CN201114976Y - 由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于低温等离子体技术领域，具体为一种由基于介质棒引导的微波等离子体用于工件内壁处理机。该处理机采用介质棒引导微波激发和电离介质棒表面的工作气体从而产生等离子体，对套在介质棒外面的工作器件内壁进行加工处理。该装置至少包含：一个由真空泵操纵的能使真空室形成真空的真空系统，一个可以产生微波并用介质棒引导微波到真空室的微波系统，一个可以提供加工所需要的工作气体的气瓶并与其相联通的管道的气体注入系统。由本装置实现的等离子体制备，设备简单，成本适中，能够很好地解决目前存在的一些工作器件内壁加工处理比较困难的局面，比如工件内壁的表面强化，镀膜，溅射，喷涂，消毒等。

Description

由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机

技术领域

本实用新型属于低温等离子体技术领域，具体涉及到一种微波产生等离子体的装置。

背景技术

等离子体就是带正负电荷总数相当的一堆离子。将物质电离，就会形成自由电子、离子以及中性粒子，他们带电量总和为零，是除固、液、气之外的又一种物质状态。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域，例如：药品的生物相溶性包装材料的制备，表面防蚀及其它薄层的沉积，特殊陶瓷(包括超导材料)，新的化学物质及材料的制造，金属的提炼，聚合物薄膜的印刷和制备，有害废物的处理，焊接，磁记录材料和光学波导材料，精细加工等。

等离子体技术的推广和应用，有赖于经济而又适用的等离子体源的产生。针对不同的应用领域，等离子体的产生与制备有不同的方法。目前，等离子体技术之所以没有得到广泛的推广和应用，其中制造和产生等离子体的装置与设备结构复杂，价格高昂，成本居高不下是一个重要的制约因素。也就是说，一个好的等离子体发生器，既要设备简单，成本适中而又要满足解决问题的实际需要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种微波等离子体处理机。

本实用新型提供的微波等离子体内壁处理机，是用介质棒引导微波从而在它表面产生等离子体，并利用产生的等离子体方便地对待加工工件进行处理的装置。即该装置至少包含如下结构单元：

一个由真空泵操纵的从而可造成真空室1真空的真空系统；

一个能够提供微波并由介质棒2引导微波到真空室1从而在介质棒2的表面产生等离子体的微波系统；

一个能够提供工作气体的气瓶14、15并与其相联通的管道的气体注入系统。

本实用新型主要由三大部分组成，分别是真空系统，微波系统以及气体注入系统。其中真空系统由真空室1、真空室后盖4、真空泵19、真空阀门18、真空管道17以及真空计10组成，其中真空室1前端与耦合器8相连，真空室后盖4位于后端，由铰链23固定，可打开与关闭；真空计10位于真空室1上方；真空泵19与真空阀门18相连，位于真空室1的右下方，并通过真空管道17与真空室1内腔相联通。机器工作的时候，把真空室后盖4关闭，开动真空泵19，对1抽真空，所需的真空度由真空计10读出来。

所述微波系统由磁控管5、微波出口接口6、矩形波导7、介质棒2、活动支架11、耦合器8和阻抗调配器9组成，介质棒2前端与耦合器8相连接后被固定在真空室1内腔，真空室1前端被封闭；活动支架11位于介质棒2下方，高度可以通过活动旋钮24来调节；阻抗调配器9位于矩形波导7的上方。机器工作的时候，微波由磁控管5产生，经微波出口接口6沿矩形波导7传播，由耦合器8耦合到介质棒2上并由介质棒2引导进入真空室1，微波沿着介质棒2传播的时候，激发和电离介质棒2表面的工作气体，从而产生等离子体。支架11起着支撑待处理工件3的作用，阻抗调配器9用来调节微波源与真空室1内的等离子体之间的阻抗匹配。

所述气体注入系统由气瓶14和15、气体阀门16和20、气体流量计20和21、三通接口13以及气体管道12构成，其中气瓶14与气体阀门20，气体流量计22相连接；气瓶15提供工作气体，与气体阀门16，气体流量计21相连接。气瓶14和15提供的气体在三通接口13处汇合，气体管道12与真空室1内腔相连接。机器工作的时候，气瓶14和15分别提供氩气和工作气体，气体阀门16和20分别控制他们的开通与关闭。气体通过气体管道12被送到真空室1里面，而所需气体的量则由气体流量计21和22分别读出。

本实用新型利用一根介质棒来引导微波从而在棒的表面产生高密度的等离子体，把工件套在介质棒上，就可以利用介质棒表面产生的等离子体对工件内表面强化，喷涂，镀膜，消毒等处理，更好地解决了生产应用中的工件内壁不易处理的问题。

附图说明

附图是由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机装置的示意图。其中，1为真空室，2为介质棒，3为套在介质棒外面的待处理工件，4为真空室后盖，5为磁控管，6为微波出口接口，7为矩形波导，8为耦合器，9为阻抗调配器，10为真空计，11为活动支架，12为气体管道，13为三通接口，14和15为气瓶，16和20为气体阀门，17为真空管道，18为真空阀门，19为真空泵，21和22为气体流量计，23为铰链，24为活动旋钮。

具体实施方式

本实用新型中，真空室1的形状是圆柱形，由金属材料构成，有前后两个底面，前面底面与耦合器8相连，后面底面有真空室后盖4，由铰链23固定，可打开与关闭。真空室1的作用是提供真空内腔，并容纳待处理工件3。

本实用新型中，介质棒2是圆柱形，前端与耦合器8相连并被固定在真空室1内，其主要作用是用来引导微波，从而在介质棒2的表面周围激发工作气体从而产生等离子体。

本实用新型中，待处理工件3，套在介质棒2外面，待处理工件3可由活动支架11支撑，高度由活动旋钮24调节。真空室1的后盖4，可打开与关闭，起着活动门的作用，方便待处理工件3的取放。

本实用新型中，磁控管5的作用是产生微波；磁控管5产生的微波经由微波出口接口6，被送到矩形波导7里面，矩形波导7的作用是传导微波；耦合器8在真空室1的前端并与介质棒2相连，其作用是将微波耦合到介质棒2上。

本实用新型中，并排排列有四个完全相同的阻抗调配器9，位于矩形波导7的上方，其作用是用来调配微波源与真空室1内产生的等离子体之间的阻抗以使他们达到匹配，从而更好地利用微波功率。

本实用新型中，气瓶14和15的作用是分别提供氩气与工作气体。在本装置中，气瓶14可提供的氩气，氩气属于惰性气体，其本身不参与反应，但其作用是有助于真空室1内的等离子体的产生；气瓶15所提供的工作气体，是指在加工待处理工件3时，由加工目的所决定的必需的气体类型。所以在实际应用上，气瓶15的气体类型可不局限于一种，可以是一系列的各种所需气体的组合。

本实用新型中，气体阀门16和20的作用是分别控制气瓶15与14的关闭。同理，气体流量计21和22则是分别控制气瓶15与14流进真空室1内的气体的质量的多少。

本实用新型中，三通接口13的作用是起着转向开关的作用，气体管道12则是气体由气瓶14与15流向真空室1的通道。

本实用新型中，真空泵19的作用是对真空室1进行抽真空，其中真空阀门18控制真空室1与真空泵19之间的联通，关闭阀门19，真空室1与真空泵19隔绝，真空泵不能对1抽真空；打开阀门19，真空室1与真空泵19联通，真空泵可以对1抽真空。17是连接真空泵19与真空室1之间的真空管道。

本实用新型中，真空计10位于真空室1的上方。室内所达到的真空度由真空计10读出来。

本实用新型中，所述的真空室1的材料必须是金属，而不能是非金属，因为此真空室1不但要满足真空的要求，而且还要起着隔绝微波外泄的作用，所以必须要采用金属材料的真空室。至于其形状与容积大小则没用严格的限制，形状可以是圆柱形，也可以是方体形，容积的大小则依所要处理的工件所需的工作空间而定。

本实用新型中，介质棒2的材料必须是介质材料而不能是金属材料，因为它可以引导微波，如果采用金属的话，则不可能在棒2的表面产生等离子体。介质棒2的形状是圆柱形，其直径大小是有严格限制的，直径尺寸由微波的传播频率决定，微波在介质棒2上面传导时，存在着截至频率，大于此截至频率的微波将不能在介质棒2中传播。建议棒的直径大小取5-10cm。在本实用新型中，待处理工件3是套在介质棒外面进行处理的，处理工件的主要部位是其内壁。

本实用新型中，所采用的气瓶14和15中，气体的类型可不局限于两种，这是由要处理的工件所要求达到的目的所决定的。所注入的气体可以是一系列所必需的气体，所以，气瓶的组合也可以是一系列的，直到满足所需要的处理要求为止。

本实用新型中，所采用的真空泵19是一般的机械真空泵即可。真空要求度一般在10帕到100帕之间。

本机器的具体工作过程是这样的：打开真空室1的真空室后盖4，把待处理工件3套在介质棒2上，用活动支架11支撑好，用活动旋钮24调节好高度，然后把真空室后盖4关上，密封好真空室1。打开真空阀门18，开动真空泵19，对真空室1进行抽真空；机械真空泵19有个极限真空值，理论上机械泵在达到这个极限值之后就没有能力再进一步提高真空度了。此时保持真空泵19的开动，打开气体阀门16和20，让气瓶14和15往真空室1内注入气体，注入气体的流速可由气体流量计22和21分别读出。通过调节流量计21和22，可以改变真空室1内的真空度，最终所达到的真空度由真空计10读出。开动微波源开关，微波就由磁控管5产生，经矩形波导7和耦合器8被引导到介质棒2的表面上，在介质棒2的表面上，由于场强十分强，很容易把注入的工作气体电离，从而产生等离子体。等离子体在介质棒2与待处理工件3之间的区域产生，可以方便地对待处理工件3进行各种内壁处理，比如消毒，镀膜，溅射，喷涂等等。在这个过程中，可以通过调节阻抗调配器9来调节微波与等离子体之间的阻抗匹配，以便能够更好地使微波耦合到真空室1内产生等离子体，从而更好地利用微波功率。

Claims (5)

1.一种由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机，其特征在于，至少包含如下结构单元：

一个由真空泵操纵的从而可造成真空室(1)真空的真空系统；

一个能够提供微波并由介质棒(2)引导微波到真空室(1)从而在介质棒(2)的表面产生等离子体的微波系统；

一个能够提供工作气体的气瓶(14、15)并与其相联通的管道的气体注入系统。

2.根据权利要求1所述的由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机，其特征在于，所述的真空系统由真空室(1)、真空室后盖(4)、真空计(10)、真空泵(19)、真空阀门(18)、真空管道(17)组成；真空室(1)前端与耦合器(8)相连，真空室后盖(4)位于后端，由铰链(23)固定，可打开与关闭；真空计(10)位于真空室(1)上方，真空泵(19)与真空阀门(18)相连，位于真空室(1)的右下方，并通过真空管道(17)与真空室(1)内腔相联通。

3.根据权利要求1所述的由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机，其特征在于，所述的微波系统由磁控管(5)、微波出口接口(6)、矩形波导(7)、耦合器(8)、阻抗调配器(9)、介质棒(2)，活动支架(11)组成，其中介质棒(2)前端与耦合器(8)相连接后被固定在真空室(1)内腔，真空室(1)前端被封闭；活动支架(11)位于介质棒(2)下方，高度可以通过活动旋钮(24)来调节；阻抗调配器(9)位于矩形波导(7)的上方。

4.根据权利要求1所述的由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机，其特征在于，所述的气体注入系统由气瓶(14和15)，气体阀门(16和20)，气体流量计(21和22)，气体管道(12)以及三通接口(13)所组成；其中气瓶(14)与气体阀门(20)、气体流量计(22)相连接；气瓶(15)提供工作气体，与气体阀门(16)、气体流量计(21)相连接；气瓶(14和15)提供的气体在三通接口(13)处汇合，气体管道(12)与真空室(1)内腔相连接。

5.根据权利要求3，所述的由介质棒引导的微波等离子体内壁处理机，其特征在于，所述的介质棒(2)的直径为5-10cm。

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