EP1946623B1 - Device for igniting and generating an expanding diffuse microwave plasma and device for plasma treating surfaces and substances by using this plasma - Google Patents
Device for igniting and generating an expanding diffuse microwave plasma and device for plasma treating surfaces and substances by using this plasma Download PDFInfo
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- EP1946623B1 EP1946623B1 EP06793298.8A EP06793298A EP1946623B1 EP 1946623 B1 EP1946623 B1 EP 1946623B1 EP 06793298 A EP06793298 A EP 06793298A EP 1946623 B1 EP1946623 B1 EP 1946623B1
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Definitions
- the present invention relates to a device for igniting and generating a propagating, diffuse microwave plasma.
- the device is suitable for generating microwave plasmas for the purpose of plasma treatment of surfaces and substances, in particular of three-dimensional objects, as well as of particles under atmospheric pressure.
- Plasmajets of various designs ( DE19605518 . EP0968524 . US5798146 ) generally require a high gas flow to drive out the plasma, usually a special working gas and are problematic in the ignition behavior. In addition, they only generate a small plasma volume with a small diameter. As a result, they are not suitable for mass applications and too expensive to manufacture and operate.
- US-A-6 0430608 describes a plasma treatment apparatus in which the plasma is RF-powered by using a multi-element antenna symmetrically disposed on an antenna holder, two antennas forming a resonant circuit with each other.
- the antenna assembly is electrically connected to the RF source via a coaxial line.
- the antenna structure is separated from the process chamber and the substrate by a dielectric barrier.
- the substrate is in a vacuum chamber at a lower pressure. The entire power is transmitted to the plasma via the antenna arrangement.
- a plasma treatment under atmospheric pressure is not possible.
- the plasma can be influenced in its properties (eg temperature, expansion) by pulsation and modulation of the energy supply.
- the wave-limiting hollow structure 1 is designed in this case as a tube with an open end 9.
- the diameter of the tube is selected according to the frequency used (2.45 GHz) so that wave propagation is not possible ( ⁇ / 2 - small lambda / 2).
- a surface 13 to be treated is now placed in the effective area of the plasma 2 such that a desired treatment effect, e.g. an activation of the surface 13 is achieved.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden und Erzeugen eines sich ausbreitenden, diffusen Mikrowellenplasmas. Die Vorrichtung ist zum Erzeugen von Mikrowellenplasmen zum Zweck der Plasmabehandlung von Oberflächen und Stoffen insbesondere von dreidimensionalen Gegenständen als auch von Partikeln unter Atmosphärendruck geeignet.The present invention relates to a device for igniting and generating a propagating, diffuse microwave plasma. The device is suitable for generating microwave plasmas for the purpose of plasma treatment of surfaces and substances, in particular of three-dimensional objects, as well as of particles under atmospheric pressure.
Mikrowellenplasmen eignen sich hervorragend für die Durchführung verschiedenartiger Plasmabehandlungen, wie z.B. der Aktivierung, Reinigung, Beschichtung, Sterilisation, Modifizierung und Funktionalisierung von Oberflächen. Hierzu ist die Nutzung eines diffusen, weitestgehend homogenen, ausgedehnten Plasmas erwünscht.Microwave plasmas are eminently suitable for performing various plasma treatments, such as e.g. the activation, purification, coating, sterilization, modification and functionalization of surfaces. For this purpose, the use of a diffuse, largely homogeneous, expanded plasma is desired.
In bekannten Verfahren (
Andere bekannte Verfahren zur Plasmabehandlung unter Atmosphärendruck, wie die Barriereentladung sind für die Behandlung von dreidimensionalen Gegenständen und stark strukturierten Flächen nicht geeignet.Other known processes for plasma treatment under atmospheric pressure, such as the barrier discharge, are not suitable for the treatment of three-dimensional objects and highly structured surfaces.
Plasmajets der verschiedensten Ausführungen (
Vorteilhaft wäre somit ein Verfahren zur Zündung und Erzeugung eines räumlich ausgedehnten Plasmas im Normaldruck oder Hochdruck mit hoher Zündsicherheit und stabilem Betrieb sowie einem möglichst geringen Gasdurchsatz.Thus, a method would be advantageous for the ignition and generation of a spatially extended plasma in normal pressure or high pressure with high ignition safety and stable operation and the lowest possible gas throughput.
In
Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass das Plasma nur im Vakuum gezündet werden kann und keine Trennung zwischen Zündphase und Unterhaltsphase des Plasmas gegeben ist, da eine resonante Zündstruktur nicht vorhanden ist.Disadvantage of this device is that the plasma can be ignited only in vacuum and there is no separation between the ignition phase and maintenance phase of the plasma, since a resonant ignition structure is not present.
In
Durch den Wegfall aufwändiger Vakuumtechnik und dem geringen Verbrauch von Arbeits- und Prozessgasen sowie einer einfachen und sicheren Handhabung wird eine breitere und kostengünstigere Anwendung der Plasmabehandlung in vielen Bereichen erst ermöglicht.The elimination of elaborate vacuum technology and the low consumption of working and process gases as well as simple and safe handling make a broader and more cost-effective application of plasma treatment possible in many areas.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zünden und Erzeugen eines diffusen, räumlich ausgedehnten Mikrowellenplasmas anzugeben, welche insbesondere im Normal- und Hochdruck einfach und betriebssicher sowie prinzipiell ohne Gasströmung zu realisieren ist.The present invention is therefore based on the object of specifying a device for igniting and generating a diffuse, spatially extended microwave plasma, which can be realized in normal and high pressure in a simple and reliable manner and, in principle, without gas flow.
Das diffuse Mikrowellenplasma soll unter Atmosphärendruck durch seine große Stabilität hinsichtlich Plasmagenerierung und Unterhaltung, geringem Gasverbrauch und großem Plasmavolumen eine effektive Plasmabehandlung möglich machen.The diffused microwave plasma should make effective plasma treatment possible under atmospheric pressure due to its high stability with regard to plasma generation and entertainment, low gas consumption and large plasma volume.
Die erfindungsgemäßen Lösungen werden in den Patentansprüchen dargestellt.The solutions according to the invention are represented in the patent claims.
Vorrichtung zum Zünden und Erzeugen eines sich ausbreitenden, diffusen Mikrowellenplasmas bestehend aus einer koaxialen Leitung, welche durch eine resonanten Zündstruktur (3) in Verlängerung des Innenleiters (14) und einer wellenbegrenzenden Hohlstruktur (1) als Außenleiter gebildet wird. Des Weiteren erfolgt mit Hilfe eines Mikrowellengenerators (4) und einer Mikrowelleneinspeisung (5) eine Einkopplung in die koaxiale Leitung welche aus dem Innenleiter (14) mit der resonanten Zündstruktur (3) und der wellenbegrenzenden Hohlstruktur (1) gebildeten wird. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
- a. dass die wellenbegrenzende Hohlstruktur (1) rohrförmig und an einem Ende (9) offen ausgeführt ist, wobei der Rohrdurchmessers < λ/2 (Lambda/2) der verwendeten Frequenz des Mikrowellengenerators beträgt,
- b. dass das offene Ende (9) über das Ende des als resonante Zündstruktur (3) ausgebildeten Innenleiters (14) hinaus verlängert ist, und
- c. die resonante Zündstruktur (3) selbst als koaxiale Struktur mit einem offenen Ende (7a) und einer resonanten Oberflächen-Länge von λ/2 gebildet wird, wobei Innenleiter (3b) der resonanten Zündstruktur (3) und Außenleiter (3a) der resonanten Zündstruktur (3) der koaxialen Struktur mit je λ/4 annähernd gleich lang sind..
- a. in that the wave-limiting hollow structure (1) is tubular and open at one end (9), wherein the pipe diameter <λ / 2 (lambda / 2) is the frequency of the microwave generator used,
- b. the open end (9) is extended beyond the end of the inner conductor (14) designed as a resonant ignition structure (3), and
- c. the resonant ignition structure (3) itself is formed as a coaxial structure with an open end (7a) and a resonant surface length of λ / 2, inner conductor (3b) of the resonant ignition structure (3) and outer conductor (3a) of the resonant ignition structure (FIG. 3) of the coaxial structure with each λ / 4 are approximately equal in length.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem Innenleiter (14) und einer wellenbegrenzenden Hohlstruktur (1) als Außenleiter, einem Mikrowellengenerator (4) und einer Mikrowelleneinspeisung (5), welche in die vom Innenleiter (14) und der wellenbegrenzende Hohlstruktur (1) gebildeten koaxialen Leitung erfolgt, und ist dadurch gekennzeichnet,
- a. dass die resonante Zündstruktur (3) in der wellenbegrenzenden Hohlstruktur (1) angeordnet ist und aus einem Innenleiter (3b) und einem Außenleiter (3a) der resonanten Zündstruktur (3) besteht, wobei der Innenleiter (14) und der Innenleiter (3b) der resonanten Zündstruktur (3) eine koaxialen Leitung bilden,
- b. dass die wellenbegrenzende Hohlstruktur (1) rohrförmig und an einem Ende (9) offen ausgeführt ist, wobei der Rohrdurchmessers < λ/2 (Lambda/2) der verwendeten Frequenz des Mikrowellengenerators beträgt,
- c. dass das offene Ende (9) über das Ende des Innenleiters (14) und über das Ende des Innenleiters (3b) der resonanten Zündstruktur (3) hinaus verlängert ist, und
- d. dass der Innenleiter (3b) und der Außenleiter (3a), dessen elektrisch wirksame Länge durch die Länge des Innenleiters (3b) bestimmt ist, der resonanten Zündstruktur (3) die koaxiale Struktur mit einem offenen Ende (7a) und einer resonanten Oberflächen-Länge von λ/2 bilden.
- a. in that the resonant ignition structure (3) is arranged in the wave-limiting hollow structure (1) and consists of an inner conductor (3b) and an outer conductor (3a) of the resonant ignition structure (3), wherein the inner conductor (14) and the inner conductor (3b) are the resonant ignition structure (3) form a coaxial line,
- b. in that the wave-limiting hollow structure (1) is tubular and open at one end (9), wherein the pipe diameter <λ / 2 (lambda / 2) is the frequency of the microwave generator used,
- c. that the open end (9) is extended beyond the end of the inner conductor (14) and beyond the end of the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure (3), and
- d. in that the inner conductor (3b) and the outer conductor (3a), the electrically effective length of which is determined by the length of the inner conductor (3b), of the resonant ignition structure (3) have the coaxial structure with an open end (7a) and a resonant surface length of λ / 2 form.
Die Vorrichtung wird vorzugsweise im Atmosphärendruck angewendet.The device is preferably applied in atmospheric pressure.
Durch Anlegen einer Gasströmung ist ein Treiben des Plasmas möglich, welches entsprechend der eingekoppelten Leistung eine Vergrößerung des Plasmavolumens hervorrufen kann.By applying a gas flow, a driving of the plasma is possible, which can cause an increase in the plasma volume according to the coupled power.
Die Vorrichtung kann mit beliebigen Gasen und deren Mischungen mit und ohne Gasströmung realisiert werden.The device can be realized with any gases and their mixtures with and without gas flow.
Eine besonders interessante Ausgestaltung der Vorrichtung stellt die Erzeugung eines sich ausdehnenden, diffusen Plasmas innerhalb einer koaxialen Hohlstruktur dar. Hierbei ist der Innenleiter am Ende als resonante Zündstruktur so ausgeführt, dass eine Mikrowelleneinkopplung zur Zündung des Plasmas führt, das Plasma sich aber über die koaxiale Leitung mit Energie selbst versorgt. Der Durchmesser des koaxialen Außenleiters ist so zu wählen, dass entsprechend der verwendeten Frequenz bei Weiterführung des Außenleiters über das Ende des Innenleiters hinaus eine Wellenausbreitung über das offene Ende des Außenleiters nicht möglich ist, ein Heraustreten des Plasmas aus der Öffnung jedoch gegeben ist.A particularly interesting embodiment of the device is the generation of an expanding, diffuse plasma within a coaxial hollow structure. Here, the inner conductor is designed at the end as a resonant ignition structure so that a microwave coupling leads to the ignition of the plasma, but the plasma via the coaxial line self-powered. The diameter of the coaxial outer conductor is to be chosen so that according to the frequency used in the continuation of the outer conductor beyond the end of the inner conductor beyond a wave propagation through the open end of the outer conductor is not possible, however, a protrusion of the plasma from the opening is given.
Wird die resonante Zündstruktur in der Nähe eines Feldmaximums eines Mikrowellenfeldes so angeordnet, dass das sich bildende Plasma in das Feldmaximum hineinwächst, ist ein Ablösen des Plasmas von der Zündstruktur zu erreichen.If the resonant ignition structure in the vicinity of a field maximum of a microwave field is arranged so that the forming plasma grows into the field maximum, detachment of the plasma from the ignition structure can be achieved.
Bei einer Anordnung der resonanten Zündstruktur an einem Ende eines Hohlleiters und einer Einspeisung der Mikrowellen vom anderen Ende wird die resonante Zündstruktur nach Bildung des Plasmas weitgehend von der Mikrowellenversorgung abgekoppelt. Hierdurch ist eine Schonung der Zündstruktur von den Einflüssen des Plasmas gegeben.In an arrangement of the resonant ignition structure at one end of a waveguide and a feeding of the microwaves from the other end of the resonant ignition structure is largely decoupled from the microwave supply after formation of the plasma. This protects the ignition structure from the effects of the plasma.
Für die Erzeugung des Plasmas sind Mikrowellenfrequenzen von 400 bis 10.000 MHz geeignet.Microwave frequencies of 400 to 10,000 MHz are suitable for the generation of the plasma.
Das Plasma kann in seinen Eigenschaften (z.B. Temperatur, Ausdehnung) durch Pulsung und Modulierung der Energieeinspeisung beeinflusst werden.The plasma can be influenced in its properties (eg temperature, expansion) by pulsation and modulation of the energy supply.
Durch eine gezielte Anordnung der resonanten Zündstruktur innerhalb der wellenbegrenzenden Hohlstruktur und einer entsprechenden Öffnung ist ein Heraustreten des Plasmas aus der wellenbegrenzenden Hohlstruktur zu erreichen.By a targeted arrangement of the resonant ignition structure within the wave-limiting hollow structure and a corresponding opening, the plasma can be reached from the wave-limiting hollow structure.
Die Anwendung der Vorrichtung kann in der Art erfolgen, dass innerhalb einer koaxialen Hohlstruktur ein sich ausbreitendes und aus der Struktur heraustretendes diffuses Mikrowellenplasma gezündet wird, dem Plasma für eine Plasmabehandlung geeignete Stoffe zugeführt werden und zu behandelnde Oberflächen und Stoffe in den Wirkbereich des Plasmas geführt werden.The device may be used in such a way that a diffuse microwave plasma emerging from the structure is ignited within a coaxial hollow structure, substances suitable for plasma treatment are supplied to the plasma and surfaces and substances to be treated are guided into the effective area of the plasma ,
Die für die Plasmabehandlung vorgesehenen Stoffe können in fester (pulverförmiger), flüssiger und gasförmiger Form dem Plasma zugeführt werden.The substances intended for the plasma treatment can be supplied in solid (powdery), liquid and gaseous form to the plasma.
Zur Erzielung einer spezifischen Plasmawirkung, wie z.B. der Erzeugung einer bestimmten UV-Strahlung, ist eine Modulation und Pulsung der Energiezufuhr geeignet.To achieve a specific plasma effect, e.g. the generation of a specific UV radiation, a modulation and pulsation of the energy supply is suitable.
Durch gezielte Zuführung der Stoffe innerhalb oder außerhalb der wellenbegrenzenden Hohlstruktur erfolgt eine selektive und steuerbare Modifikation dieser Stoffe. Eine etwaige unerwünschte Rückwirkung des zugegebenen Stoffes auf das Zündverhalten und die Zündstruktur wird durch die Zugabe außerhalb der wellenbegrenzenden Hohlstruktur verhindert.By selective feeding of the substances inside or outside the wave-limiting hollow structure, a selective and controllable modification of these substances takes place. Any undesirable reaction of the added substance on the ignition behavior and the ignition structure is prevented by the addition outside of the wave-limiting hollow structure.
Eine Plasmabehandlung kann nur mit atmosphärischer Luft unter Normaldruck durchgeführt werden. Durch Zuführung von Stoffgemischen wie z.B. Aerosolen kann eine spezifische Wirkung erzielt werden.A plasma treatment can be carried out only with atmospheric air under normal pressure. By feeding mixtures such as e.g. Aerosols can be achieved a specific effect.
Durch eine definierte Zuführung verschiedener Gase, z.B. des Prozessgases in den Plasmakernbereich und eines Inertgases als Hüllund Schutzgas um das Plasma, ist eine gewisse Abschirmung des Plasmas von atmosphärischen Einflüssen zu erreichen.By a defined supply of various gases, such as the process gas in the plasma core region and an inert gas as Hüllund inert gas to the plasma, a certain shielding of the plasma is to be achieved by atmospheric influences.
Die Vorrichtung kann in seiner Anwendungsbreite und Leistungsfähigkeit dahingehend beeinflusst werden, dass mehrere Plasmaquellen in Reihe, ringförmig zueinander und übereinander oder als Array angeordnet werden.The device can be influenced in its scope and performance in that a plurality of plasma sources are arranged in series, annular to each other and one above the other or as an array.
Eine bevorzugte Vorrichtung enthält folgende Elemente:
- einen Mikrowellengenerator zum Erzeugen von Mikrowellen
- eine Mikrowellenleitung
- eine Mikrowelleneinspeisung
- eine wellenbegrenzenden Hohlstruktur
- eine resonante Zündstruktur
- eine Zuführvorrichtung für Stoffe
- a microwave generator for generating microwaves
- a microwave line
- a microwave feed
- a wave-limiting hollow structure
- a resonant ignition structure
- a feeding device for substances
Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen kann dadurch, dass die Mikrowellenleitung flexibel ausgeführt ist und Stoffe über mehrere Zuführeinrichtungen dem Plasma zugeführt werden zweckmäßig ausgestaltet werden.A device with these features can be configured appropriately by virtue of the fact that the microwave line is made flexible and substances are supplied to the plasma via a plurality of feed devices.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments.
Es zeigen:
-
Fig.1 eine schematische Darstellung einer Grundvorrichtung zur Erzeugung eines sich ausdehnenden, diffusen Mikrowellenplasmas, -
Fig.2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung in einer speziellen Ausführungsform zur Erzeugung eines sich ausdehnenden, diffusen Mikrowellenplasmas aus einer koaxialen wellenbegrenzenden Hohlstruktur heraus, -
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung in einer speziellen Ausführungsform der resonanten Zündstruktur als Koaxialstruktur, -
Fig. 4 Grundaufbau einer Plasmabehandlungsvorrichtung, -
Fig. 5 Plasmabehandlungsvorrichtung mit einer flexiblen Stoffzuführung.
-
Fig.1 a schematic representation of a basic device for generating an expanding, diffuse microwave plasma, -
Fig.2 a schematic representation of the solution according to the invention in a special embodiment for generating an expanding, diffuse microwave plasma from a coaxial wave-limiting hollow structure, -
Fig. 3 a schematic representation of the solution according to the invention in a special embodiment of the resonant ignition structure as a coaxial structure, -
Fig. 4 Basic structure of a plasma treatment apparatus, -
Fig. 5 Plasma treatment device with a flexible material feed.
In
Die Vorrichtung besteht aus einer wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1, einer resonanten Zündstruktur 3, einem Mikrowellengenerator 4 und einer Mikrowelleneinspeisung 5.The device consists of a wave-limiting
In
Für viele Plasmaanwendungen, insbesondere für dreidimensionale Anwendungen, ist ein freies heraustretendes Plasma unter atmosphärischen Bedingungen von besonderer Bedeutung. Insofern befriedigt die in
Die Vorrichtung besteht aus einer wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1, einer resonanten Zündstruktur 3, einem Mikrowellengenerator 4, einer flexiblen Mikrowellenleitung 8und einer Mikrowelleneinspeisung 5 in die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1.The device consists of a wave-limiting
Die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 ist in diesem Fall als Rohr mit einem offenen Ende 9 ausgeführt. Der Durchmesser des Rohres ist entsprechend der verwendeten Frequenz (2,45 GHz) so gewählt, dass eine Wellenausbreitung nicht möglich ist (< λ/2 - kleiner Lambda/2).The wave-limiting
Die Mikrowelleneinspeisung 5 erfolgt über eine flexible Mikrowellenleitung 8 in die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1. Die resonante Zündstruktur 3 wird in Verlängerung des Innenleiters 14 der koaxialen Leitung, dessen Außenleiter durch die Wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 gebildet wird, so ausgeführt, dass einerseits eine direkte Energieeinspeisung in die resonante Zündstruktur 3 zur Plasmazündung 7 erfolgt und andererseits mit der wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1 als Außenleiter eine koaxiale Leitung gebildet wird, über die Energie bis ans Ende dieser koaxialen Leitung geführt wird und somit außerhalb der resonanten Zündstruktur 3 ein elektromagnetisches Feld aufbaut. Da die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 über das Ende des Innenleiters 14 hinaus verlängert wird, ist eine Wellenausbreitung über die Öffnung 9 ins Freie nicht möglich. Die vom Mikrowellengenerator 4 erzeugte Mikrowellenenergie wird über die flexible Mikrowellenleitung 8 zum Teil in die resonante Zündstruktur 3 eingekoppelt, so dass eine Plasmazündung 7 an der Spitze der resonanten Zündstruktur 3 erfolgt, sowie über die von der resonanten Zündstruktur 3 und der wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1 gebildeten koaxialen Leitung bis ans Ende dieser koaxialen Leitung geführt, so dass das von der resonanten Zündstruktur 3 gezündete Plasma 2 über diese koaxiale Leitung so mit Energie versorgt wird, dass eine Propagation des Plasmas 2 derart erfolgt, dass eine Ausbreitung ins Freie erreicht wird.The
Das Plasma 2 wird unter atmosphärischen Bedingungen in Luft gezündet und tritt aus der Öffnung 9 selbsttätig heraus.The
Entsprechend der verwendeten Frequenz von 2,45 MHz und der eingespeisten Leistung ist ein Plasmadurchmesser und eine Austrittslänge von mehreren cm erreichbar.According to the used frequency of 2.45 MHz and the power supplied, a plasma diameter and an exit length of several cm can be achieved.
Diese resonante Zündstruktur 3 kann sowohl im Innen leiter 14 als auch im Außenleiter der koaxialen Leitung angeordnet sein.This
In
Die von einer Mikrowellenversorgung 4 erzeugte Mikrowellenenergie wird über eine vorzugsweise flexible Mikrowellenleitung 8 koaxial 5 in die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 eingespeist. Die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 ist vorzugsweise als Rohr entsprechend der hier verwendeten Frequenz von 2,45 GHz so dimensioniert, dass eine Wellenausbreitung nur im Bereich der koaxialen Struktur möglich ist. Eine Wellenausbreitung darüber hinaus aus dem offenen Ende der wellenbegrenzenden Struktur 1 jedoch durch eine ausreichende Verlängerung der wellenbegrenzenden Struktur 1 nicht möglich ist.The microwave energy generated by a
Die resonante Zündstruktur 3 ist als Verlängerung der koaxialen Einspeisung 5 so an die Energieversorgung angekoppelt, dass bei einer Energieeinkopplung eine hohe Zündfeldstärke an der Spitze der resonanten Zündstruktur 3 entsteht, die zur Plasmazündung 7 ausreicht, eine Speisung des gezündeten Plasmas 2 jedoch über die aus resonanter Zündstruktur 3 als Innenleiter 14 und der wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1 als Außenleiter gebildete koaxiale Leitung erfolgt.The
Somit entsteht in Abhängigkeit der eingespeisten Energiemenge ein expandierendes, sich aus der Öffnung der wellenbegrenzenden Struktur 1 ausbreitendes Plasma 2.Thus, depending on the amount of energy fed in, an expanding
Eine zu behandelnde Oberfläche 13 wird nun so im Wirkbereich des Plasmas 2 angeordnet, dass ein gewünschter Behandlungseffekt, z.B. eine Aktivierung der Oberfläche 13 erzielt wird.A
Die Plasmabehandlung kann ohne jegliche aktive Gasströmung mit Luft bei Atmosphärendruck durchgeführt werden. Zur aktiven Gestaltung der Plasmabehandlung können über eine spezielle Zuführvorrichtung 12 für das Erreichen eines definierten Behandlungseffektes geeignete Stoffe dem Plasma 2 sowohl innerhalb und außerhalb der wellenbegrenzenden Struktur 1 zugeführt werden. Durch Zuführen eines Gases wird ein weiteres Ausbreiten des Plasmas 2 erreicht. Die Stoffe befinden sich in einem Behälter 10 und werden dem Plasma 2 über die Zuführvorrichtung 12 zugeführt. Durch Austauschen des Behälters 10 können je nach gewünschter Anwendung verschiedene Stoffe verwendet werden. Durch eine Anordnung der Behälter 10 direkt an der wellenbegrenzenden Hohlstruktur 1 ist eine hohe Flexibilität und Mobilität der Vorrichtung gegeben.The plasma treatment can be carried out without any active gas flow with air at atmospheric pressure. To actively design the plasma treatment, suitable substances can be supplied to the
- 11
- wellenbegrenzende Hohlstrukturwave-limiting hollow structure
- 22
- Plasmaplasma
- 33
- resonante Zündstrukturresonant ignition structure
- 3a3a
-
Außenleiter der resonanten Zündstruktur 3Outer conductor of the
resonant ignition structure 3 - 3b3b
-
Innenleiter der resonanten Zündstruktur 3Inner conductor of the
resonant ignition structure 3 - 44
- Mikrowellengeneratormicrowave generator
- 55
- Mikrowelleneinspeisungmicrowave feed
- 66
- Resonanzkreisresonant circuit
- 77
- Plasmazündungplasma ignition
- 7a7a
- offenes Ende der koaxialen Zündstrukturopen end of the coaxial ignition structure
- 88th
- flexible Mikrowellenleitungflexible microwave line
- 99
- Öffnung in der wellenbegrenzenden HohlstrukturOpening in the wave-limiting hollow structure
- 1010
- Behälter für StoffeContainer for substances
- 1111
- flexible Zuführung der Stoffeflexible supply of substances
- 1212
- Zuführvorrichtung für StoffeFeed device for substances
- 1313
- zu behandelnde Oberflächesurface to be treated
- 1414
-
Innenleiter der koaxiale Leitung dessen Außenleiter durch die wellenbegrenzende Hohlstruktur 1 gebildet wirdInner conductor of the coaxial line whose outer conductor is formed by the wave-limiting
hollow structure 1
Claims (6)
- Device for igniting and generating an expanding, diffuse microwave plasma, consisting of a coaxial line, which is formed by a resonant ignition structure (3) as an extension of an inner conductor (14) and a wave-limiting hollow structure (1) as an outer conductor, a microwave generator (4) and a microwave feed (5), which goes into the coaxial line formed by the inner conductor (14) with the resonant ignition structure (3) and the wave-limiting hollow structure (1), characterizeda) in that the wave-limiting hollow structure (1) is of a tubular configuration that is open at one end (9) in order to achieve the effect that the plasma exits from the wave-limiting hollow structure, the tube diameter being < λ/2 (lambda/2) of the frequency used for the microwave generator,b) in that the open end (9) is extended beyond the end of the inner conductor (14) formed as the resonant ignition structure (3) andc) the resonant ignition structure (3) itself is formed as a coaxial structure with an open end (7a) and a resonant surface length of λ/2, the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure (3) and the outer conductor (3a) of the resonant ignition structure (3) of the coaxial structure being of approximately the same length, each of λ/4.
- Device for igniting and generating an expanding, diffuse microwave plasma, consisting of an inner conductor (14) and a wave-limiting hollow structure (1) as an outer conductor, a microwave generator (4) and a microwave feed (5), which goes into the coaxial line formed by the inner conductor (14) and the wave-limiting hollow structure (1), characterizeda) in that a resonant ignition structure (3) is arranged in the wave-limiting hollow structure (1) and consists of an inner conductor (3b) and an outer conductor (3a) of the resonant ignition structure (3), the inner conductor (14) and the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure (3) forming the coaxial line,b) in that the wave-limiting hollow structure (1) is of a tubular configuration that is open at one end (9) in order to achieve the effect that the plasma exits from the wave-limiting hollow structure, the tube diameter being < λ/2 (lambda/2) of the frequency used for the microwave generator,c) in that the open end (9) is extended beyond the end of the inner conductor (14) and beyond the end of the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure (3), andd) in that the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure and the outer conductor (3a), the electrically effective length of which is determined by the length of the inner conductor (3b) of the resonant ignition structure, of the resonant ignition structure (3) form the coaxial structure with an open end (7a) and a resonant surface length of λ/2.
- Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the microwave feed (5) takes place by way of a flexible microwave line (8).
- Device according to Claim 1 or 2, characterized in that containers for substances (10) with a supply device (12) are arranged directly at the wave-limiting hollow structure (1).
- Device according to Claim 1 or 2, characterized in that containers for substances (10) with supply devices (12) are connected to the wave-limiting hollow structure (1) by way of a flexible line (8, 11).
- Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the microwave feed (5) takes place in a modulated and pulsed manner.
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