CN2138651Y

CN2138651Y - 复合型等离子体材料表面改性装置

Info

Publication number: CN2138651Y
Application number: CN 92232003
Authority: CN
Inventors: 胡建芳; 钱露茜; 李和利; 马岩; 郭淑静
Original assignee: CENTRAL NATIONALITY COLLEGE
Current assignee: CENTRAL NATIONALITY COLLEGE
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1993-07-21
Anticipated expiration: 2002-09-04

Abstract

本实用新型涉及一种等离子体技术应用的装置，特别是应用电晕、辉光放电复合型冷等离子体对金属材料、半导体材料，高分子材料进行表面改性的装置制造技术领域，本实用新型提供一种集电晕放电和辉光放电于一台设备上，它由反应室系统，电极系统，真空密封和抽气及真空测量系统三大部分组成，该装置结构紧凑，一机两用，操作方便，尤其是在进行电晕放电时，可预先抽空反应室，再充入所需工作气体，从而可研究各种气体，对材料表面改性的作用机理。

Description

本实用新型涉及一种等离子体技术应用的装置，特别是应用电晕、辉光放电复合型冷等离子体对金属材料，半导体材料，高分子材料进行表面改性的装置制造技术领域。

人们应用冷等离子体对高分子材料进行表面改性，通常采用电晕放电和低气压辉光放电两种方法，如：《Society of plastics Engineers 37th Annual Technical Conference》P724－7，在该文中的装置包括高频电源，高压变压器和处理设备控制台，其中控制台中还包括有绝缘材料包复的接地辊与电极，其装置结构如图1所示，图1是电晕放电处理的设备示意图，该装置由于在电极，薄膜和接地辊之间施加高频高压电源，电极和接地辊之间的空气发生电离，形成气体导体，可以发现气体导体是一种淡兰色的火花，即电晕。当薄膜通过接地辊时，薄膜在整个电极宽度上暴露在电晕之下。

电晕过程产生游离基，氧原子与氧分子结合形成臭氧（O₃），这是一种强氧化剂。在电晕放电过程中，产生大量的臭氧，如果不充分排除，足以形成公害。

另外一种是低气压焊光放电装置，它所产生的冷等离子体同样可对高分子材料表面进行改性处理，如参考文献：

H.V.Boenig，Fundamentals of plasma Cheimstry and Technology，P358 Technomic Puflishiog CO.INC 1988.该文中所述装置为具有平行板金属内电极的钟罩形辉光放电装置，如图2所示图2是一种辉光放电装置图。当射频或直流电源连接到两电极上，电板之间即发生辉光放电，气体被电离，样品在电离的气体中得到表面处理。总之，前述冷等离子体材料表面改性装置均为单一型，或者是利用辉光放电装置，或者是电晕放电装置，无论是哪种装置，其功能都单一，而且价格昂贵，尤其是电晕放电装置是在空气中进行高电压放电的，不利于研究空气中每一种成分的作用机理和作用效果，特别是当研究Ar、NH₃、H₂等气体的改性效果时，这种装置是不能完成的，单一的辉光放电装置结构也都比较简便，或者是无极放电，或者是有极放电，并且没有设置调制放电电场的偏压装置。

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足和缺点，提供一种新型的电晕，辉光放电复合型冷等离子体材料表面改性装置，它能在一台装置上产生两种类型的放电，产生冷等离子体，实现一机两用。特别是可以研究各种类型工作气体的电晕放电作用机理和改性效果，以及各种功能的辉光放电改性方法，以提高对材料表面的改性效率。

本实用新型是采用电晕、辉光放电复合型冷等离子体进行表面改性的装置，因此结构严谨，操作方便，功能多。尤其是在进行电晕放电时，可预先抽空反应室，再充入需要的工作气体，从而可研究各种工作气体对材料表面改性的作用机理和作用效果。另外在辉光放电时，可以是无极放电，也可有极放电，并加有偏压电极，提高改性效果。如表（1）、（2）所示的改性的实验结果。

表（1）PP表面改性的实验结果

表（2）不同条件下LDPE的表面能

* y_s＝y^d _s＋y^p _s

** y^d _s％＝y^d _s／（y^d _s＋y^p _s）×100％

y^p _s％＝y^p _s／（y^d _s＋y^p _s）×100％

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图（3）是根据本实用新型提出的电晕，辉光放电复合型冷等离子体材料表面改性装置的结构图。下面结合附图（3）详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

图面说明如下：

1、反应室盖板 2、盖板活页 3、上法兰盘 4、辉光放电外电极 5、辉光放电内电极 6、调节套 7、硬质玻璃圆筒 8、偏压电极 9、电晕放电或辉光放电地电极 10、电晕放电或辉光放电导电棒 11、加温或冷却水管 12、绝缘柱 13、下法兰盘 14、抽气出口 15、支撑杆 16、电晕放电电极 17、地电极支架 18、调节套 19、偏压电极导棒 20、热偶规管接头

该装置由以下三部分组成：第一部分是反应室系统，包括硬质玻璃圆筒（直径φ230mm／高度250mm）（7），上法兰盘（3），反应室盖板（1）和带有抽气出口（14）的下法兰盘（13），它们通过真空橡胶密封圈进行真空密封形成反应室。上盖板（1）和上法兰盘（3）通过活页（2）相连，使上盖板（1）自由开启。第二部分是电极系统，包括辉光放电的外电极（4），内电极（5）和（9）当外接RF电源连接到辉光放电外电极（4），上则可进行无极辉光放电，当外接RF或DC电源连接到内电板（5）和（9）上，则可进行有极辉光放电，内电极（5）可通过调节套（6）调节两内电板（5和9）之间的间距。偏压电极（8）可通过偏压电极导电棒（19）和外接偏压电源相连，并可通过调节套（18）在辉光放电内电板（5）和（9）之间改变位置，即改变场强。电极系统还包括电晕放电电极（16）和地电极（9）（与辉光放电内电极兼用），电晕放电电极（16）通过电晕放电导电棒（10）和外接高压电源的高压端相连，即可对地电极（9）进行电晕放电，地电极（9）通过地电极支架（17）连接在下法兰盘（13）上。由聚四氟乙烯或陶瓷等铯缘材料制成的铯缘柱（12）可保证高压引线与周围配件的高压绝缘。第三部分是真空密封，抽气及真空测量系统，硬质玻璃反应筒（7），通过真空橡胶密封圈来真空密封，通过抽气口（14）连接到机械泵上进行抽气，并可通过热电偶规管接头（20）测量反应室内真空度，热偶规管接头（20）焊在下法兰盘（13）上。另外，可通过加温或冷却水管（11）来调节改性样品的反应温度，加热或冷却水管（11）密封穿过，另外在该装置上采用四根支撑杆（15）联接在上、下法兰盘（3）、（13）之间，分担在真空状态下反应室所受到的大气压力，以降低对玻璃反应室抗大气压强机械能力的要求。整个装置除反应室用硬质玻璃制做，绝缘柱（12）用聚四氟乙烯或陶瓷等绝缘材料制做外，其它均为不锈钢等金属材料制做。

Claims

1、一种电晕、辉光放电复合型冷等离子体材料表面改性装置，该装置有一个上、下装有法兰盘(3)、(13)的硬质玻璃圆筒，反应室盖板通过盖板活页(2)和真空橡胶圈密封在上法兰盘(3)上，构成反应室，还包括有一辉光放电外电极(4)，内电极(5)，偏压电极(8)，导电棒(10)，和偏压电极导电棒(19)，下法兰盘(13)还备有规管接头(20)和抽气出口(14)；其特征在于：辉光放电内电极即电晕放电地电极(9)通过地电极支架(17)固定在下法兰盘(13)上；反应室内固定在下法兰盘(13)上的绝缘柱(12)与电晕放电导电棒密配；四根金属支撑杆(15)固定在上，下法兰盘(3)，(13)之间。

2、按权利要求1所述的电晕、辉光放电复合型冷等离子体材料表面改性装置，其特征在于：所说的绝缘柱（12）是用聚四氟乙烯，陶瓷绝缘材料制做的。

3、按权利要求1所述的电晕、辉光放电复合型冷等离子体材料表面改性装置，其特征在于：所说的辉光放电外电极（4），内电极（5），调节套（6）、（18），偏压电极（6），电晕放电电极（9），电晕放电或辉光放电导电棒（10），支撑杆（15），偏压电极导电棒（19）是用不锈钢、金属材料制做的。