CN221043318U - 一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置涉及等离子体技术领域，包括微波源、环形器、矩形波导、反应腔、双电极电场辅助增强结构、磁场辅助增强结构。该装置通过微波组件将特定频率和模式的能量馈入反应腔中激发等离子体；在反应腔中引入双电极电场辅助增强结构，在反应腔中形成局部电场；此外，在反应腔下底部分设置磁场辅助增强结构，在反应区域施加静磁场；该装置在微波源电压和频率可调范围有限的情况下，通过外加电场与磁场的作用，可以提高等离子体产生效率，同时在反应区域形成高密度的自由粒子区从而增加反应区域自由粒子的碰撞效率，提高表面处理的效率和均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子体技术领域，具体为一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置。
背景技术
低温等离子体处理技术具有电子能量高而反应系统保持低温状态的优点，同时也不会破坏物体的本体特征，是一种效率高、处理温度低、节能、环保的表面处理方法。等离子体表面处理参与反应的有自由基、激发态粒子和离子等，通过表面作用，可以在材料表面引入特定官能团，产生表面活化和刻蚀，生成表面自由基和表面官能团。等离子表面处理技术能够应用的行业非常广泛，对物体表面进行清洗、刻蚀、表面活化和涂层等处理，这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术在国外发达国家发展迅速。传统的等离子体表面处理的装置等离子体发生器结构难以调整，驱动电源电压和频率可调范围有限，等离子体产生效率低、等离子区域分布不均匀且强度不够，导致处理效果不够均匀、处理强度不够，影响表面处理的均匀度和生产稳定性，无法满足复杂的实际应用需求。
为解决现有技术问题，本实用新型提出了一种高效、改性效果均匀的低温等离子体表面处理装置。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种多场耦合增强型等离子表面处理装置，用以解决现有的等离子体表面处理装置等离子体强度不够、等离子区域分布不均匀的问题。
本实用新型实施例提供一种多场耦合增强型等离子表面处理装置，主要包括微波源、环形器、矩形波导、反应腔、双电极电场辅助增强结构、磁场辅助增强结构；
所述反应腔由上盖、中筒、下底三部分密封连接构成；
其中，上盖部分最上层为冷凝水层且带有冷凝水进出口，可有效降低反应腔的温度，防止设备因高温损坏；
其中，上盖部分有排气口，可由此口对反应腔抽真空，控制反应腔内的气压；
其中，下底部分有进气口，可由此向反应腔内通入反应所需的反应气体；
其中，中筒最内层为石英玻璃管，石英玻璃管允许电磁波透过且可以起到密封作用；
其中，中筒侧壁连有三个或三个以上的等间隔均匀分布的矩形波导窗；中筒侧壁还连有一个或一个以上的放电观察窗，可用于观察反应腔内的放电情况；
所述微波源、环形器、矩形波导顺序同轴连接在中筒矩形波导窗处，用于向反应腔内馈入微波能量；
其中，微波源、环形器、矩形波导可根据情景需求选定；
所述双电极电场辅助增强结构，包括第一电极、第二电极；
其中，第一电极、第二电极分别连接在外接电源的两极；
其中，第一电极为圆柱连接圆盘结构，上端连接外接电源，下端从上盖伸入中筒内部，且第一电极与上盖之间有绝缘材料填充；
其中，第二电极为一由下底伸入中筒内部的圆台，该圆台可以放置待处理物体；
所述磁场辅助增强结构位于的第二电极下方，磁场辅助增强结构为一带有若干永磁体的圆台，永磁体沿圆台圆周顺序排布、沿径向呈米字型排布，用以产生均匀的恒定磁场；
其中，永磁体的充磁方式为沿垂直下底指向反应腔内部的方向充磁；
所述第一电极、第二电极、磁场辅助增强结构均可通过螺纹杆调节伸入反应腔内的高度；
所述第一电极为不锈钢，但不限制为不锈钢的耐高温导电金属，第二电极、磁场辅助增强结构为包括铜、铝，但不限制为铜、铝的导电非导磁耐高温金属；
所述双电极电场辅助增强结构和磁场增强结构均可通过螺纹杆调节伸入反应腔内的高度；
中筒外壁有三个以上的等间隔均匀分布的矩形波导窗、一个以上的放电观察窗；
第一电极为圆柱连接圆盘结构，上端连接外接电源，所述第二电极为可旋转圆柱形平台。
所述磁场辅助增强结构为一带有若干永磁体的可旋转圆台，永磁体沿圆台圆周顺序排布、沿径向呈米字型排布。
所述第一电极、第二电极分别连接在外接电源的两极；所述第一电极为圆柱连接圆盘结构，上端连接外接电源，所述第二电极为可旋转圆柱形平台。
本实用新型实施例提供的多场耦合增强型等离子体改性装置，通过微波源、环形器、矩形波导均匀地将微波能量馈入反应腔中，用于激发等离子体；同时在反应腔内部设置双电极电场辅助增强结构，第一电极、第二电极分别接在外接电源的两极；
进一步，若赋予第一电极为正极，第二电极为负极，此时等离子体区域的带正电的粒子可以在局部电场的作用下向反应区域加速运动；若赋予第一电极为负极，第二电极为正极，此时等离子体中的自由电子可以在局部电场的作用下向反应区域加速运动；通过双电极电场辅助增强结构，形成局部电场，降低了可以在反应区域形成高密度的自由粒子区，提高了表面处理的效率；
同时在反应腔底部设置可调节的磁场辅助增强结构，此时自由粒子在均匀恒定磁场中被约束在磁场区域运动，在反应区域形成高密度的自由粒子区，从而增加了改性反应过程中自由粒子的碰撞几率，提高了表面处理的效率和均匀性。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本实用新型实施例中的一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中的一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置的俯视剖面图；
图3是带电粒子在第一电极为正极，第二电极为负极的局部电场中的运动示意图；
图4是带电粒子在第一电极为负极，第二电极为正极的局部电场中的运动示意图；
图5是反应腔中磁场方向的纵向剖视图；
图6是磁场辅助增强结构所用永磁体的排布示意图；
图7是磁场辅助增强结构所用永磁体的充磁方式示意图；
附图1标记说明：
1、反应腔；2、矩形波导；3、环形器；4、微波源；5-1、第一电极；
5-2、第二电极；6、磁场辅助增强装置；7、矩形波导窗；8、放电观察窗；
9、绝缘材料；
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，本实用新型实施例提供的一种多场耦合增强型等离子表面处理装置，主要包括微波源、环形器、矩形波导、反应腔、双电极电场辅助增强结构、磁场辅助增强结构；
反应腔由上盖、中筒、下底三部分密封连接构成，采用法兰箍与橡胶圈密封连接；反应腔上盖部分最上层为冷凝水层，且有必需的冷凝水进出口，可有效降低反应腔的温度，防止设备因高温损坏；反应腔上盖部分有必需的排气口，可由此口对反应腔抽真空，控制反应腔的气压；下底部分还有必需的进气口，可由此向反应腔内通入所需的反应气体；中筒内层为石英玻璃管，石英玻璃管允许电磁波透过且可以起到密封作用；反应腔侧壁有三个等间隔均匀分布的矩形波导窗和一个放电观察窗，其中放电观察窗可用于观察反应腔内的放电情况；
矩形波导、微波源、环形器顺序同轴连接在反应腔外侧矩形波导窗处，由此均匀地向反应腔内馈入微波能量；
具体地，微波源选用的是2.45GHz的磁控管，环形器、矩形波导是与所用磁控管匹配的；
双电极增强结构包括第一电极、第二电极；第一电极为圆柱连接圆盘构成，第二电极为一圆台；
具体地，第一电极与反应腔上盖之间有聚四氟乙烯绝缘材料填充；
磁场辅助增强结构位于第二电极下方，永磁体沿圆盘圆周顺序排布、沿径向呈米字型排布，用以产生均匀的外加静磁场；
具体地，永磁体为钕铁硼强磁体，充磁方式为沿垂直下底指向反应腔内部的方向充磁；
具体地，第一电极采用不锈钢材料制成，第二点极和磁场辅助增强结构采用铝合金材料制成；
双电极辅助增强结构与磁场增强结构均可通过螺纹杆调节伸入反应腔内的高度；
本实用新型实施例提供的多场耦合增强型等离子体表面处理装置，通过微波源、环形器、矩形波导均匀地将微波能量馈入反应腔中，用于激发等离子体；本实用新型实施例设置双电极电场辅助增强结构，第一电极、第二电极分别连接在外接电源地两极；
进一步，若赋予第一电极为正极，第二电极为负极，此时等离子体区域的带正电的粒子可以在局部电场的作用下向反应区域加速运动；若赋予第一电极为负极，第二电极为正极，此时等离子体中的自由电子可以在局部电场的作用下向反应区域加速运动；通过双电极辅助增强结构，可以在反应区域形成高密度的自由粒子区，提高了表面处理效率；
本实用新型实施例设置磁场辅助增强结构，此时自由粒子在均匀恒定磁场中被约束在磁场区域运动，在反应区域形成高密度的自由粒子区，从而增加了表面处理反应过程中自由粒子的碰撞几率，提高了表面处理的效率和均匀性；
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置，其特征在于，包括微波源（4）、环形器（3）、矩形波导(2)、反应腔（1）、双电极电场辅助增强结构（5）和磁场辅助增强结构（6）；
所述反应腔(1)由上盖（1-1）、中筒（1-2）和下底（1-3）三部分密封连接构成；
所述中筒（1-2）内层为石英玻璃管，中筒外壁有三个以上的等间隔均匀分布的矩形波导窗（7）、一个以上的放电观察窗(8)；
所述矩形波导、环形器、微波源依次同轴连接在矩形波导窗（7）处；
所述双电极电场辅助增强结构（5），包括第一电极（5-1）、第二电极（5-2），第一电极（5-1）下端从上盖（1-1）伸入中筒（1-2）内部，且第一电极（5-1）与上盖（1-1）之间有绝缘材料(9)填充；第二电极（5-2）由下底（1-3）伸入中筒（1-2）内部；
所述磁场辅助增强结构（6）位于的第二电极（5-2）下方。
2.根据权利要求1所述的一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置，其特征在于，所述第一电极（5-1）、第二电极（5-2）分别连接在外接电源的两极；
所述第一电极（5-1）为圆柱连接圆盘结构，上端连接外接电源，所述第二电极（5-2）为可旋转圆柱形平台。
3.根据权利要求1所述的一种多场耦合增强型等离子体表面处理装置，其特征在于，所述磁场辅助增强结构（6）为一带有若干永磁体的可旋转圆台，永磁体沿圆台圆周顺序排布、沿径向呈米字型排布。
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