EP2586276A1 - Dispositif pour la generation d'un jet de plasma - Google Patents

Dispositif pour la generation d'un jet de plasma

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Publication number
EP2586276A1
EP2586276A1 EP11729290.4A EP11729290A EP2586276A1 EP 2586276 A1 EP2586276 A1 EP 2586276A1 EP 11729290 A EP11729290 A EP 11729290A EP 2586276 A1 EP2586276 A1 EP 2586276A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma jet
carrier gas
emission nozzle
discharge
emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11729290.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serguei Mikhailov
Sergey Goloviatinski
Sheleh Yauheni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NCI - Swissnanocoat SA
Original Assignee
NCI - Swissnanocoat SA
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Filing date
Publication date
Application filed by NCI - Swissnanocoat SA filed Critical NCI - Swissnanocoat SA
Publication of EP2586276A1 publication Critical patent/EP2586276A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • 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
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3468—Vortex generators
    • H—ELECTRICITY
    • 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
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3484—Convergent-divergent nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating a plasma jet and, more particularly, a device for generating a plasma jet from a carrier gas, comprising a discharge chamber having an axis. longitudinal and an emission nozzle connected to said discharge chamber, said emission nozzle being provided with a mouthpiece for the emission of a plasma jet generated.
  • the German patent application DE 195 32 412 A1 describes such a device for the pretreatment of the surface of parts to be manufactured.
  • This device comprises upstream a housing with a longitudinal axis, along which a discharge electrode is housed.
  • the housing comprises a radial orifice for the injection of a carrier gas for the creation of a swirling of the carrier gas along the longitudinal axis.
  • an emission nozzle surrounded by a counter electrode defining a mouth for the emission of a plasma jet generated is provided.
  • the emission nozzle is coupled to the housing.
  • a carrier gas such as air is injected through the radial orifice in the housing and an electric current is applied to the discharge electrode and the counter electrode.
  • an electric discharge is generated which results in the creation of an electric arc suitable for the generation of a plasma jet from the carrier gas.
  • This generated plasma jet is emitted from the mouth of the emission nozzle on the surface of a part to be manufactured for the pretreatment of this surface.
  • the present invention aims to provide a new device for the generation of a plasma jet from a carrier gas having a reduced number of components and an expanded field of application.
  • a device for generating a plasma jet from a carrier gas comprising a discharge chamber having a longitudinal axis and an emission nozzle connected to said discharge chamber, said emission nozzle being provided with a mouthpiece for the emission of a generated plasma jet.
  • Said discharge chamber and said emission nozzle have an adjustable length as a function of a predetermined output power of said plasma jet.
  • the device comprises a plurality of discharge chambers and a plurality of emission nozzles. This makes it possible to widen the zone of the treatment of the surface. It is also possible to use several carrier gases from several nozzles, i.e. each nozzle uses a different gas to allow the execution of the successive operations.
  • the present invention therefore makes it possible to widen the scope of a device for generating a plasma jet from a carrier gas by making it possible to increase or reduce the output power of a plasma jet generated by a suitable adjustment of the length of the discharge chamber and the emission nozzle of the device.
  • the device according to the invention preferably comprises a discharge electrode and an associated counter electrode, adapted to generate an electric discharge for generating a plasma jet from a carrier gas.
  • the counter electrode is preferably made by the emission nozzle and the electric discharge is able to create an electric arc necessary for the generation of a plasma jet between the discharge electrode and the mouth of the emission nozzle.
  • Electrical pulses of short duration are applicable to the discharge electrode and the counter electrode. The pulses can have different polarities, constant or variable, in all frequency ranges.
  • the emission nozzle as a counter electrode, the number of components necessary for producing the device can advantageously be reduced.
  • the discharge electrode is arranged on the longitudinal axis of the discharge chamber and movably along this axis to allow adjustment of the length of the discharge chamber and the emission nozzle.
  • the mouth of the emission nozzle preferably has an adjustable diameter depending on the predetermined output power of the plasma jet.
  • the present invention therefore allows a quick adjustment and. easy of the predetermined output power of the plasma jet by adjusting the length of the discharge chamber and the emission nozzle and / or a setting of the diameter of the nozzle of the emission nozzle.
  • At least one radial orifice is provided allowing injection of the carrier gas into the discharge chamber in a direction approximately perpendicular to the longitudinal axis in order to create a swirling of the carrier gas along the longitudinal axis in the direction of the mouth of the emission nozzle.
  • at least one radial orifice is made so as to allow an acceleration of the carrier gas from a subsonic velocity to an approximately supersonic velocity.
  • the generation of the plasma jet from the carrier gas can advantageously be improved.
  • the device comprises at least one axial orifice for injecting a reactive gas capable of being mixed with the carrier gas for the generation of the plasma jet.
  • the axial orifice is preferably adapted to allow a swirling of the reactive gas along the longitudinal axis in the direction of the mouth of the emission nozzle.
  • the present invention therefore allows the creation of different plasma jets having different characteristics and fields of application.
  • the carrier gas is air.
  • the mouth of the emission nozzle is made to allow an acceleration of the plasma jet of a subsonic speed at an approximately supersonic speed.
  • the present invention thus allows rapid and efficient cooling of the plasma jet at the output of the device.
  • the mouth of the emission nozzle preferably comprises at least one radial opening for the angular emission of the plasma jet.
  • FIG. 1 a longitudinal sectional view of a downstream part of a device for generating a plasma jet from a carrier gas according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 a longitudinal sectional view of an upstream part of a device for generating a plasma jet from a carrier gas according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 a cross-sectional view of the upstream portion of the device of FIG. 2 according to another embodiment
  • FIG. 4 a schematic view of a radial temperature distribution measured in the discharge chamber and in the emission nozzle according to FIG. 1 and 2;
  • FIG. A schematic view of a radial distribution of a pressure measured in the discharge chamber and in the emission nozzle according to FIG. 1 and 2;
  • FIG. 6 a longitudinal sectional view of an upstream portion of a device for generating a plasma jet from a carrier gas and a reactive gas according to another embodiment of the invention
  • FIG. 7 a cross-sectional view of the upstream portion of the device of FIG. 6;
  • FIG. 8 a longitudinal sectional view of an upstream part of a device for generating a plasma jet from a carrier gas according to another embodiment, with an additional electrode in front of the electrode discharge;
  • FIG. 9 and 10 are diagrammatic views of exemplary short-pulse mode operation of the electric current applied to the device of the preceding figures;
  • FIG. 11 and 12 views in longitudinal section of preferable mouths of the emission nozzle according to the preceding figures;
  • FIG. 13 a schematic view of the device of the preceding figures with radial orifices provided at the mouth of the emission nozzle;
  • FIG. A schematic view of a device comprising a plurality of discharge chambers and emission nozzles for treating the inner surface of tubes having a relatively large inner diameter
  • FIG. A schematic sectional view of a device according to the preceding figures, adapted as an example to the treatment of an inner surface of a closed volume;
  • FIG. 16 and 17 a diagrammatic sectional view of an exemplary device for redirecting a plasma jet generated for internal surface treatment of objects in the form of a ring or a tube;
  • FIG. 18 a schematic sectional view of an exemplary device for redirecting a generated plasma jet for simultaneous processing of two side surfaces of a predetermined object. Mode (s) of realization of the invention
  • FIG. 1 illustrates by way of example the downstream side of a device 10 for the generation of a plasma jet 11, comprising a discharge chamber 12 having a longitudinal axis 13 and an emission nozzle 14 connected to the chamber of discharge 12.
  • the emission nozzle 14 is provided with a mouth 15 for the emission of the plasma jet 11.
  • the device 10 further comprises a discharge electrode 16 and a counter electrode produced by way of example by the nozzle 14.
  • the discharge electrode 16 is formed in the form of a pin arranged on the longitudinal axis 13 of the discharge chamber 12.
  • the discharge electrode 16 and the associated counter electrode are preferably adapted to generate an electric discharge allowing the generation of the plasma jet 11 by the creation of an electric arc 17 between the discharge electrode 16 and the mouth 15 of the emission nozzle 14.
  • the generation of the plasma jet 11 is made from a carrier gas, such as air , injected into the discharge chamber 12, for example, by orifices (for example 82 in Fig. 8) provided between the discharge electrode 16 and the emission nozzle 14, as illustrated by arrows 19.
  • a carrier gas such as air
  • the discharge chamber 12 and the emission nozzle 14 have an adjustable length as a function of a predetermined output power of the plasma jet 11.
  • the regulation of this length allows the regulation of the length of the electric arc 17 and thus the regulation of the output power of the plasma jet 11 generated.
  • the discharge electrode 16 is arranged according to an embodiment in a displaceable manner along the longitudinal axis 13 of the discharge chamber 12 so as to allow an indirect adjustment of the length of the discharge chamber 12 and the emission nozzle 14.
  • the output power of the plasma jet 11 generated by applying a fixed electric current to the discharge electrode 16 and the associated counter-electrode depends on the voltage drop of the electric arc 17. This drop depends directly on the discharge length L of the electric arc 17, and therefore the length of the discharge chamber 12 and the emission nozzle 14, and the pressure of a carrier gas injected into the device 10 as illustrated in FIG. Fig. 2.
  • the change in the length of the discharge chamber 12 and the nozzle 14 can adjust the power put in the plasma jet 11 with the setting of other parameters, including the pressure of the carrier gas.
  • the mouth 15 of the emission nozzle 14 is formed so as to allow an acceleration of the plasma jet 11 of a subsonic speed at an approximately supersonic speed.
  • the preferably comprises an opening diameter D1 adjustable according to the predetermined output power of the plasma jet 11.
  • the regulation of the diameter D1 of the mouth 15 makes it possible to increase the voltage drop. of the electric arc and consequently to increase the power placed in the plasma jet 11.
  • a shrinkage of the diameter D1 an increase in the pressure inside the discharge chamber 12 and the nozzle 14 appears.
  • the regulation of the diameter D1 of the mouth 15 makes it possible to intensify the hydrodynamic pressure of the plasma jet 11 at the mouth 15.
  • FIG. 2 illustrates by way of example an upstream side of the device 10 of FIG. 1.
  • the emission nozzle 14 comprises a closing wall 22 provided with an opening 24 capable of receiving the discharge electrode 16 and at least one radial orifice 25 having an opening diameter D2. This defines the speed of the flow of the carrier gas and within certain limits also that of the plasma jet 11.
  • the discharge electrode 16 comprises, according to one embodiment, an axial orifice 27.
  • the axial orifice 27 is preferably adapted for the injection of a reactive gas, for example tetrafluormethane (CF4), as illustrated by an arrow 23.
  • the at least one radial orifice 25 is preferably adapted for the injecting a carrier gas towards the inner surface 29 of the emission nozzle 14 forming the counter electrode, that is to say in a direction approximately perpendicular to the longitudinal axis 13, as illustrated by an arrow 21.
  • This allows to create a circular swirling of the carrier gas along this longitudinal axis 13 in the direction of the mouth (15 in Fig. 1) of the emission nozzle 14, as illustrated by a arrow 26. This swirling is necessary to stabilize the electric arc 17 over its entire length (L in Fig. 1) and the plasma jet 11 (Fig. 1).
  • the carrier gas is capable of being mixed with the reactive gas for the generation of the plasma jet 11.
  • FIG. 3 illustrates a view of the fence wall 22 on the upstream side of the device 10 of FIG. 2 according to another embodiment. As illustrated in FIG. 3, several radial orifices 25 for the injection of the carrier gas are provided. Thus, an increase in the total flow of the carrier gas in the discharge chamber (12 in Fig. 2) can be achieved while preserving the rate of propagation of the gas in the chamber.
  • At least one of the radial orifices 25 is made to allow an acceleration of the carrier gas of a subsonic speed at an approximately supersonic speed.
  • one of the orifices 25 may have the shape of a Laval nozzle.
  • FIG. 4 illustrates a radial distribution 40 of temperature T measured in dependence on the radius r in the discharge chamber 12 and the emission nozzle 14 according to FIGS. 1 and 2 during the generation of the plasma jet (11 in FIGS. ). As illustrated in FIG. 4, a main ohmic heating is performed along the longitudinal axis (13 in Figs 1 & 2) of the discharge chamber 12 of Fig. 1; 1 and 2.
  • FIG. 5 illustrates a radial distribution of a pressure P measured in dependence on the radius r in the discharge chamber 12 and the emission nozzle 14 according to FIGS. 1 and 2 during the generation of the plasma jet (11 in FIG. 2).
  • the pressure P is reduced in a zone of the discharge chamber 12 which is located near the longitudinal axis (13 in Figs 1 & 2) of the discharge chamber 12 of Fig. 1 & 2 without the knowledge of circular swirling (26 in FIG. 2) carrier gas along the longitudinal axis (13 in Fig. 1 & 2).
  • the reactant gas through the axial orifice (27 in Fig. 2), the latter can easily be heated and the transformations necessary for subsequent chemical plasma reactions can take place.
  • FIG. 6 illustrates by way of example the upstream side of the device 10 according to FIG. 2, wherein a reactive gas is introduced or injected through the axial orifice 27 provided in the discharge electrode 16.
  • This reactive gas is preferably injected with a clean turbulence illustrated by an arrow 61.
  • two gas flows rotating that is to say the flow of the reactive gas and the flow of the carrier gas along the longitudinal axis 13 of the discharge chamber 12 provide a hydrodynamic stabilization and allow mixing of gases over a great length, i.e. the length L of FIG. 1.
  • FIG. 7 schematically illustrates a migration of the starting point 72 of the electric arc (17 in Fig. 1, 2 & 6). As shown by an arrow 74, this starting point 72 migrates on the circumference of the discharge electrode 16 in the direction of clockwise due to the flow of the rotating gases, that is to say the reactive gas and swirling carrier gas as shown in FIG. 6. Thus, the erosion of the discharge electrode 16 can advantageously be reduced by considerably increasing its life time.
  • FIG. 8 shows the device 10 of FIG. 1 with a closing wall 81 defining for the illustration of the axial orifices 82 with the discharge electrode 16 for the injection of the carrier gas, as explained in FIG. 1.
  • a closing wall 81 defining for the illustration of the axial orifices 82 with the discharge electrode 16 for the injection of the carrier gas, as explained in FIG. 1.
  • an additional electrode 89 having a direct electrical connection with the discharge chamber 12 and the emission nozzle (14 in FIG. ) according to an embodiment.
  • the provision on the longitudinal axis 13 of the discharge chamber 12 of the additional electrode 89 increases the stability of the electric discharge and therefore the electric arc 17 and, therefore, its possible length.
  • the additional electrode 89 allows the plasma jet 11 to exit the mouth 15 at different angles with respect to the longitudinal axis 13.
  • FIG. 9 and 10 illustrate electrical pulses 90, 100 of short durations applicable to the discharge electrode 16 and the counter electrode 14 of FIGS. 1, 2, 6 and 8 allowing a so-called "operation under short pulses" of the device 10 of these figures.
  • the application of these electrical pulses allows an increase of the off-equilibrium plasma in comparison with the generation of the plasma during continuous operation, that is to say during the application of a direct current to the electrodes, and acceleration of chemical plasma reactions.
  • the pulses 90, 100 may have different polarities, constant or variable, in all frequency ranges.
  • FIG. 11 and 12 illustrate two different embodiments of the mouth 15 of the emission nozzle 14 of the device 10 according to FIGS. 1, 2, 6 and 8. More particularly, the mouth 15 can be made in such a way as to allow an acceleration of the generated plasma jet 11 from a subsonic velocity to an approximately supersonic velocity.
  • the mouth may for example have a shape close to a Laval nozzle, thus ensuring a net and rapid cooling of the plasma jet 11 when it leaves the emission nozzle 14 and, if necessary, a clear shift in temperature increased by the aforementioned chemical plasma reactions.
  • FIG. 13 shows an arrangement 130 illustrating the device 10 according to FIGS. 1, 2, 6 and 8, in which the mouth 15 of the emission nozzle 14 comprises at least one radial opening 132 allowing the angular emission of the plasma jet 11 or a part thereof.
  • FIG. 14 shows an arrangement 140 comprising for illustration a plurality of discharge chambers 12 and associated emission nozzles 14, which generate different plasma jets 11.
  • a treatment of an inner surface 133 (Fig. 13) of an extended object 135, such as a tube or a ring, can then be made by moving the different plasma jets generated 11 with respect to the surface 133, as illustrated by an arrow 149.
  • a treatment zone of the inner surface 133 of the Expanded objects 135 may be enlarged, allowing, for example, successive executions of the following technological operations: a cleaning of the surface 133, its activation, or a deposition of the plasma transported by the plasma jet 11 on the surface 133 in order to create a layer functional or decorative.
  • FIG. 15 shows an arrangement 150 illustrating a treatment of an inner surface 153 of a closed volume 154 of a housing 155 with the device 10 according to Figures 1, 2, 6 and 8 having radial openings 132 in the mouth 15 of the emission nozzle 14 according to FIG. 13.
  • free radicals and other particles exiting the plasma jet 11 keep their energy for a certain time. This allows after the introduction of the plasma jet 11 into the closed volume 154 using the device 10, for example an activation of the inner surface 153. For this, it is sufficient to give the active gas 159 generated by the plasma jet 11 sufficient time to interact with the inner surface 153.
  • FIG. 16 shows an arrangement 160 comprising an object 162, such as a tube or a ring, having an inner surface to be treated 164 and an object 165 for the redirection of the plasma jet 11 emitted by the device 10 as described above in FIG. Referring to Figures 1 to 15 to surface 164.
  • the object 165 is made in the form of a cone and positioned approximately on the axis of the object 162.
  • the object 165 is adapted to redirect the plasma jet 11 towards the surface 164 of the object 162 in order to increase a corresponding angle of attack of the plasma jet 11.
  • the outer surface of the object 165 may have an almost hyperbolic shape.
  • the plasma jet 11 arrives on the object 165 which redistributes it regularly on the surface to be treated
  • the device 10 and the object 165 move or together or with respect to each other, as illustrated by an arrow 169.
  • FIG. 17 shows an arrangement 170 which is a variant of the arrangement 160 of FIG. 16 and in which the electrical connection of the object 165 for the redirection of the plasma jet 11 and that of the emission nozzle 14, that is to say the counter electrode, is a ground connection.
  • the object 165 and the discharge electrode 16 are disposed on the longitudinal axis 13 of the emission nozzle 14.
  • the electric arc 17 can stretch from the discharge electrode 16 to the to the object 165 by moving the particle generation zone of the plasma jet 11 to the surface to be treated 164 by increasing its efficiency.
  • FIG. 18 shows an arrangement 180 which is a variant of the arrangement 170 of FIG. 17, in which the object 165 for the redirection of the plasma jet 11 is made in the form of a prism and the object 162 having the inner surface to be treated 164 is made by two boards 182, 184 having two faces 183, 185.
  • this arrangement 180 it is possible to direct the plasma jet 11 on one side of the prism 165 to treat only the surface of one of the boards
  • the plasma jet 11 can be directed on a side 189 of the prism 165 and thus only treat the side surface 185 of the board 184.
  • the cross section of the prism 165 may have an almost hyperbolic shape. Also note that during a treatment of the lateral surfaces
  • the boards 182, 184 and the prism 165 can be moved relative to one another in two respective planes, as illustrated by arrows 187, 188.
  • This example uses the device 10 made according to FIG. 1.
  • the use of the first nozzle is 1500 W, with the second nozzle 2300 W.
  • the elongation of the nozzle increases the power consumed by the plasma.
  • Example 2 This example uses the device 10 made according to FIG. 1 Settings:
  • the power consumed by the plasma when using the first nozzle is 1500 W, with the second nozzle of 1700 W.
  • the decrease in the diameter of the mouth of the nozzle increases the power consumed by the plasma .
  • the pressure measured in the first nozzle is about 4.5 bar and in the second nozzle about 5 bar.
  • This example uses the device 10 made according to FIGS. 2 and 6.
  • This configuration makes it possible to obtain a succession of etchings of a photoresist layer.
  • This example uses the device 10 in the operating mode according to FIGS. 9 and 10.
  • variable pulse frequency 50 to 2000 Hz
  • This example uses the device 10 made according to FIG. 12. Settings:
  • This configuration makes it possible to obtain a succession of cleaning and activation (s) of the inner surface of the tubes to be treated.
  • This example uses the device 10 made according to FIG. 13. Settings:
  • a carrier gas air plasma carrier gas flow 50 1 / min atmospheric outside pressure ⁇ outside diameter of the nozzle used 20 mm quantity of nozzles used 12 inner diameter of the tubes to be treated 1420 mm distance between the nozzles used over the length of the tube to be treated 20 mm
  • This configuration makes it possible to obtain a succession of fine cleanings and activation (s) of the inner surface of the tubes to be treated.
  • This example uses the device 10 made according to FIG. 13. Settings:
  • This configuration allows to obtain a succession of technological operations in one cycle: a fine cleaning and an activation of a surface to be treated, as well as a reduction of oxides and a deposition of a thin layer of SiOx on this surface.
  • This example uses the device 10 made according to FIG. 14. Settings:
  • This configuration makes it possible to obtain activation of the inner surface of the bottle by the plasma and the corresponding active gas which remains in the bottle for 2 min.
  • the energy of the surface can be increased from 35 to 38 mN / m before the plasma treatment up to 56 to 72 mN / m.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré, ladite chambre de décharge et ladite buse d'émission ayant une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma.

Description

DISPOSITIF POUR LA GENERATION D'UN JET DE PLASMA
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un dispositif pour la génération d'un jet de plasma et, plus particulièrement, un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré.
Etat de la technique
[0002] La demande de brevet allemand DE 195 32 412 Al décrit un tel dispositif destiné au prétraitement de la surface de pièces à fabriquer. Ce dispositif comporte en amont un boîtier avec un axe longitudinal, le long duquel une électrode de décharge est logée. Le boîtier comporte un orifice radial pour l'injection d'un gaz porteur permettant la création d'un tourbillonnement de ce gaz porteur le long de l'axe longitudinal. En aval du dispositif, une buse d'émission entourée d'une contre électrode définissant une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré est prévue. La buse d'émission est couplée au boîtier .
[0003] Lors d'une mise en service du dispositif de la DE 195 32 412 Al, un gaz porteur tel que l'air est injecté par l'orifice radial dans le boîtier et un courant électrique est appliqué à l'électrode de décharge et la contre électrode. Ainsi, une décharge électrique est générée qui résulte dans la création d'un arc électrique adapté à la génération d'un jet de plasma à partir du gaz porteur. Ce jet de plasma généré est émis par l'embouchure de la buse d'émission sur la surface d'une pièce à fabriquer pour le prétraitement de cette surface.
[0004] L' inconvénient du dispositif de la DE 195 32 412 Al est le nombre de composants nécessaires à sa fabrication. De plus, ce dispositif n'a qu'un champ d'application bien limité, car le jet de plasma généré n'a qu'une puissance de sortie limitée.
Divulgation de l'invention
[0005] La présente invention a pour but de proposer un nouveau dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur ayant un nombre de composants réduit et un champ d'application élargi.
[0006] Ce but est atteint par un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré. Ladite chambre de décharge et ladite buse d'émission ont une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma. Dans d'autres modes de réalisation le dispositif comprend plusieurs chambres de décharge et plusieurs buses d'émission. Ceci permet d'élargir la zone du traitement da la surface. Il est également possible d'utiliser plusieurs gaz porteurs provenant de plusieurs buses, c.à.d. chaque buse utilise un gaz différent afin de permettre l'exécution des opérations successives .
[0007] La présente invention permet donc d'élargir le champ d'application d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur en permettant d'augmenter ou de réduire la puissance de sortie d'un jet de plasma généré par un réglage adapté de la longueur de la chambre de décharge et de la buse d'émission du dispositif. [0008] Le dispositif selon l'invention comporte préférablement une électrode de décharge et une contre électrode associée, adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur. La contre électrode est préférablement réalisée par la buse d'émission et la décharge électrique est susceptible de créer un arc électrique nécessaire à la génération d'un jet de plasma entre l'électrode de décharge et l'embouchure de la buse d'émission. Des impulsions électriques de courtes durées sont applicables à l'électrode de décharge et la contre électrode. Les impulsions peuvent avoir différentes polarités, constantes ou variables, dans toutes les gammes de fréquence.
[0009] Ainsi, en utilisant la buse d'émission en tant que contre électrode, le nombre de composants nécessaires à la réalisation du dispositif peut avantageusement être réduit.
[0010] Selon un mode d'exécution de l'invention, l'électrode de décharge est arrangée sur l'axe longitudinal de la chambre de décharge et de manière déplaçable le long de cet axe afin de permettre un réglage de la longueur de la chambre de décharge et la buse d'émission. L'embouchure de la buse d'émission comporte préférablement un diamètre réglable en fonction de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma.
[0011] La présente invention permet donc un réglage rapide et. facile de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma par un réglage de la longueur de la chambre de décharge et de la buse d'émission et/ou un réglage du diamètre de l'embouchure de la buse d'émission.
[0012] De préférence, au moins un orifice radial est prévu permettant une injection du gaz porteur dans la chambre de décharge dans une direction approximativement perpendiculaire à l'axe longitudinal afin de créer un tourbillonnement du gaz porteur le long de l'axe longitudinal dans la direction de l'embouchure de la buse d'émission. Selon un mode d'exécution, au moins un orifice radial est réalisé de manière à permettre une accélération du gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.
[0013] Ainsi, la génération du jet de plasma à partir du gaz porteur peut avantageusement être améliorée.
[0014] Selon un mode d'exécution, le dispositif comporte au moins un orifice axial permettant l'injection d'un gaz réactif susceptible d'être malaxé avec le gaz porteur pour la génération du jet de plasma. L'orifice axial est préférablement adapté à permettre un tourbillonnement du gaz réactif le long de l'axe longitudinal dans la direction de l'embouchure de la buse d'émission.
[0015] La présente invention permet donc la création de différents jets de plasma ayant des caractéristiques et des champs d'application différents.
[0016] De préférence, le gaz porteur est de l'air.
[0017] Ainsi, un gaz porteur bien disponible et peu coûteux peut être utilisé .
[0018] Selon un mode d'exécution, l'embouchure de la buse d'émission est réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.
[0019] La présente invention permet donc un refroidissement rapide et efficace du jet de plasma à la sortie du dispositif.
[0020] L'embouchure de la buse d'émission comporte préférablement au moins une ouverture radiale permettant l'émission angulaire du jet de plasma.
[0021] Ainsi, un élargissement supplémentaire des champs d'application du jet de plasma généré est avantageusement possible .
Brève description des dessins
[0022] Les détails de réalisation et les avantages du dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon l'invention ressortiront de la description détaillée suivante des différents modes d'exécution, donnée à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés qui montrent schématiquement :
[0023] Fig. 1 une vue en coupe longitudinale d'une partie en aval d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un mode d'exécution de l'invention;
[0024] Fig. 2 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un mode d'exécution de l'invention;
[0025] Fig. 3 une vue en coupe transversale de la partie en amont du dispositif de la Fig. 2 selon un autre mode d'exécution;
[0026] Fig. 4 une vue schématique d'une distribution radiale de température mesurée dans la chambre de décharge et dans la buse d'émission selon Fig. 1 et 2;
[0027] Fig. 5 une vue schématique d'une distribution radiale d'une pression mesurée dans la chambre de décharge et dans la buse d'émission selon Fig. 1 et 2;
[0028] Fig. 6 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur et d'un gaz réactif selon un autre mode d'exécution de l'invention;
[0029] Fig. 7 une vue en coupe transversale de la partie en amont du dispositif de la Fig. 6;
[0030] Fig. 8 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un autre mode d'exécution, avec une électrode supplémentaire en face de l'électrode de décharge;
[0031] Fig. 9 et 10 des vues schématiques d'un fonctionnement exemplaire en régime à base d' impulsions courtes du courant électrique appliqué au dispositif des figures précédentes;
[0032] Fig. 11 et 12 des vues en coupe longitudinale d'embouchures préférables de la buse d'émission selon les figures précédentes ; [0033] Fig. 13 une vue schématique du dispositif des figures précédentes avec des orifices radiaux prévus à l'embouchure de la buse d'émission;
[0034] Fig. 14 une vue schématique d'un dispositif comprenant une multiplicité de chambres de décharge et des buses d'émission pour le traitement de la surface intérieure de tubes ayant un diamètre intérieur relativement grand;
[0035] Fig. 15 une vue schématique en coupe d'un dispositif selon les figures précédentes, adapté à titre d'exemple au traitement d'une surface intérieure d'un volume fermé;
[0036] Fig. 16 et 17 une vue schématique en coupe d'un dispositif exemplaire de redirection d'un jet de plasma généré pour un traitement de surfaces intérieures des objets sous forme d'anneau ou de tube;
[0037] Fig. 18 une vue schématique en coupe d'un dispositif exemplaire pour la redirection d'un jet de plasma généré permettant un traitement simultané de deux surfaces latérales d'un objet prédéterminé. Mode (s) de réalisation de l'invention
[0038] Dans la description détaillée suivante des dessins annexés, les éléments identiques sont désignés par des références d'identification identiques. De manière générale, ces éléments et leurs fonctionnalités sont décrits une seule fois pour raisons de brièveté et afin d'éviter des répétitions.
[0039] Fig. 1 illustre à titre d'exemple le côté en aval d'un dispositif 10 pour la génération d'un jet de plasma 11, comportant une chambre de décharge 12 ayant un axe longitudinal 13 et une buse d'émission 14 liée à la chambre de décharge 12. La buse d'émission 14 est pourvue d'une embouchure 15 pour l'émission du jet de plasma 11. Le dispositif 10 comporte en outre une électrode de décharge 16 et une contre électrode réalisée à titre d'exemple par la buse d'émission 14. Pour l'illustration, l'électrode de décharge 16 est réalisée sous forme d'une goupille arrangée sur l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12. L'électrode de décharge 16 et la contre électrode associée sont préférablement adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération du jet de plasma 11 par la création d'un arc électrique 17 entre l'électrode de décharge 16 et l'embouchure 15 de la buse d'émission 14. La génération du jet de plasma 11 se fait à partir d'un gaz porteur, tel que l'air, injecté dans la chambre de décharge 12, par exemple, par des orifices (par exemple 82 dans Fig. 8) prévus entre l'électrode de décharge 16 et la buse d'émission 14, comme illustré par des flèches 19.
Selon un mode d'exécution, la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 ont une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma 11. Autrement dit, la régulation de cette longueur permet la régulation de la longueur de l'arc électrique 17 et ainsi la régulation de la puissance de sortie du jet de plasma 11 généré. Pour ce faire, l'électrode de décharge 16 est arrangée selon un mode d'exécution de manière déplaçable le long de l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 afin de permettre un réglage indirect de la longueur de la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14.
Plus en détail, la puissance de sortie du jet de plasma 11 généré en appliquant un courant électrique fixe à l'électrode de décharge 16 et la contre électrode associée dépend de la chute de tension de l'arc électrique 17. Cette chute dépend directement de la longueur de décharge L de l'arc électrique 17, et donc de la longueur de la chambre de décharge 12 et de la buse d'émission 14, et de la pression d'un gaz porteur injecté dans le dispositif 10 comme illustré dans la Fig. 2. Ainsi, le changement de la longueur de la chambre de décharge 12 et de la buse 14 permet de régler la puissance mise dans le jet de plasma 11 avec la fixation des autres paramètres, notamment la pression du gaz porteur. [0042] Selon un mode d'exécution, l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 est réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma 11 d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. De plus, elle comporte préférablement un diamètre d' ouverture Dl réglable en fonction de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma 11. Plus en détail, la régulation du diamètre Dl de l'embouchure 15 permet d'augmenter la chute de la tension de l'arc électrique et en conséquence d'augmenter la puissance mise dans le jet de plasma 11. Dans le cas d'un rétrécissement du diamètre Dl, une augmentation de la pression à l'intérieur de la chambre de décharge 12 et de la buse 14 apparaît. Ainsi, la régulation du diamètre Dl de l'embouchure 15 permet d'intensifier la pression hydrodynamique du jet de plasma 11 à l'embouchure 15.
[0043] Fig. 2 illustre à titre d'exemple un côté en amont du dispositif 10 de la Fig. 1. Comme l'illustre la Fig. 2, la buse d'émission 14 comporte un mur de clôture 22 pourvu d'une ouverture 24 susceptible de recevoir l'électrode de décharge 16 et au moins un orifice radial 25 ayant un diamètre d'ouverture D2. Celui-ci définit la vitesse du flux du gaz porteur et dans certaines limites aussi celle du jet de plasma 11. L'électrode de décharge 16 comporte selon un mode d'exécution un orifice axial 27.
[0044] L'orifice axial 27 est préférablement adapté pour l'injection d'un gaz réactif, par exemple le tétrafluorméthane (CF4), comme illustré par une flèche 23. L'au moins un orifice radial 25 est préférablement adapté pour l'injection d'un gaz porteur vers la surface intérieure 29 de la buse d'émission 14 réalisant la contre électrode, c'est-à-dire dans une direction approximativement perpendiculaire à l'axe longitudinal 13, comme illustré par une flèche 21. Ceci permet de créer un tourbillonnement circulaire du gaz porteur le long de cet axe longitudinal 13 dans la direction de l'embouchure (15 dans Fig. 1) de la buse d'émission 14, comme illustré par une flèche 26. Ce tourbillonnement est nécessaire à la stabilisation de l'arc électrique 17 sur toute sa longueur (L dans Fig. 1) et du jet de plasma 11 (Fig. 1) . Le gaz porteur est susceptible d'être malaxé avec le gaz réactif pour la génération du jet de plasma 11.
[0045] Fig. 3 illustre une vue sur le mur de clôture 22 du côté en amont du dispositif 10 de la Fig. 2 selon un autre mode d'exécution. Comme l'illustre la Fig. 3, plusieurs orifices radiaux 25 pour l'injection du gaz porteur sont prévus. Ainsi, une augmentation du flux total du gaz porteur dans la chambre de décharge (12 dans Fig. 2) peut être obtenue tout en préservant la vitesse de propagation du gaz dans la chambre.
[0046] De préférence, au moins un des orifices radiaux 25 est réalisé de manière à permettre une accélération du gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. Par exemple, un des orifices 25 peut avoir la forme d'une buse de Laval. Ainsi, un refroidissement net du gaz porteur peut être obtenu lors de son injection, permettant un refroidissement de l'électrode de décharge 16 et une réduction de son érosion.
[0047] Fig. 4 illustre une distribution radiale 40 de température T mesurée en dépendance du rayon r dans la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 selon les figures 1 et 2 lors de la génération du jet de plasma (11 dans Fig. 1 & 2) . Comme l'illustre la Fig. 4, un chauffage ohmique principal s'effectue le long de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) de la chambre de décharge 12 de Fig. 1 et 2.
[0048] Fig. 5 illustre une distribution radiale d'une pression P mesurée en dépendance du rayon r dans la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 selon les figures 1 et 2 lors de la génération du jet de plasma (11 dans Fig. 1 & 2) . Comme l'illustre la Fig. 5, la pression P est réduite dans une zone de la chambre de décharge 12 qui se situe près de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) de la chambre de décharge 12 de Fig. 1 & 2 à l'insu du tourbillonnement circulaire (26 dans la Fig. 2) du gaz porteur le long de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) . Ainsi, en introduisant ou injectant le gaz réactif à travers l'orifice axial (27 dans Fig. 2), ce dernier peut facilement être chauffé et les transformations nécessaires pour des réactions plasma chimiques subséquentes peuvent avoir lieu.
[0049] Fig. 6 illustre à titre d'exemple le côté en amont du dispositif 10 selon la Fig. 2, dans lequel un gaz réactif est introduit ou injecté par l'orifice axial 27 prévu dans l'électrode de décharge 16. Ce gaz réactif est préférablement injecté avec une turbulence propre illustrée par une flèche 61. Ainsi, deux flux à gaz tournant, c'est-à-dire le flux du gaz réactif et le flux du gaz porteur, le long de l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 assurent une stabilisation hydrodynamique et permettent un malaxage des gaz sur une grande longueur, c'est-à-dire la longueur L de la Fig. 1.
[0050] Fig. 7 illustre schématiquement une migration du point de départ 72 de l'arc électrique (17 dans Fig. 1, 2 & 6) . Comme le montre une flèche 74, ce point de départ 72 migre sur la circonférence de l'électrode de décharge 16 dans le sens des aiguilles d'une montre due aux flux des gaz tournants, c'est- à-dire du gaz réactif et du gaz porteur tourbillonnants comme illustré dans la Fig. 6. Ainsi, l'érosion de l'électrode de décharge 16 peut avantageusement être réduite en augmentant considérablement son temps de vie.
[0051] Fig. 8 montre le dispositif 10 de la Fig. 1 avec un mur de clôture 81 définissant pour l'illustration des orifices axiaux 82 avec l'électrode de décharge 16 pour l'injection du gaz porteur, comme expliqué à la Fig. 1. Axialement opposé à l'électrode de décharge 16, et donc en face de celle-ci, est arrangé une électrode supplémentaire 89 ayant une liaison électrique directe avec la chambre de décharge 12 et la buse d'émission (14 dans Fig. 1) selon un mode d'exécution. [0052] La disposition sur l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 de l'électrode supplémentaire 89 augmente la stabilité de la décharge électrique et donc de l'arc électrique 17 et, donc, de sa longueur possible. De plus, l'électrode supplémentaire 89 permet au jet de plasma 11 de sortir de l'embouchure 15 sous différents angles par rapport à l'axe longitudinal 13.
[0053] Fig. 9 et 10 illustrent des impulsions électriques 90, 100 de courtes durées applicables à l'électrode de décharge 16 et la contre électrode 14 des figures 1, 2, 6 et 8 permettant un soi-disant «fonctionnement en régime d'impulsions courtes» du dispositif 10 de ces figures. L'application de ces impulsions électriques permet une augmentation du plasma hors équilibre en comparaison avec la génération du plasma lors d'un fonctionnement en régime continu, c'est-à-dire pendant l'application d'un courant continu aux électrodes, et l'accélération des réactions plasma chimiques. Comme le montrent les Fig. 9 et 10, les impulsions 90, 100 peuvent avoir différentes polarités, constantes ou variables, dans toutes les gammes de fréquence.
[0054] Fig. 11 et 12 illustrent deux différents modes d'exécution de l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 du dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8. Plus particulièrement, l'embouchure 15 peut être réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma généré 11 d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. Pour ceci, l'embouchure peut par exemple avoir une forme proche d'une buse de Laval, assurant ainsi un refroidissement net et rapide du jet de plasma 11 lors de sa sortie de la buse d'émission 14 et, en cas de besoin, un déplacement net de la température augmentée par les réactions plasma chimiques susmentionnées .
[0055] Fig. 13 montre un arrangement 130 illustrant le dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8, dans lequel l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 comporte au moins une ouverture radiale 132 permettant l'émission angulaire du jet de plasma 11 ou d'une partie de ce dernier.
[0056] Fig. 14 montre un arrangement 140 comportant pour l'illustration plusieurs chambres de décharge 12 et des buses d'émission 14 associées, qui génèrent différents jets de plasma 11. Un traitement d'une surface intérieure 133 (Fig. 13) d'un objet étendu 135, tel qu'un tube ou un anneau, peut alors être effectué en déplaçant les différents jets de plasma générés 11 par rapport à la surface 133, comme illustré par une flèche 149. Ainsi, une zone de traitement de la surface intérieure 133 des objets étendus 135 peut être élargie permettant, par exemple, des exécutions successives des opérations technologiques suivantes: un nettoyage de la surface 133, son activation, ou une déposition du plasma transporté par le jet de plasma 11 sur la surface 133 afin de créer une couche fonctionnelle ou décorative.
[0057] Fig. 15 montre un arrangement 150 illustrant un traitement d'une surface intérieure 153 d'un volume fermé 154 d'un boîtier 155 avec le dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8 comportant des ouvertures radiales 132 dans l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 selon la Fig. 13. Pour comprendre le fonctionnement de l'arrangement 150, il faut savoir que des radicaux libres et d'autres particules sorties du jet de plasma 11 gardent leur énergie pendant un certain temps. Ceci permet après l'introduction du jet de plasma 11 dans le volume fermé 154 en utilisant le dispositif 10, par exemple une activation de la surface intérieure 153. Pour cela, il suffit de donner au gaz actif 159 généré par le jet de plasma 11 un temps suffisant pour interagir avec la surface intérieure 153. De plus, l'utilisation de l'azote au lieu de l'air en tant que gaz porteur intensifie l'effet du traitement par le gaz actif 159, car les radicaux actifs libres de l'azote ont une durée de vie beaucoup plus élevée que les radicaux libres de l'oxygène contenu dans l'air. [0058] Fig. 16 montre un arrangement 160 comportant un objet 162, tel qu'un tube ou un anneau, ayant une surface intérieure à traiter 164 et un objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 émit par le dispositif 10 tel que décrit ci-dessus en faisant référence aux figures 1 à 15 vers la surface 164.
L'objet 165 est réalisé sous forme de cône et positionné approximativement sur l'axe de l'objet 162. L'objet 165 est adapté à rediriger le jet de plasma 11 vers la surface 164 de l'objet 162 afin d'augmenter un angle d'attaque correspondant du jet de plasma 11. Pour l'augmentation de l'angle d'attaque du jet de plasma 11, la surface extérieure de l'objet 165 peut avoir une forme quasiment hyperbolique.
[0059] Selon un mode d'exécution, lors du fonctionnement du dispositif 10 le jet de plasma 11 arrive sur l'objet 165 qui le redistribue de manière régulière sur la surface à traiter
164 selon sa circonférence. Pour le traitement p. e. des tubes longs, le dispositif 10 et l'objet 165 se déplacent ou ensemble ou l'un par rapport à l'autre, comme illustré par une flèche 169.
[0060] Fig. 17 montre un arrangement 170 qui est une variante de l'arrangement 160 de la Fig. 16 et dans lequel la connexion électrique de l'objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 et celle de la buse d'émission 14, c'est-à-dire de la contre électrode, est une connexion de masse. De préférence, l'objet 165 et l'électrode de décharge 16 sont disposés sur l'axe longitudinal 13 de la buse d'émission 14. Ainsi, l'arc électrique 17 peut s'étirer de l'électrode de décharge 16 jusqu'à l'objet 165 en déplaçant la zone de la génération des particules du jet de plasma 11 vers la surface à traiter 164 en augmentant son efficacité.
[0061] Fig. 18 montre un arrangement 180 qui est une variante de l'arrangement 170 de la Fig. 17, dans lequel l'objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 est réalisé sous forme de prisme et l'objet 162 ayant la surface intérieure à traiter 164 est réalisé par deux planches 182, 184 ayant deux faces latérales à traiter 183, 185. Dans cet arrangement 180, il est possible de diriger le jet de plasma 11 sur un côté du prisme 165 afin de traiter uniquement la surface d'une des planches
182, 184. Par exemple, le jet de plasma 11 peut être dirigé sur un côté 189 du prisme 165 et ainsi traiter uniquement la surface latérale 185 de la planche 184. Afin d'augmenter l'angle d'attaque du jet de plasma 11, la coupe transversale du prisme 165 peut avoir une forme quasiment hyperbolique. Notez aussi que lors d'un traitement des surfaces latérales
183, 185, les planches 182, 184 et le prisme 165 peuvent être déplacés relativement l'un par rapport à l'autre dans deux plans respectifs, comme illustré par des flèches 187, 188.
[0062] À titre indicatif, divers exemples de réalisation du dispositif pour la génération d'un jet de plasma selon l'invention sont donnés ci-dessous.
[0063] Exemple 1:
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 1.
Paramètres :
• source d'énergie courant continue
• courant électrique appliqué 1 A
• gaz porteur air
• débit du gaz porteur 50 1/min
• pression extérieure atmosphérique
• diamètre d' électrode de décharge 3 , 2 mm
• diamètre de la chambre de décharge 7 mm
• diamètre de l'embouchure de la buse 2 , 2 mm
• longueur d'une première buse utilisée 60 mm
• longueur d'une seconde buse utilisée 110 mm
Résultat: La puissance consommée par le plasma lors de
1 ' utilisation de la première buse est de 1500 W, avec la seconde buse de 2300 W. Ainsi, l'allongement de la buse augmente la puissance consommée par le plasma.
[0064] Exemple 2: Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 1 Paramètres :
• source d'énergie courant continue
• courant électrique appliqué 1 A
• gaz porteur air
• débit du gaz porteur 50 1/min
• pression extérieure atmosphérique
• diamètre d' électrode de décharge 3 , 2 mm
• diamètre de la chambre de décharge 7 mm
• diamètre de l'embouchure d'une première buse utilisée 2 , 2 mm
• diamètre de l'embouchure d'une seconde buse utilisée 2,0 mm
• longueur des première et seconde buses utilisée 60 mm
Résultat : La puissance consommée par le plasma lors de l'utilisation de la première buse est de 1500 W, avec la seconde buse de 1700 W. Ainsi, la diminution du diamètre de l'embouchure de la buse augmente la puissance consommée par le plasma. La pression mesurée dans la première buse est d'environ 4,5 bar et dans la seconde buse d'environ 5 bar. Exemple 3:
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon les figures 2 et 6.
Paramètres :
• source d'énergie courant alternatif 24 kHz
• courant électrique appliqué 1,5 A
• gaz porteur azote
• débit du gaz porteur 25 1/min
• gaz réactif CF4
• débit du gaz réactif 0,2 1/min
• pression extérieure atmosphérique
diamètre d' électrode de décharge 4 mm • diamètre de l'orifice axial dans l'électrode de décharge 1 , 5 mm
• diamètre de la chambre de décharge 7 mm
• diamètre de l'embouchure de la buse utilisée 2,2 mm
• longueur de la buse utilisée 60 mm
• quantité d'orifices radiaux pour l'injection du gaz porteur 2
Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de gravures d'une couche photorésistante.
[0066] Exemple 4:
Cet exemple utilise le dispositif 10 en mode d'opération selon les figures 9 et 10.
Paramètres :
• source d'énergie courant à impulsions courtes
• courant électrique des impulsions 2,0 A
• fréquence des impulsions variable, 50 à 2000 Hz
• durée des impulsions variable, 5 à 95%
• courant électrique continu appliqué 0,1 A
• gaz porteur air
• débit du gaz porteur 40 1/min
• pression extérieure atmosphérique Résultat: Cette configuration avec fonctionnement en régime d'impulsions courtes permet d'obtenir une augmentation de la vitesse et du niveau d'activation d'une surface à traiter comparé à l'utilisation du courant électrique continue susceptible de provoquer une consommation d'énergie identique.
[0067] Exemple 5:
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 12. Paramètres :
• source d'énergie courant continu
• courant électrique appliqué 1,5 A
• gaz porteur air
• débit du gaz porteur 80 1/min
• pression extérieure atmosphérique • diamètre extérieur de la buse utilisée 4 mm
• quantité d'orifices radiaux dans l'embouchure de la buse utilisée 8
• diamètre de chacun de ces orifices 1,2 mm
· diamètre intérieur des tubes à traiter variable, 30 à
50 mm
• vitesse relative de balayage variable, 50 à 500 mm/ s
Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de nettoyages et d' activation ( s ) de la surface intérieure des tubes à traiter.
[0068] Exemple 6:
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 13. Paramètres :
· source d'énergie courant continu courant électrique appliqué par jet de plasma 1,5 A gaz porteur air débit du gaz porteur par jet de plasma 50 1/min pression extérieure atmosphérique · diamètre extérieur de la buse utilisée 20 mm quantité de buses utilisées 12 diamètre intérieur des tubes à traiter 1420 mm distance entre les buses utilisées sur la longueur du tube à traiter 20 mm
· vitesse de rotation 6 t/min
vitesse linéaire relative de balayage 1,44 m/min
Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de nettoyages fins et d' activation ( s ) de la surface intérieure des tubes à traiter.
[0069] Exemple 7:
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 13. Paramètres :
• source d'énergie courant continue
• courant électrique appliqué par jet de plasma 1,5 A quantité des buses utilisées 3
pression extérieure atmosphérique premier gaz porteur air
débit du premier gaz porteur 50 1/min second gaz porteur N2 (92%) / H2 (8%) débit du second gaz porteur 20 1/min troisième gaz porteur + réactif N2 + vapeur de HMDSO débit du troisième gaz porteur 20 1/min vitesse linéaire relative de balayage 12 m/min
Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession d'opérations technologiques en un cycle: un nettoyage fin et une activation d'une surface à traiter, ainsi qu'une réduction d'oxydes et une déposition d'une couche mince de SiOx sur cette surface.
[0070] Exemple 8 :
Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 14. Paramètres :
source d'énergie courant alternatif courant électrique appliqué 1,5 A
· gaz porteur air
débit du gaz porteur 40 1/min pression extérieure atmosphérique durée d'impulsions 0,6 s
volume fermé à traiter bouteille, 0,5 1 · quantité d'impulsions par bouteille 3
durée de pause avant soufflage par air 2 min Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une activation de la surface intérieure de la bouteille par le plasma et le gaz actif correspondant qui reste dans la bouteille pendant 2 min. L'énergie de la surface peut être augmentée de 35 à 38 mN/m avant le traitement par plasma jusqu'à 56 à 72 mN/m.
[0071] Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière, elle est susceptible de modifications ou adaptations sans sortir de son cadre.

Claims

Revend!cations
Dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré, ladite chambre de décharge et ladite buse d'émission ayant une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma .
Dispositif selon la revendication 1, comportant une électrode de décharge et une contre électrode associée adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération dudit jet de plasma à partir dudit gaz porteur.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ladite contre électrode est réalisée par ladite buse d'émission, ladite décharge électrique étant susceptible de créer un arc électrique nécessaire à la génération dudit jet de plasma entre l'électrode de décharge et ladite embouchure de ladite buse d'émission.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite électrode de décharge est arrangée sur l'axe longitudinal de ladite chambre de décharge et de manière déplaçable le long de cet axe afin de permettre un réglage de ladite longueur de ladite chambre de décharge et ladite buse d' émission .
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission comporte un diamètre réglable en fonction de ladite puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un orifice radial est prévu permettant une injection dudit gaz porteur dans ladite chambre de décharge dans une direction approximativement perpendiculaire au dit axe longitudinal afin de créer un tourbillonnement du gaz porteur le long dudit axe longitudinal dans la direction de ladite embouchure de ladite buse d'émission.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un orifice radial est réalisé de manière à permettre une accélération dudit gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un orifice axial permettant l'injection d'un gaz réactif susceptible d'être malaxé avec ledit gaz porteur pour la génération dudit jet de plasma.
Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ledit orifice axial est adapté à permettre un tourbillonnement dudit gaz réactif le long du dit axe longitudinal dans la direction de ladite embouchure de ladite buse d'émission.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit gaz porteur est de l'air.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission est réalisé de manière à permettre une accélération dudit jet de plasma d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission comporte au moins une ouverture radiale permettant l'émission angulaire dudit jet de plasma.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs chambres de décharge et des buses d'émission.
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