CN210065891U - 一种小型可移动式等离子体表面改性设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型可移动式等离子体表面改性设备，所述设备包括壳体，所述壳体内设置有真空反应装置、气瓶、偏压电源、控制器和真空泵等，所述真空反应装置内顶部设置有辅助电极，所述真空反应装置内底部中间位置固定设置有基片台，所述基片台上设置有电极；通过在电极间加载较高的偏压，从而在极板间产生辉光放电，反应气体进入反应区，形成辉光等离子体，发生等离子体渗氧、渗氮或者薄膜沉积，完成材料表面改性；本实用新型所述等离子体表面改性设备可以在一个设备上实现离子渗氧或渗氮以及薄膜沉积过程，设备连续性较高，使用方便，生产效率高，而且所述设备结构紧凑、体积小，可以自由移动。
Description
【技术领域】
本实用新型属于材料表面改性技术领域，尤其涉及一种小型可移动式等离子体表面改性设备。
【背景技术】
在精密零部件的制造过程中，对其进行适当的渗氧、渗氮或者真空镀膜能够大大提高其服役性能和使用寿命。
现有的渗氧及渗氮设备一般是在高温及高能量环境下进行的，其危险性和能耗较大，且渗氧或者渗氮设备与后续的镀膜设备是不同的，增加了生产成本，而且从渗氧或者渗氮设备转移到镀膜设备的过程中，存在着样片表面污染的风险和问题。另外，现有的渗氧或渗氮设备及镀膜设备都非常笨重，不具备移动性和现场处理能力。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种小型可移动式等离子体表面改性设备，所述设备可以实现在一台设备中完成等离子体渗氧、渗氮和薄膜沉积过程，而且该设备设计合理，结构紧凑，可以自由移动。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种小型可移动式等离子体表面改性设备，所述设备包括壳体，所述壳体内右上方固定安装真空反应装置，所述壳体的内部左上方固定安装偏压电源，所述壳体内底部中间位置固定有气瓶，所述气瓶的后方设置有真空泵，所述真空泵与真空反应装置的出气口连接；
所述真空反应装置的顶部设置有密封盖板，在密封盖板的内侧面的中间位置安装有辅助阳极，所述辅助阳极与密封盖板之间设置有绝缘层，使得辅助阳极与真空反应装置绝缘；所述真空反应装置内侧顶部、密封盖板的下方设置有匀气环；所述真空反应装置内底部中间位置固定设置有基片台，在基片台上设置有绝缘胶垫，所述绝缘胶垫上设置有电极；所述真空反应装置的外侧底部分别设置有进气口、出气口和电极法兰；所述电极通过电极连接线与真空反应装置下部的电极法兰连接，然后与偏压电源的负极连接，所述偏压电源的正极与辅助阳极连接。
优选地，所述进气口设置在真空反应装置的底部边缘位置，进气口的上端与设置在真空反应装置内侧壁上纵向设置的通气管连接，所述通气管的上端与匀气环连接。
优选地，所述壳体底部四个角的位置分别设置有一个滚轮，所述滚轮为万向轮。
优选地，所述气瓶依次通过流量计、混气室、进气截止阀与进气口连接。
优选地，所述真空泵为机械泵和分子泵，所述机械泵的进气口与分子泵的出气口连接，所述分子泵的进气口与真空反应装置的出气口连接。
优选地，所述电极为鼠笼式电极或平板式电极，所述平板式电极设置在绝缘胶垫的上方，所述平板式电极的直径小于绝缘胶垫的直径，在绝缘胶垫的外围放置鼠笼式电极，所述鼠笼式电极与平板式电极之间相互绝缘；所述平板式电极与鼠笼式电极并联，两电极与偏压电源之间设置有位置开关，可以通过位置开关的切换实现两种电极同时放电或分别放电。
优选地，所述真空反应装置的外侧底部通过法兰连接一真空计，用于测量真空反应装置内的压力。
优选地，所述真空反应装置的外侧壁上设置有观察窗，用于观察真空反应装置内的反应情况。
优选地，所述偏压电源可以是直流偏压、射频偏压、脉冲偏压。
优选地，所述真空反应装置的进气和出气过程均由控制器控制，所述控制器固定在壳体的左上方，偏压电源的下方。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型所述等离子体表面改性设备体积小，可以自由移动；
(2)本实用新型所述等离子体表面改性设备可以在一个设备上实现离子渗氧或渗氮以及薄膜沉积过程，设备连续性较高，使用方便，生产效率高；
(3)本实用新型所述等离子体表面改性设备属于低温等离子体应用，耗能较小，安全系数高，节能环保；
(4)本实用新型所述等离子体表面改性设备的相关部件均通过PLC系统控制，控制过程均通过控制器的操作面板实现，界面友好，操作简单。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备的整体结构图；
图2为本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备所述真空反应装置的纵剖面图；
图3为本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备的总装原理图；
图4为本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备的控制器的整体电路图；
图5为本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备的控制器所述气体控制电路图；
其中：1-壳体；2-真空反应装置；3-偏压电源；4-控制器；5-分子泵；6-气瓶；7-机械泵；8-流量计；9-滚轮；10-混气室；11-进气截止阀；12-保压阀；13-出气阀；14-真空计；15-位置开关一；16-位置开关二；201-密封盖板；202-观察窗；203-匀气环；204-辅助阳极；205-鼠笼式电极；206-平板式电极；207-绝缘胶垫；208-基片台；209-进气口；210-出气口；211-电极法兰；212-通气管。
【具体实施方式】
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备包括壳体1，所述壳体1的外形为长方体结构，外形尺寸为1150×600×470mm；所述壳体1外侧底部四个角的位置分别设置有一个滚轮9，所述滚轮9为万向轮；所述壳体1内部右上方固定安装有真空反应装置2，所述壳体1的内部左上方固定安装有偏压电源3，所述偏压电源的下方设置有控制器4，所述壳体1内底部中间位置固定设置有气瓶6，真空反应装置2的内侧底部还设置有机械泵7，所述机械泵7上方通过不锈钢管与分子泵5的出气口连接，所述分子泵5的进气口与真空反应装置2的出气口210连接。
本实施例中所述真空反应装置2的外观为圆柱体结构，如图2所示，所述真空反应装置2的外侧壁上设置有观察窗202，用于观察真空反应装置2内的反应情况；所述真空反应装置2的顶部设置有密封盖板201，在密封盖板201的内侧面中间位置安装有辅助阳极204，所述辅助阳极204与密封盖板之间设置有绝缘层，使得辅助阳极204与真空反应装置2绝缘；所述真空反应装置2内侧顶部密封盖板201的下方设置有匀气环203。
如图2所示，所述真空反应装置2内底部中间位置固定设置有基片台208，在基片台208上设置有绝缘胶垫207，所述绝缘胶垫207上设置有平板式电极206，所述基片台208、绝缘胶垫207、平板式电极206的表面均为圆形，所述平板式电极206的直径小于绝缘胶垫207的直径，在绝缘胶垫207的外围放置鼠笼式电极205，所述鼠笼式电极205为圆筒形，所述鼠笼式电极205与平板式电极206之间相互绝缘。
如图2所示，所述真空反应装置2内侧壁上纵向设置有一个通气管212，所述通气管212的上端与匀气环203相连，下端与进气口209连接，所述真空反应装置2的外侧底部中间位置设置有出气口210，所述真空反应装置2下端还连接一电极法兰211、一个出气阀13和一个真空计14，所述电极法兰211为三芯法兰，所述出气阀13、真空计14分别通过真空反应装置2底部的法兰与真空反应装置2相连，所述真空计14用于测量真空反应装置2内的压力。
如图3所示，所述平板式电极206和鼠笼式电极205分别通过电极连接线与真空反应装置2下部的电极法兰211连接，然后与偏压电源3的负极连接；所述偏压电源3的正极与真空反应装置2内的辅助阳极204连接；所述平板式电极206和鼠笼式电极205之间并联，两电极连接线与偏压电源3连接的位置设置有位置开关一15，所述位置开关一15向上与平板式电极206的电极连接线连接时，平板式电极207放电；所述位置开关15向下与鼠笼式电极205的电极连接线连接时，鼠笼式电极205放电；所述两电极的电极连接线上还设置有位置开关二16，所述位置开关二16可以将两电极的电极连接线相连通，此时，两种电极可以同时放电；所述气瓶6依次通过流量计8、混气室10、进气截止阀11与进气口209连接；所述出气口210通过保压阀12依次与分子泵5和机械泵7连接。
所述控制器4的电路控制如图4和图5所示，所述真空反应装置的进气和出气过程均由控制器4控制，控制过程通过操作面板实现，界面友好，操作简单。
本实用新型所述小型可移动式等离子体表面改性设备的工作原理：
(1)等离子体清洗：将样片清洗、烘干后放置在真空反应装置2内的平板式电极206上，关闭真空反应装置2的密封盖板201，打开保压阀12，然后先利用机械泵7对真空反应装置2抽真空，待真空反应装置2内真空度小于10Pa后，再打开分子泵5对真空反应装置2抽真空，当真空反应装置2的真空度小于5×10-4Pa后；打开进气截止阀11，调节流量计8，通过进气口209向真空反应装置2内通入氩气，待真空计14显示压力为18Pa时，打开偏压电源3，调节偏压，进行等离子体清洗，清洗完毕，关闭偏压电源3；
(2)制备渗氧或渗氮层：调节流量计8，向真空反应装置2内通入氧气或氮气，氧气或氮气通过通气管212经上部的匀气环203进入真空反应装置2内部，待真空计14显示压力为20Pa时，打开偏压电源3调节偏压，氧气或氮气在平板电极206与辅助阳极204之间或在鼠笼电极205内侧受到电场作用发生电离，形成辉光放电等离子体，由于等离子体电位高于电极206、205的电位，离子在电场作用下注入到样片表面，实现样片的渗氧或渗氮过程，关闭偏压电源3；
(3)制备硬质薄膜层：向真空反应装置内充入反应气体，待真空计14显示压力为22Pa时，打开偏压电源3，调节偏压，在样片的渗氧或渗氮层上沉积制备硬质薄膜层；最后关闭偏压电源3、流量计8以及进气截止阀11，保持机械泵7、分子泵5为运行状态，冷却之后，关闭机械泵7、分子泵5，取出样片，密封放置即可；以上所有需要调节的环节均通过控制器4控制。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述设备包括壳体，所述壳体内右上方固定安装有真空反应装置，所述壳体的内部左上方固定安装偏压电源，所述壳体内底部中间位置固定有气瓶，所述气瓶的后方设置有真空泵，所述真空泵与真空反应装置的出气口连接；
所述真空反应装置的顶部设置有密封盖板，在密封盖板内侧面的中间位置安装有辅助阳极，所述辅助阳极与密封盖板之间设置有绝缘层；所述真空反应装置内侧顶部密封盖板的下方设置有匀气环；所述真空反应装置内底部中间位置固定设置有基片台，在基片台上设置有绝缘胶垫，所述绝缘胶垫上设置有电极；所述真空反应装置的外侧底部分别设置有进气口、出气口和电极法兰；所述电极通过电极连接线与真空反应装置下部的电极法兰连接，然后与偏压电源的负极连接，所述偏压电源的正极与辅助阳极连接。
2.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述进气口设置在真空反应装置的底部边缘位置，进气口的上端与设置在真空反应装置内侧壁上纵向设置的通气管连接，所述通气管的上端与匀气环连接。
3.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述壳体底部四个角的位置分别设置有一个滚轮，所述滚轮为万向轮。
4.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述气瓶依次通过流量计、混气室、进气截止阀与进气口连接。
5.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述真空泵包括机械泵和分子泵，所述机械泵位于分子泵的下方，所述机械泵的进气口与分子泵的出气口连接，所述分子泵的进气口与真空反应装置的出气口连接。
6.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述电极为鼠笼式电极或平板式电极，所述平板式电极设置在绝缘胶垫的上方，所述平板式电极的直径小于绝缘胶垫的直径，在绝缘胶垫的外围放置鼠笼式电极，所述鼠笼式电极与平板式电极之间相互绝缘；所述平板式电极与鼠笼式电极并联，两电极与偏压电源之间设置有位置开关，可以通过位置开关的切换实现两种电极同时放电或分别放电。
7.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述真空反应装置的外侧底部通过法兰连接一真空计，用于测量真空反应装置内的压力。
8.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述真空反应装置的外侧壁上设置有观察窗，用于观察真空反应装置内的反应情况。
9.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述偏压电源可以是直流偏压、射频偏压、脉冲偏压。
10.根据权利要求1所述的一种小型可移动式等离子体表面改性设备，其特征在于，所述真空反应装置的进气和出气过程均由控制器控制，所述控制器固定在壳体内左上方、偏压电源的下方。
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