CN201817548U - 一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，包括反应系统、电源控制系统、进气系统和压强控制系统。反应系统包括反应腔、以及反应腔内的上电极、下电极、反应基材和石英玻璃；上电极和下电极之间设有反应基材；反应基材的上表面与上电极之间、下表面与下电极之间均设有石英玻璃；反应基材上开有进气口，边缘均匀开有出气口；出气口的直径小于进气口的直径；进气口通过接口与进气系统相连；压强控制系统与反应腔相连；电源控制系统分别与上电极和下电极相连。本实用新型设计合理，结构清晰，操作简便，应用广泛。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子体材料处理领域，特别是涉及一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置。
背景技术
一股用于材料处理的等离子体可通过气体放电产生，但多数等离子体都是在低气压下进行，如低气压辉光放电等。到目前为止低气压辉光放电等离子体已经得到较好研究并已广泛应用于材料加工领域，这与其具有明显的优点是分不开的，比如这种放电有比较低的击穿电压，容易实现稳定放电，还可以在较大尺度内实现均匀以及相对高的活性粒子浓度等。但另一方面由于低气压放电离不开真空系统，而且代价昂贵。介质阻挡放电通常可在常压下进行，由于其独特的优越性，已经越来越多地被应用于材料改性领域。
等离子体聚合是单体处于等离子体状态时进行的聚合，是利用气体放电使其产生各种活性基团，这些活性基团之间或活性基团与单体之间进行反应，从而形成了聚合膜。ZL02131978.2公开了一种高密度等离子体化学气相沉积设备，它的底座由金属材料制成，腔内放置一个基板支座，上面盖有陶瓷圈，在陶瓷圈顶外壁放置一个射频线圈，来实现对腔内材料放电处理。这种方法沉积功率高，能够得到较为致密的薄膜。但这种设备不能实施对反应腔内的监控，且不能对材料本身实现改性。ZL02151229.9公开了一种用于纤维表面改性的常压低温等离子体处理装置，这种方法主要通过介质阻挡放电来实现。但这种装置不能实现低气压下薄膜的等离子体聚合。如果对于不同的放电类型，分别采取不同的装置，这样会造成整个处理过程的繁琐，而且选择性也相应减弱。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，可以选择对不同的材料进行表面改性处理或等离子体聚合薄膜。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，包括反应系统、电源控制系统、进气系统和压强控制系统，所述的反应系统包括反应腔、以及反应腔内的上电极、下电极、反应基材和石英玻璃；所述的上电极和下电极之间设有反应基材；所述的反应基材的上表面与所述的上电极之间、下表面与所述的下电极之间均设有石英玻璃；所述的反应基材上至少开有1个进气口；所述的反应基材边缘均匀开有至少两个出气口；所述的出气口的直径小于所述的进气口的直径；所述的进气口通过接口与所述的进气系统相连；所述的压强控制系统与所述的反应腔相连；所述的电源控制系统分别与所述的上电极和下电极相连。
所述的压强控制系统包括真空泵、阀门和真空表；所述的真空泵和阀门串联在同一气管上与所述的反应腔相连；所述的真空表通过另一根气管与所述的反应腔相连。
所述的电源控制系统包括相互连接的变压器和等离子体发生器；所述的等离子体发生器上设有频率调谐旋钮。
所述的进气系统包括气阀、溶液瓶、气瓶和流量计；所述的气瓶、流量计、溶液瓶和气阀依次串联并通过接口与所述的进气口相连。
所述的石英玻璃紧靠在所述的反应基材表面或与所述的反应基材之间留有间隔。
所述的反应腔是由硬质玻璃制成的玻璃钟罩。
所述的上电极和下电极除去与所述的石英玻璃直接接触的表面以外的其余表面均包覆有聚四氟乙烯薄膜。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型通过调节反应室内的压强，进气装置的气体流量，真空泵的抽气速度，以实现对压强的连续控制；把反应腔的外壁做成无色透明，可以实现对反应的实时监控，可根据不同需要，对材料进行改性处理，或在材料表面聚合薄膜。综上所述，本实用新型具有设计合理，结构清晰，操作简便，应用广泛等特点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，包括反应系统、电源控制系统、进气系统和压强控制系统。
所述的反应系统包括反应腔1、以及反应腔1内的上电极2、下电极3、反应基材5和石英玻璃6，其中反应腔1是由硬质玻璃制成的玻璃钟罩。所述的上电极2和下电极3之间设有反应基材5，所述的反应基材5的上表面与所述的上电极2之间、下表面与所述的下电极3之间均设有石英玻璃6。其中，上电极2和下电极3的表面均包有硬质聚四氟乙烯薄膜，石英玻璃6可选择紧靠反应基材5，或者与反应基材5之间留有一定间隔。所述的反应基材5上开有进气口4，进气口4的数量可根据实际情况来确定，所述的反应基材5边缘均匀开有出气口，所述的出气口的直径小于所述的进气口4的直径，出气口的数量根据进气口的数量决定，保证进出气平衡，从而实现单体在反应腔1内停留一定时间，也使薄膜能够均匀聚合在反应基材5上。所述的进气口4通过接口7与所述的进气系统相连，接口7的类型根据进气口4的数量进行选择。比如说，当进气口4为两个时，就选择使用三通接口，当进气口4为一个时，就选择单通接口。所述的进气系统包括气阀9、溶液瓶10、气瓶11和流量计14，其中，气瓶11、流量计14、溶液瓶10和气阀9依次串联并通过接口7与进气口4相连。气瓶11中的气体可根据需要选择氩气、氮气等。溶液瓶10中可根据不同的需要选择盛放不同的溶液，也可以根据反应腔1内所进行的反应类型，来决定溶液瓶10中是否盛放液体，如果反应腔1内的反应是用来聚合薄膜，则溶液瓶10中盛放需要聚合的单体溶液，如果反应腔1内是对材料表面改性，则溶液瓶10内可选择不放液体，或者将溶液瓶10撤除，直接将气阀9与流量计14通过气管连接。可以通过旋转气阀9上的旋钮，来实现对气流的控制，以达到控制进入反应腔1内的气流量。所述的压强控制系统与所述的反应腔1相连。压强控制系统主要由真空泵13、阀门15和真空表12三部分组成，所述的真空泵13和阀门15串联在同一气管上与所述的反应腔1相连，所述的真空表12通过另一根气管与反应腔1相连。真空泵13在220V的电压下工作，功率固定，工作时可通过旋转阀门15上的旋钮，以控制抽气的速度，真空表12可显示反应腔1内的即时压强。压强控制系统与进气系统中的气阀9一起控制反应腔1中的压强。所述的电源控制系统分别与所述的上电极2和下电极3相连，该电源控制装置主要由相互连接的等离子体发生器8和变压器16组成。等离子体发生器8可根据需要调节频率，使电压与电流匹配，以达到一个合适的放电功率。在实际操作中，为保证反应腔1内的气密性良好，反应腔1的下边缘垫有密封垫圈，并紧贴在下面的平板上，平板上设有特制小孔，小孔周围同样有密封垫圈，以实现导线与气管的连接。
本实用新型既可以对材料进行表面改性处理，又可以用于薄膜的聚合。下面结合具体事例加以说明。
一、利用该装置对材料表面进行改性处理，以聚苯乙烯(ps)制成的反应基材为例加以说明。
(一)、将反应基材边缘用钻头打出一个进气口，并在周围打出比进气口稍小些的出气口，从而保证进出气平衡，之后将反应基材洗净、干燥。
(二)、将反应基材放于作为反应腔的玻璃钟罩内的两块石英玻璃中间，并将进气管与进气口相连，石英玻璃上下两侧分别放置与电源控制系统相连的上电极和下电极。放好后用玻璃钟罩将其盖住，接上压强控制系统，并保证玻璃钟罩的边缘与密封垫圈接触良好。
(三)、打开真空泵，并调节阀门，打开气瓶，通入氩气或氮气等气体，调节气阀，使流量计指示到一个合适的流量，并使真空表上显示出一个合适的压强值。此过程中，溶液瓶中不加入溶液，或将溶液瓶撤除，直接将气阀与流量计通过气管相连。
(四)、打开电源控制系统，调节到合适的放电电压，并调节等离子发生器的频率调节旋钮，使放电电流与放电电压相匹配。计时，并观察玻璃钟罩内的放电情况，等待材料处理。
(五)、到达预定处理时间后，将电压调至“0”的位置，关闭电源控制系统、真空泵和气瓶，取出材料即可，处理过程结束。
二、利用该装置进行等离子体聚合薄膜，也以在聚苯乙烯制成的反应基材内表面成膜为例予以说明。
(一)、将反应基材边缘用钻头打出一个或两个进气口，在周围打出稍小些的出气口，从而保证进出气平衡。进气口和的多少可根据具体需要进行选择，目的是为了使在基体表面聚合的薄膜均匀。之后将反应基材洗净、干燥。
(二)、将反应基材放于作为反应腔的玻璃钟罩内的两块石英玻璃中间，并将进气管与进气口相连，石英玻璃上下两侧分别放置与电源控制系统相连的上电极和下电极。放好后用玻璃钟罩将其盖住，接上压强控制系统，并保证玻璃钟罩的边缘与密封垫圈接触良好。
(三)、在溶液瓶中加入适量事先准备好的单体溶液，盖紧瓶塞并重新连好装置。打开真空泵，并调节阀门，打开气瓶，通入氩气或氮气等气体，调节气阀，使流量计指示一个合适的流量，并使真空表上显示出一个合适的压强值。
(四)、打开电源控制系统，调节到合适的放电电压，并调节等离子发生器的频率调节旋钮，使放电电流与放电电压相匹配。计时，并观察玻璃钟罩内的放电情况，等待材料处理。
(五)、到达预定处理时间后，将电压调至“0”的位置，关闭电源控制系统、真空泵和气瓶，取出材料即可，处理过程结束。
不难发现，本实用新型通过调节反应室内的压强，进气装置的气体流量，真空泵的抽气速度，以实现对压强的连续控制；把反应腔的外壁做成无色透明，可以实现对反应的实时监控，可根据不同需要，对材料进行改性处理，或在材料表面聚合薄膜。综上所述，本实用新型具有设计合理，结构清晰，操作简便，应用广泛等特点。
Claims (7)
1.一种用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，包括反应系统、电源控制系统、进气系统和压强控制系统，其特征在于，所述的反应系统包括反应腔(1)、以及反应腔内的上电极(2)、下电极(3)、反应基材(5)和石英玻璃(6)；所述的上电极(2)和下电极(3)之间设有反应基材(5)；所述的反应基材(5)的上表面与所述的上电极(2)之间、下表面与所述的下电极(3)之间均设有石英玻璃(6)；所述的反应基材(5)上至少开有1个进气口(4)；所述的反应基材(5)边缘均匀开有至少两个出气口；所述的出气口的直径小于所述的进气口(4)的直径；所述的进气口(4)通过接口(7)与所述的进气系统相连；所述的压强控制系统与所述的反应腔相连；所述的电源控制系统分别与所述的上电极(2)和下电极(3)相连。
2.根据权利要求1所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的压强控制系统包括真空泵(13)、阀门(15)和真空表(12)；所述的真空泵(13)和阀门(15)串联在同一气管上与所述的反应腔(1)相连；所述的真空表(12)通过另一根气管与所述的反应腔(1)相连。
3.根据权利要求1所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的电源控制系统包括相互连接的变压器(16)和等离子体发生器(8)；所述的等离子体发生器(8)上设有频率调谐旋钮。
4.根据权利要求1所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的进气系统包括气阀(9)、溶液瓶(10)、气瓶(11)和流量计(14)；所述的气瓶(11)、流量计(14)、溶液瓶(10)和气阀(9)依次串联并通过接口(7)与所述的进气口(4)相连。
5.根据权利要求1所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的石英玻璃(6)紧靠在所述的反应基材(5)表面或与所述的反应基材(5)之间留有间隔。
6.根据权利要求1所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的反应腔(1)是由硬质玻璃制成的玻璃钟罩。
7.根据权利要求5所述的用于表面改性和等离子体聚合的材料处理装置，其特征在于，所述的上电极(2)和下电极(3)除去与所述的石英玻璃(6)直接接触的表面以外的其余表面均包覆有聚四氟乙烯薄膜。
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