离子流在该表面上产生扫描作用。选择磁场的振动频率ν，使得等离子可以覆盖整个振动范围，即：
ν≤v/d
其中，d为等离子流在处理表面上喷射的直径，v为受处理表面相对于等离子发生器11a，11b的运动速度。
图12a为用于处理诸如铝箔的长形箔片的优选实施例，该实施例包含下列部件：等离子发生器11a，11b，流体动力轴承31，32和用于稳定空气流动的装置10。图12a所示的部件可以为诸如图2所示的装置的处理装置的一部分。
位于等离子发生器11a，11b邻近的稳定装置10不仅使得箔片表面上的空气流动分层，以防止箔片的卷曲，它还可以调整和控制处于处理区域中的混合气体的量和成分。它包含两个基体部件33，该两个基体部件33间形成空隙以使箔片通过。经由各基体部件中的导管35将反应气体的混合气Q导入空隙中，该导管35经由总管37与入口36相连，该总管可使进入导管中的额外气体具有更好的分布状态。
配置于稳定装置和等离子发生器上游和下游的液体动力轴承31，32位于箔片的两边，并具有轻微的交迭，这种布局可使受处理箔片相对于稳定装置10和等离子发生器被拉紧、稳定，并被定位。液体动力轴承使得在实现上述功能的同时磨擦力不会有明显增加。各轴承包含空气入口38，该空气入口38用于供给压缩空气并经由总管39与流出导管40相连，从流出导管流出的空气的流向与箔片的移动方向相反，从而在箔片和轴承体41之间产生气垫。流出导管39的优选形状为纵向形状，并且沿箔片的宽度方向分布。如图12b所示，导管的纵向与箔片的移动方向v之间的夹角δ在箔片的中心处接近于0°，并在沿侧边52变化时会增加，有时可能会达到90°。
可以通过水循环系统冷却下游轴承32，以同时冷却位于冷却轴承和处理区域的下游的轴承与箔片。
图10a，10b示出了用于处理线材(对合金进行清洗、去皮、退火、表面形成，对膜进行淀积)的实施例。处理装置包含环绕受处理线材2′的等离子发生器11。该发生器优选对称环绕于线材周围，并且等离子流的数量为四个或更多。优选以交替的方式排列阴极流11a和阳极流11b。但是，在不偏离本发明的范围的条件下，也可以有其它的构造，甚至阴极流的数量可以不等于阳极流的数量。
该装置可以包含一个或多个沿线材排列的等离子发生器11的组8′，各组8′包含至少一个阴极发生器和至少一个阳极发生器。各组可以通过一个诸如管状的反应器43与下一组分隔开，该管状反应器43可以为圆筒状，以将线材与周围空气隔开，其长度近似于等离子保持反应的距离。管状反应器具有额外反应气体的入口总管43a和排气总管43b，同时具有在线材通过装置时对其进行引导的入口导向器与出口导向器44。在该线材通过装置时，导向器43会对线材起稳定作用并使之以导向器为中心。最好用这些导向器对线材施以声振动或超声振动。通过注入导管45将额外反应气体Q导入装置，并通过流出导管46将其排放出去。
参照图13a和13b，用于处理受处理物体2″的处理装置包含安装于诸如工业机器人的位移装置47上的处理装置8″，该受处理物体2″具有复杂表面，诸如由金属板材制成的车体部件。处理装置包含等离子发生器11a，11b的一组滑块48，这些滑块48可以相对运动，以使滑块适应于复杂表面。可以在各滑块上配置传感器(未示出)，用以控制滑块与表面之间的距离，并用于控制用于移动滑块的电机(未示出)。
各滑块包含至少一个阴极流发生器和至少一个阳极流发生器。各滑块可以进一步包含具有开口50以提供冷却回路51的壳体，该冷却回路51用于稳定等离子流并在其周围环绕稳定化的气流，由此压缩作用于受处理表面的等离子15。
下面给出根据本发明的实施工艺的非限定例子。
实施例1
清洗铝箔上的轧制润滑脂
为了处理箔片的两个面，在受处理箔片两边配置两个相同的等离子处理装置，每个装置包含10对阳极等离子流和阴极等离子流。对两种构造进行试验：一种构造如图2中的位置I所示，其中，两个装置位于箔片的相同位置中并同时对其两个面进行处理；另一种构造如图2中的位置II或位置III所示，其中，两个装置位于箔片的不同位置并依次对其两个面进行处理。两个装置的区别在于，在构造I中，由于没有经过滚子的冷却以及没有经过构造II和构造III的依次处理，其受处理箔片在处理区域中的温度较高。受处理箔片为由轧制得到的铝箔，其厚度为100μm，宽度为20cm。
处理参数如下：
阴极电流(I1)：15A
阳极电流(I2)：10A
流过受处理材料的电流(I3)：5A
阳极流的轴与受处理箔片之间的夹角：90°
阴极流的轴与受处理箔片之间的夹角：35°
保护气(Ar)的流动速率：0.5l/min(各个流均如此)
额外气体的流动速率
阳极流(氧气)：Q1＝0.5l/min
阴极流(空气)：Q2＝2l/min
箔片的移动速度：3m/sec
如图7a-7e所示，通过标准试验，即欧洲标准EN546-4以检测处理结果。处理结果的得分为A+，即它们比常规清洗技术得到的最好结果还要好。
特别地，验证箔片的可湿性的方法如下：如图7a所示，在水平位置的处理表面上淀积一系列蒸溜水滴，然后如图7b所示，倾斜该表面。
对均匀性的验证方法如7d所示：在处理表面上淀积连续的水纹，然后倾斜处理表面。
这两种验证方法可以该证明处理具有优良的均匀性。
通过斯德尔汉(Str_lhein)方法确定残留碳量，结果表明残留碳量小于0.1g/m2。
用诸如图7e所示的方法，通过用吸湿棉絮片擦试的试验对受处理表面上可能存在的固相残留物进行检测，该固相残留物诸如氧化物粉末或其它固体残留物。如果所用棉絮片保持干净，就表明不存在残留物。
通过标度小于1000_/cm的电子显微镜(SEM)来进一步评估处理表面的清洁度。
实施例2
对金属(铝)箔片进行退火
进行退火的物品：厚度为100μm的铝箔
装置：箔片中的电流为零
电流：20A
电压：50V
等离子流与处理表面之间的夹角：α＝30°
等离子流的倾斜角：γ＝45°
在箔片运动速度为0.6m/sec的条件下，可以看出退火十分彻底。
通过SEM观察，退火前和退火后的金属的表面结构如图8b(退火前)8a(退火后)中的SEM图像所示。图8a为退火后的晶粒特征。
图8c表明在受处理箔片的断面的整个厚度上为均匀结构，并且其晶粒也是均匀的。
“破裂(eclatement)”(与延伸相结合的抗拉强度)的测量值为300±20kPa。该值对应于通过常规方法退火的铝试样的最高值。可以发现，破裂在受处理箔片试样的整个宽度上是均匀的(±10％)。
实施例3
对钢箔的消毒
通过在处理前用四类微生物污染过的钢箔对根据本发明的方法的消毒性能进行验证。通过诸如巴氏灭菌法的简易热效果试验得到杀死它们的所需温度，该温度如表1所示。
 表1
表1：N°     微生物   符号 1分钟暴露的条件下热杀死的所需温度
    1     黑曲霉   A.n     68℃
    3     发面酵母   S.c     78℃
    3     丝衣褐菌(Byssochlamys fulva)   B.f     98℃
    4     枯草杆菌   B.s     140℃
在处理前将每毫升包含109个微生物的水滴淀积在箔片上并使水滴变干。以恒定的扫描速度对污染过的箔片进行处理。
所用试验条件如下(表2)：
表2
条件N°          电流(A)     气体(流速l/min)        表2
  阴极 阳极 箔片   阴极   阳极 扫描速度m/sec 暴露于等离子的时间(sec)
    I     15     10     5   Ar(0.5)   Ar(0.5)     2     0.01
    II     20     10     10     Ar(1)     Ar(1)     1     0.01
    III     25     15     10   Ar(0.5)Air(2)   Ar(0.5)Air(2)     1     0.01
    IV     25     15     10   Ar(0.5)O2(0.5)   Ar(0.5)O2(0.5)   0.5     0.02
处理的结果如表3所示
表3
               处理后的存活量
  N°   微生物 处理前的数量     I     II   III  IV*)
  1     A.n     3.7×107     ＜10°     ＜10°   ＜10°   ＜10°
  2     S.c     5.4×107     ＜10°     ＜10°   ＜10°   ＜10°
  3     B.f     2.9×107   3.8×105     ＜10°   ＜10°   ＜10°
  4     B.s     3.9×107   9.1×106   4.9×104   ＜10°   ＜10°
如表3所示，在条件3且暴露时间为0.01sec时，可以彻底消毒，而不会对材料产生任何污染，该暴露时间小于普通热处理的保持时间三个数量级。
*)在条件IV下得到的所有结果表明材料有轻微的变化，说明暴露时间太长。
实施例4
在Al箔上淀积SiO2膜
使用与实施例1相同的装置。受处理表面为通过轧制得到的厚度为30μm的铝箔。根据本发明使用等离子进行清洗(活化)。
对三种条件下的处理进行比较：
a)使用直流电进行处理，其处理参数如下：
阴极电流(I1)：20A
阳极电流(I2)：12A
通过受处理箔片的电流(I3)：6A
阳极流的轴与受处理箔片之间的夹角：90°
阴极流的轴与受处理箔片之间的夹角：30°
等离子流的倾斜角：γ＝45°
保护气(Ar)的流动速率：0.5l/min
额外气体的流动速率
阳极流(Ar+六甲基乙硅烷+O2)∶Q1＝0.6l/min
阴极流(Ar+O2)∶Q2＝2l/min
箔片的移动速度：0.8m/sec
椭圆制分析表明，该处理淀积得到的平均厚度为100nm的SiO2介电膜不十分均匀(±20％)。其粘接度也不十分令人满意。在等离子处理后，该膜的介电强度为0.2×106V/cm。当将处理过的方形箔片10cm×10cm浸入水中并受到能量为300W且频率为45kHz的超声振动作用时，SiO2层就出现剥落。
b)使用直流电进行处理，其处理参数与条件a)相同。另外，根据图13施加频率为800Hz强度为1.5×10-4T的供选择的磁场，则处理的均匀性可以实质性地增加(±5％)。其它结果与条件a)基本相同。
c)通过单极电脉冲进行处理，其处理参数如下：
阴极电流强度(I1)：20A
阳极电流强度(I2)：12A
通过受处理箔片的电流强度(I3)：8A
各个角度：α＝30°
          β＝90°
          γ＝45°
单极电脉冲的频率：25kHz
电脉冲上升边的持续时间：2μsec
脉冲的持续时间：20μsec
气体的流动速率和箔片的移动速度：参见a)
椭圆制分析表明，该处理沉积得到的平均厚度为180nm的SiO2介电膜较均匀(±5％)。其粘接度较令人满意。当将处理过的方形箔片(10cm×10cm)浸入水中20分钟并受到能量为300W且频率为45kHz的超声振动的作用后，SiO2层没有剥落或出现裂纹。所得到的介电强度为0.3×107V/cm。

Claims (45)

1.一种用空气等离子处理对由导电性材料制成的受处理物体进行处理的方法，该方法包含：通过等离子发生器产生等离子流，将该等离子流施加于受处理物体的受处理表面上，且受处理物体相对于等离子发生器产生位移，该方法的特征在于，至少一个等离子流为阴极流并且至少一个等离子流为阳极流，将所述阳极流施加于邻近阴极流的所述受处理表面的处理区域。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，用于产生阴极等离子流和阳极等离子流的电流分为三部分，一部分是流过受处理物体的I3，另两部分是供给阳极等离子流和阴极等离子流的I1和I2。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，阴极流与受处理表面形成锐角α。
4.根据权利要求1，2或3的方法，其特征在于，阳极流与受处理表面形成的β角大于阴极流与受处理表面之间形成的α角。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，阳极流与受处理表面之间的夹角β角接近或基本上等于90°。
6.根据权利要求3，4或5的方法，其特征在于，阴极流与受处理表面之间的夹角α在25°与60°之间。
7.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，它包含：在受处理物体相对于等离子发生器的移动方向的横向方向上交替排列的阳极流组和阴极流组。
8.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，由阴极流得到脉冲能量大于由阳极流得到的脉冲能量。
9.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，被受处理物体阻碍的空气或气体的流动在处理区域的上游与受处理表面分开。
10.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，被受处理物体阻碍的气体的流动在处理区域的下游分层。
11.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，等离子流的取向与受处理物体相对于等离子发生器的移动方向v之间的夹角为γ。
12.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，受处理物体为箔片的形式。
13.根据前一权利要求的方法，其特征在于，等离子流位于箔片的两边。
14.根据前一权利要求的方法，其特征在于，在箔片一边的等离子流的排列使得其相对于位于箔片另一边上的等离子流发生偏移。
15.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，受处理物体的形式为线材。
16.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，为了加宽或压缩作用于受处理物体上的等离子流，将一种或多种额外气体Q导入于等离子流中。
17.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，在等离子产生作用时，在受处理物体上产生声振动或超声振动。
18.根据前一权利要求的方法，其特征在于，通过在产生等离子的过程中施加电脉冲而产生声振动或超声振动，其中，所施加电脉冲的强度的上升边的持续时间足够短，以使得电流的强度的增加过程为等容的。
19.根据前一权利要求的方法，其特征在于，电脉冲的频率接近或等于声振动的频率。
20.根据任一前述权利要求的方法，其特征在于，产生交变磁场，使得其产生的安培力产生等离子流的扫描振荡。
21.根据前一权利要求的方法，其特征在于，磁场的振荡频率ν等于或大于受处理物体的移动相对速度与等离子流的直径的比。
22.一种装置，它用于实施根据任一前述权利要求的方法，该装置的特征在于，它包含至少一个阴极等离子流发生器和至少一个阳极等离子流发生器，所述阳等离子发生器的排列使得将阳极流施加于邻近阴极流的处理表面的处理区域上。
23.根据权利要求22的装置，其特征在于，它包含用于供给等离子流的电路，由受处理物体的一部分封闭的电路环，并包含用于改变流过受处理物体的电流I3的装置。
24.根据权利要求22或23的装置，其特征在于，等离子流发生器包含下列部件：电极，稳定通道，形成等离子流的喷管和供给系统，该供给系统用于导入和控制保护电极的气体和输送供给等离子流的额外气体的流速。
25.根据权利要求22，23或24的装置，其特征在于，阴极流发生器以锐角α的角度作用于受处理表面上。
26.根据权利要求22，23，24或25的装置，其特征在于，阳极流发生器以β角作用到受处理表面上，该β角大于阴极流发生器与受处理表面之间的夹角α。
27.根据权利要求26的装置，其特征在于，阳极流发生器与受处理表面之间的夹角β角接近或基本上等于90°。
28.根据权利要求26或25的装置，其特征在于，阴极流发生器与受处理表面之间的夹角α在25°和60°之间。
29.根据权利要求22-28中的任一权利要求的装置，其特征在于，它包含多组阳极流发生器和阴极流发生器，所述阳极流发生器和阴极流发生器在相对于受处理表面的移动方向的横向方向上交替排列。
30.根据权利要求22-29中的任一权利要求的装置，其特征在于，在相对于受处理物体的移动方向v的横向方向上，阴极流发生器和阳极流发生器交替排列，使得给定极性的各发生器的轴与两邻近极性相反的发生器的轴之间的距离相等。
31.根据权利要求29或30的装置，其特征在于，在箔片状受处理物体的两边排列至少两组等离子流发生器，使得可以同时或依次处理该箔片的两个面。
32.根据权利要求22-31中任一权利要求的装置，其特征在于，它包含位于等离子处理区域上游的用于稳定空气流动的装置。
33.根据权利要求32的装置，其特征在于，稳定装置包含下列部件：位于受处理箔片的两边的基体部件，用以形成用于使箔片通过的空隙；和将额外气体Q导入空隙的装置，用以控制和调整等离子处理区域中的混合气体。
34.根据权利要求22-33的用于处理箔片的装置，其特征在于，它包含位于等离子处理区域下游用于稳定空气流动的装置，该稳定空气流动装置包含冷却系统。
35.根据权利要求22-34的任一权利要求的装置，其特征在于，它包含分别配置于等离子流发生器上游和下游的液体动力轴承。
36.根据前一权利要求的装置，其特征在于，液体动力轴承包含具有压缩空气入口38的基体部件，该入口38通过总管39与流出导管40相连，从该流出导管40的流出的空气的方向与箔片移动v的方向相反，以在箔片和轴承体之间产生气垫。
37.根据前一权利要求的装置，其特征在于，用水冷却下游轴承。
38.根据权利要求36或37的装置，其特征在于，流出导管具有纵向形状并沿箔片的宽度方向分布，导管的纵向与箔片的移动方向之间的夹角δ在箔片的中心接近于0°，并在趋向于箔片的边缘时增加。
39.根据权利要求22用于处理线材的装置，其特征在于，它包含沿待处理线材排列的多组阳极等离子流发生器和阴极等离子流发生器。
40.根据前一权利要求的装置，其特征在于，各组包含基本上沿受处理线材对称排列的多对阳极流发生器和阴极流发生器。
41.根据权利要求39或权利要求40的装置，其特征在于，通过管状反应器将各组与其邻近组分开。
42.根据前一权利要求的装置，其特征在于，管状反应器具有用于供给额外反应气体的入口总管和用于排放额外反应气体的排气总管，以及在线材通过装置时用于引导线材的入口导向器和出口导向器。
43.根据权利要求22用于处理箔片或成型板材的装置，其特征在于，它包含等离子发生器11a，11b的一组滑块48，为了使所述滑块可以适应复杂表面，该滑块间可以相对移动。
44.根据前一权利要求的装置，其特征在于，所述滑块包含用于控制滑块与受处理表面之间的距离并控制用于移动滑块的电机的传感器。
45.根据权利要求43或权利要求44的装置，其特征在于，滑块包含具有开口50的壳体，该开口具有用于稳定等离子流的冷却回路51，并使得可以由稳定的气流将其包围，并使得等离子15喷射到受处理表面上。
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