ES2294112T3 - Procedimiento para el tratamiento de superficie por plasma y dispositivo para la realizacion de dicho procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento por plasma de una superficie que se va a tratar de un objeto o partículas, que comprende la creación de un plasma y la aplicación del plasma contra la superficie que se va a tratar, caracterizado porque la superficie que se va a tratar es excitada para crear un movimiento ondulatorio relativo entre el plasma y la superficie que se va a tratar, energía para la excitación de la superficie que se va a tratar procedente del procedimiento de creación de plasma.
Description
Procedimiento para el tratamiento de superficie
por plasma y dispositivo para la realización de dicho
procedi-
miento.
miento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el tratamiento de superficie por plasma y a un
dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento. El tratamiento
puede consistir en depositar una película de barrera o de varias
películas delgadas, la esterilización, limpieza, decapado o creación
de una aleación superficial.
En el estado actual de la técnica, se ofrecen
depósitos de plasma en vacío y bajo presión atmosférica. Las
tecnologías de vacío ofrecen un tratamiento uniforme de superficies
complejas, por ejemplo, la superficie interna de una botella de PET
pero son lentas y relativamente costosas puesto que es necesario
crear y trabajar en una cámara de vacío. El equipo correspondiente
es complejo, extremadamente costoso y difícil de adaptar a tipos
diferentes de recipientes. La exigencia de que el equipo sea
perfectamente hermético es muy difícil de lograr y tiene
repercusiones en cuanto a la fiabilidad del procedimiento y en
cuanto a la uniformidad de los resultados.
Los procedimientos que utilizan plasmas bajo
presión atmosférica han sido comentados en varias publicaciones,
por ejemplo, en la patente GB 1.098.693, la solicitud de patente WO
97/22369, y la solicitud de patente WO 99/46964.
En el documento GB 1.098.693, se describe un
dispositivo para el tratamiento de la superficie interna de una
botella de plástico diseñada para esterilizar esta superficie. El
dispositivo comprende un electrodo central introducido en la
botella y un electrodo externo que rodea la botella, los dos
electrodos formando un sistema coaxial conectado a una fuente de
corriente de alta frecuencia. Se introduce argón (Ar) en la botella
a través de un orificio en el electrodo central con el objeto de
reducir el potencial eléctrico requerido para crear el plasma. El
dispositivo descrito en esta patente se caracteriza por un alto
campo eléctrico, del orden de 450 V/cm, y una corriente débil, del
orden de algunos miliamperios. El tiempo de tratamiento es
excesivamente largo y la potencia demasiado baja para que este
procedimiento encuentre una aplicación industrial y pueda competir
con los métodos de plasma en vacío.
En la solicitud de patente WO 97/22369 que se
refiere a la esterilización de recipientes de plástico, se propone
formar un plasma con una fuente de corriente RF que proporciona una
corriente de alta amplitud. Se propone, además, extraer el
electrodo central de la botella, lo que permite un ritmo de
esterilización de botella de PET en línea las necesidades
industriales. Un inconveniente del que adolece el procedimiento y el
dispositivo descrito en la presente solicitud es que no permiten un
tratamiento uniforme de la superficie que se va a tratar. Se debe
esperar que el plasma cubra solamente una parte de esta superficie.
Esto deriva en una esterilización insatisfactoria de partes
superficiales que no han estado en contacto con el plasma. Por las
mismas razones, dicho procedimiento no podría proporcionar una
barrera uniforme sobre todas las paredes internas de un
recipiente.
En la solicitud de patente WO 99/46964, se
describe un procedimiento de tratamiento de superficie en el que
una cadena de plasma impulsado es formada bajo presión atmosférica
que barre la superficie que se va a tratar por movimiento relativo
de esta superficie y el dispositivo que produce y define la cadena
de plasma. Se puede esperar que dicho procedimiento pueda ofrecer
una capa de impermeabilización, por ejemplo, o bien pueda
esterilizar uniformemente la superficie que se va a tratar, puesto
que la cadena de plasma barre toda la superficie que se va a
tratar. En realidad, es difícil obtener un tratamiento de superficie
y más particularmente el depósito de una película o una
esterilización de calidad satisfactoria.
Por razones de calentamiento local, la columna
de plasma debe ser desplazada con relación a la superficie que se
va a tratar. La velocidad determinada por la necesidad de no
sobrecalentar el material de la superficie que se va a tratar es
mayor la velocidad óptima de tratamiento en muchas aplicaciones. Una
de las consecuencias es que una capa de límite de gas frío creada
por el objeto sopla en la descarga y se desplaza alejándose de la
superficie que se va a tratar. Este alejamiento disminuye el flujo
de difusión de las partículas activas de plasma hacia la superficie
que se va a tratar. Este problema puede ser resuelto en parte,
mediante la renovación de la descarga por impulsos. Sin embargo, la
frecuencia de impulsos es también determinada por la necesidad de
no sobrecalentar el material de la superficie que se va a tratar y
por consiguiente no puede optimizarse para aplicaciones
diferentes.
El volumen de plasma creado por procedimientos
conocidos para el tratamiento por plasma atmosférico es importante
y provoca rendimientos insatisfactorios puesto que una gran parte de
la energía distribuida se pierde para calentar el gas del entorno y
el objeto tratado. Para aplicaciones que involucran el depósito de
películas de barrera, por otra parte, el polvo se forma en la parte
esencial de la cadena de plasma (polvo de SiO_{2}, por ejemplo) y
se deposita en la superficie que se va a tratar. Este polvo, que se
adhiere débilmente sobre la superficie, representa un obstáculo
para la creación de películas de alta calidad.
Los inconvenientes y limitaciones de
procedimientos conocidos del tratamiento por plasma no se limitan a
los puntos descritos anteriormente. Por ejemplo, en el caso de
plasma próximos a un estado de equilibrio termodinámico, por
ejemplo en el caso del procedimiento descrito en el documento WO
99/46964, es difícil efectuar un bombardeo de electrones de la
superficie que se va a tratar, puesto que en general la trayectoria
media de los electrones (\leq10^{-4} cm) con relación a las
interacciones elásticas de la superficie que se va a tratar es más
corta que el espesor de la capa de límite de plasma (\geq10^{-2}
cm). Se desprende que es difícil adaptar un procedimiento de este
tipo a la interfaz sustrato/película a una calidad de tratamiento
deseada, por ejemplo, mediante la activación de la superficie que
se va a tratar antes del depósito de película para asegurar una
buena adherencia. Se desprende que sería también difícil producir
películas que consisten de varias capas diferentes en cuanto a su
composición, con cada capa activada antes del depósito de la capa
siguiente.
La experiencia muestra que a pesar del
movimiento relativo del plasma y del objeto que se va a tratar en
procedimientos conocidos, es inevitable un sobrecalentamiento local
lo que provoca rupturas por descargas eléctricas que causan
defectos y destrucción local de la superficie que se va a tratar.
Esta desventaja es particularmente importante en ciertas
aplicaciones como se explicará a título de ejemplo a
continuación.
Los materiales polimerizables tales como PET
(tereftalato de polietileno) PE (polietileno), PP (polipropileno) y
otros se utilizan en varias industrias para productos tales como
recipientes para bebidas y alimentos, botellas y tubos para
fármacos y perfumes, tanques para gasolina, recipientes para
productos químicos así como tubos de neón para anuncios nocturnos,
especialmente debido al bajo coste y al reducido peso de estos
materiales. Sin embargo, una de los inconvenientes de los
materiales poliméricos es su permeabilidad a los gases. La
permeabilidad de las botellas de PET que se utilizan en la
industria alimenticia, por ejemplo, permite la difusión del oxígeno
a través de la pared de la botella y la oxidación de los alimentos o
bebidas, razón por la cual pierden progresivamente sus propiedades
tales como sabor, olor o color. Las bebidas gaseosas pierden su
dióxido de carbono. Una permeabilidad excesiva de los recipientes
de plástico acorta el tiempo de conservación de los alimentos. La
difusión de gas a través de las paredes de plástico puede tener
efectos perjudiciales sobre un gran número de otros productos tales
como fármacos, cosméticos, productos para la higiene y domésticos.
En el caso de depósitos de gasolina y otros recipientes que
conservan productos químicos, la permeabilidad de los materiales
plásticos permite la penetración de estos productos químicos en el
material plástico de tal manera que dicho material ya no pueda ser
reciclado fácilmente y pueda presentar un peligro de incendio. La
permeabilidad de los plásticos implica que los tubos de neón de
plástico tengan una vida excesivamente corta para su
comercialización.
Otro problema de los materiales de plástico
proviene de las moléculas aromáticas, por ejemplo, acetaldehído que
se forman en el material y después se difunden hacia la superficie
en la que penetran en el líquido contenido en el recipiente. Dichas
moléculas alteran el sabor y el olor de la bebida o del
alimento.
Una solución consiste en el revestimiento de la
parte interna del recipiente por una película impermeable que se
conoce como "barrera". Diferentes composiciones tales como
carbono, óxido de aluminio y óxido de silicio (SiO_{2}) pueden
formar barreras en polímeros. El depósito de una película de barrera
puede efectuarse por plasma en contacto con la superficie, y en
presencia de un gas que suministra las moléculas que formarán la
capa. Sin embargo, los materiales de plástico mencionados
anteriormente no resisten temperaturas superiores a entre
aproximadamente 60 y 70ºC, de tal manera que es difícil con los
procedimientos de tratamiento por plasma conocidos evitar un
sobrecalentamiento local y obtener una calidad suficientemente alta
del tratamiento. Por ejemplo, las películas de barrera depositadas
en botellas de PET por procedimientos industriales tradicionales de
tratamiento por plasma proporcionan un factor (RIF) de incremento de
la impermeabilidad relativo al material no tratado que es del orden
de 20 a 30 para oxígeno o de 5 a 6 para CO_{2}. Los defectos
típicos de tales capas de barrera son la falta de adherencia y
flexibilidad y la aparición de grietas que provocan una perdida de
impermeabilidad. Estos defectos pueden representar un peligro para
el consumidor.
Muchos otros materiales no resisten la elevación
de temperatura que se requeriría para la optimización del
procedimiento de tratamiento de superficie por plasma. Es el caso,
por ejemplo, de las placas de silicio utilizadas en la industria de
los semiconductores. Las estructuras semiconductoras en la
superficie de los circuitos pueden ser alteradas o dañadas por las
altas temperaturas de tratamiento debido a una difusión acelerada de
las partículas a través de las interfaces de las diferentes capas
depositadas en la oblea de silicio.
En cuanto al polvo, en particular polvo formado
de granos compuestos, procedimientos físicos, productos químicos de
producción de polvo son conocidos para la producción de gramos que
comprenden un núcleo y una capa o zona periférica. La composición
de la zona periférica o de las capas externas puede ser diferente de
la composición del núcleo. Procedimientos conocidos presentan la
desventaja de ser relativamente lentos y costosos, y además no
permiten la formación de capas externas uniformes muy delgadas.
Son conocidos los procedimientos de fabricación
de polvo no compuesto a partir de un gas por medio de un tratamiento
por plasma. Los procedimientos conocidos de producción de polvo
consumen una gran cantidad de energía y son relativamente lentos y
costosos.
Teniendo en cuenta los inconvenientes
mencionados anteriormente, un objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento de tratamiento de superficie por
plasma con buen rendimiento y fiable en un entorno industrial, así
como un dispositivo para efectuar el procedimiento de tratamiento de
superficie por plasma con buen rendimiento y fiable en un entorno
industrial.
Resulta ventajoso proporcionar un procedimiento
de tratamiento de superficie por plasma así como un dispositivo
para llevar a cabo el procedimiento que pueda utilizarse para el
tratamiento de las superficies de materiales que son sensibles a
las altas temperaturas.
Resulta ventajoso poder depositar una barrera en
recipientes (particularmente recipientes de plástico) tales como
botellas de PET en la industria alimenticia, tubos de polietileno en
perfumería, depósitos de gasolina en automóvil) que es resistente,
flexible y tiene una buena impermeabilidad. Sería ventajoso poder
tratar simultáneamente la superficie interna y la superficie
externa de objetos huecos (botellas, tubos, depósitos). Resulta
ventajoso poder tratar la superficie de un objeto complejo.
Es ventajoso proporcionar un procedimiento de
tratamiento de superficie por plasma así como un dispositivo para
llevar a cabo el proceso que puede utilizarse para depositar varias
capas de materiales diferentes en una superficie que se va a
tratar.
Es ventajoso proporcionar un procedimiento de
tratamiento de superficie por plasma así como un dispositivo para
llevar a cabo el proceso que puede ser utilizado para depositar una
o varias capas de materiales diferentes en una superficie de un
núcleo submicrónico o nanométrico, produciendo de esta forma granos
compuestos de polvo.
Asimismo resulta ventajoso poder efectuar otros
tratamientos superficiales tales como limpieza, decapado,
activación superficial, esterilización o formación de aleaciones de
superficie.
Asimismo resulta ventajoso en muchas
aplicaciones, además, llevar a cabo un procedimiento de tratamiento
de superficie por plasma a presión atmosférica así como un
dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.
Los objetivos de la presente invención se
alcanzan mediante del procedimiento según la reivindicación 1.
En la presente invención, un procedimiento para
el tratamiento por plasma de la superficie de un objeto que se va a
tratar comprende la creación de un plasma, la aplicación del plasma
a la superficie que se va a tratar y la excitación de la superficie
que se va a tratar, para crear un movimiento ondulatorio relativo
entre la superficie que se va a tratar y el plasma. La energía para
la excitación de la superficie puede provenir del procedimiento
para la creación del plasma, de una fuente externa, o bien de una
combinación de estas dos fuentes. El movimiento ondulatorio se
efectúa preferentemente mientras el plasma se está aplicando sobre
la superficie que se va a tratar, pero según el tratamiento a
efectuar, puede también llevarse a cabo justo antes y/o justo
después de la fase de aplicación.
La energía para la excitación de la superficie
que proviene del procedimiento que crea el plasma puede provenir
ventajosamente de una onda de choque que se desarrolla en el frente
de plasma durante su creación. La onda de choque es creada haciendo
que el flanco anterior de plasma cree dentro del plasma una presión
tal que su proporción con relación a la presión ambiente es mayor
que el valor crítico para la formación de una onda de choque en el
medio gaseoso dado. Esto se obtiene mediante la selección y el
control de los parámetros de generación de plasma, especialmente la
densidad de energía y la vida útil del flanco anterior del
plasma.
La energía para la excitación de la superficie
que proviene de una fuente externa puede provenir de un generador
de vibraciones en contacto con el objeto que se va a tratar, o no en
contacto directo con el objeto que se va a tratar, que emite ondas
acústicas, por ejemplo, ondas ultrasónicas. Para muchas aplicaciones
y muchos objetos que se van tratar, la frecuencia de vibración se
encuentra ventajosamente dentro del rango de frecuencias
ultrasónicas. El generador externo suministrará también energía en
forma de ondas de choque.
La vibración de la superficie que se va a tratar
puede ser el resultado de la excitación de una o varias frecuencias
propias y sus armónicas asociadas con el cuerpo del objeto que se va
a tratar, mediante un salto abrupto de energía (choque) y/o por la
acción de un generador externo que emite una de varias frecuencias
cercana o idéntica a su frecuencia propia o sus armónicas asociadas
con el objeto que se va a tratar. El generador externo emite
frecuencias que no son armónicas de las frecuencias propias del
objeto que se va a tratar.
Para la mayoría de las aplicaciones, el plasma
es tratado preferentemente con una fuente de energía eléctrica o
electromagnética operada continuamente, por impulsos unipolares o
alternantes, o bien a alta frecuencia. Esto puede ser por ejemplo
una descarga de tipo capacitiva o inductiva, o bien ondas de alta
frecuencia. Sin embargo, el plasma puede también ser creado por
compresión adiabática o bien por ondas de choque, suministradas,
por ejemplo por un compresor adiabático o un generador de ondas de
choque.
El plasma creado por el procedimiento de
tratamiento de superficie según formas de realización ventajosas de
la presente invención puede estar en desequilibrio termodinámico
durante una gran parte de la vida útil del plasma.
El procedimiento según la presente invención es
muy ventajoso puesto que permite la utilización de un plasma frío
mientras intensifica la interacción del plasma con la superficie que
se va a tratar y por consiguiente optimiza los tratamientos de
superficie de plasma para una amplia gama de aplicaciones,
incluyendo tratamientos de objetos que consisten en materiales que
resisten solamente a un incremento muy leve de temperatura, por
ejemplo PET y semiconductores. El movimiento ondulatorio de los
átomos y moléculas de la superficie que se va a tratar intensifica
de hecho el efecto de las partículas de plasma activadas en la
superficie que se va a tratar. Debido el efecto intensificado, se
tiene una mayor elección de modos de generación de plasma
(compresión adiabática, ondas de choques, descarga eléctrica) y
puede optimizar el procedimiento según las características
(material, forma, dimensiones) del objeto que se va a tratar y
tratamiento a efectuar. Es posible en particular utilizar un plasma
atmosférico "frío" (según lo definido por R.F. Baddour y R.S.
Timmins en "The Applications of Plasma to Chemical Process"
[Las aplicaciones de plasmas a proceso químico], MIT Press, página
17), es decir, fuera de equilibrio termodinámico, de tal manera que
la superficie aislante que se va a tratar permanezca fría mientras
que electrones pueden bombardear la superficie para activación. Este
plasma puede consistir por ejemplo en una red de filamentos que
aparecen, se desplazan a lo largo de la superficie, y desaparece
con tiempos suficientemente cortos para no acumularse en la
superficie que se va a tratar. En cuanto al tratamiento superficial
de granos de polvo, el plasma puede ser formado por ejemplo dentro
del volumen de un recipiente que contiene los granos de polvo.
El procedimiento según la presente invención
permite también, por un lado, una aceleración del tratamiento de
superficie, en la medida en que la ionización y la activación de las
partículas de plasma es producida con la ayuda de ondas de choque
que provienen de ramificaciones de filamento de descarga mientras
son reflejadas por la superficie que se va a tratar, y por otro
lado una intensificación del tratamiento de la superficie sin un
incremento importante de la temperatura del objeto que se va a
tratar, puesto que las vibraciones de la superficie que se va a
tratar actúan sobre la interacción con el plasma, esencialmente como
las agitación atómica producida por un incremento de la temperatura
del objeto.
El tratamiento de la superficie puede ser
intensificado adicionalmente por adición de las vibraciones de
generador externo de ultrasonido o frecuencias acústicas, ajustado
preferentemente para amplificar las frecuencias propias el objeto
que se va a tratar. La interacción mejorada del plasma con la
superficie que se va a tratar a baja temperatura tiene muchas otras
ventajas. Por ejemplo, películas compuestas de buena calidad pueden
obtenerse mediante el depósito de sucesivas capas que se adhieren
bien sobre sustrato y tienen diferentes propiedades químicas,
fisicoquímicas y mecánicas.
Otra ventaja del procedimiento según la presente
invención es que permite el tratamiento de las paredes internas de
un objeto complejo que no tiene ejes de simetría, por ejemplo, un
depósito de gasolina.
Del mismo modo, se describe un procedimiento que
no forma parte de la presente invención para producir polvos
formados de granos que comprende un núcleo y una zona periférica o
capas externas de una o varias capas que resultan del deposito de
una película sustancialmente uniforme y homogeneidad de átomos y/o
moléculas que pueden proporcionar al polvo propiedades que son
diferentes de las propiedades del polvo que comprende solamente el
material de núcleo, por ejemplo, propiedades ópticas.
En la presente invención, los polvos compuestos
pueden elaborarse mediante el depósito de películas en núcleos de
granos a través de un plasma a presión atmosférica. El plasma sirve
por un lado a calentar y activar la superficie de los núcleos de
grano para su entrada en contacto con los átomos y/o moléculas de
gas que se utilizan para formar las capas externas.
El mismo plasma, o un plasma generado corriente
abajo del plasma que activa los núcleos de grano con un generador
independiente de plasma, activa los átomos y moléculas de una mezcla
gaseosa que comprende gases y/o vapores que son sobrecalentados.
Cuando los núcleos entran en contacto con los átomos y moléculas
gaseosas, el plasma deposita una película molecular o atómica
sustancialmente homogénea en la superficie de los núcleos lo que
proporciona las propiedades fisicoquímicas del polvo resultante
diferentes del polvo que comprende solamente los núcleos, por
ejemplo, las propiedades ópticas pueden ser distintas.
En particular, los parámetros de control de
plasma se seleccionan de tal manera que el depósito de película es
particularmente homogéneo.
Los componentes del plasma de generación de
película se seleccionan de tal manera que las fuerzas de atracción
entre las partículas de la película tengan componentes centrípeto
que ayuda a la solidificación de la estructura de la capa o
película periférica. Entre menor el tamaño de los núcleos, mayor es
este componente centrípeto. Por consiguiente es particularmente
importante en el caso de núcleos submicrónicos o nanométricos. En
tales casos, con el objeto de separar efectivamente los núcleos de
grano que flotan en el gas suministrado (por ejemplo argón) y para
aplicar un movimiento de vibración que cataliza el proceso de
depósito de superficie, los núcleos pueden ser sometidos a
vibraciones acústicas, en particular vibraciones ultrasónicas que
pueden ser generadas por un generador externo o bien que pueden ser
generados por el plasma mismo, en un modo de generación de plasma
por impulsiones, como se describe a continuación.
Un procedimiento que no forma parte de la
invención, se describe igualmente para la producción de polvos, que
comprende la generación de un plasma en impulsos en un recipiente
que contiene gases, y mediante la generación simultánea de
vibraciones acústicas en un recipiente, los gases son descompuestos
por el plasma con el objetivo de formar grupos de granos de polvo y
a continuación el grado es estructuración es determinado por la
acción simultánea del plasma y las vibraciones acústicas. Las
vibraciones acústicas pueden ser producidas por un generador
externo y/o el proceso de creación del plasma mismo, según lo
descrito a continuación.
Un dispositivo de tratamiento de superficie por
plasma según la presente invención puede comprender de manera
ventajosa un generador externo de vibraciones acústicas.
Un dispositivo de tratamiento de la superficie
por plasma según la presente invención puede comprender de manera
ventajosa un sensor de vibraciones. El sensor de vibraciones permite
la revisión y/o análisis de las frecuencias propias del objeto que
se va a tratar, con el objetivo de ajustar el dispositivo, por
ejemplo, los parámetros del circuito eléctrico para la generación
de la descarga eléctrica para la creación del plasma, para la
producción de ondas de choque que producirán vibraciones de la
superficie que se va a tratar de un objeto específico que se va a
tratar, o bien para verificar el funcionamiento perfecto del
procedimiento y particularmente y particularmente la calidad de las
vibraciones de la superficie que se va a tratar en un proceso
industrial. En presencia de variaciones en la frecuencia esperada y
en los espectros de amplitud, esperados, se puede informar sobre un
posible fallo o reducción de calidad del tratamiento de superficie
que se está llevando a cabo.
Un dispositivo de tratamiento de la superficie
por plasma según la presente invención puede comprender de manera
ventajosa uno o varios electrodos vivos proporcionados con uno o
varios conductos de suministro de gas del proceso para la
generación de uno o varios chorros de plasma por descarga eléctrica.
El electrodo vivo puede estar girando, lo que es provechoso, de tal
manera que pueda desplazar el plasma o los plasmas por efectos
electrostáticos e hidrodinámicos a lo largo de la superficie que se
va a tratar.
El dispositivo puede comprender un electrodo
vivo que se encuentra en forma de un chorro de líquido que puede
ejecutar un movimiento con relación al objeto que se va a tratar,
con el objetivo de proyectar un chorro de líquido conductor contra
una pared del objeto que se va a tratar de tal manera que se cree un
plasma en el otro lado de la pared.
Según una forma de realización de la invención,
los electrodos para la generación de plasma por descarga eléctrica
pueden estar conectados a los polos opuestos de un circuito
eléctrico. Estos electrodos pueden ser utilizados para generar un
plasma en ambos lados de la pared de un objeto que se va a tratar,
los flujos del plasma siendo antiparalelos en los dos lados.
Se puede también proporcionar un dispositivo con
por lo menos dos electrodos vivos con el objetivo de tratar lados
respectivos de una pared de un objeto que se va a tratar, los flujos
de plasma en los lados son paralelos y dirigidos hacia un electrodo
de conexión a tierra.
Un dispositivo de tratamiento de superficie por
plasma según la presente invención puede comprender de manera
ventajosa un baño de líquido en el cual los objetos que se van a
tratar, especialmente recipientes, son inmersos mientras se aplica
plasma a la superficie interna que se va a tratar. Se puede tratar,
por ejemplo, de botellas u otros recipientes parcialmente inmersos
en un baño de líquido, mientras que su cuello permanece por encima
de la superficie del líquido. El líquido está en contacto con la
superficie externa del recipiente, lo que ofrece la ventaja de
poder enfriar la pared del recipiente de manera muy eficaz y por lo
tanto es posible aumentar la duración o intensidad de aplicación
del plasma. Cuando se utiliza una fuente de vibraciones externa,
entonces el líquido servirá por otra parte para hacer que las
vibraciones sean más uniformes en la pared del recipiente, y por
consiguiente en la superficie interna del recipiente que se va a
tratar.
Un dispositivo de tratamiento de la superficie
por plasma según la presente invención puede comprender
ventajosamente un sistema de control de calidad de superficie
después o durante el tratamiento con un rayo láser registrando, ya
sea el número de fotones emitidos por efectos no lineales durante el
pasaje del rayo láser a través de la superficie tratada, o bien la
disminución del flujo de fotones primarios debido a su recombinación
que resulta de efectos no lineales, el sistema de rayo láser esta
equipado con un dispositivo para la detección y análisis del rayo
reflejado a partir de la superficie que se va a tratar porque
atraviesa la superficie que se va a tratar.
Un dispositivo de tratamiento de la superficie
por plasma según la presente invención puede comprender un recinto
en el cual los objetos que se van a tratar están colocados, y un
pistón para comprimir el gas de tratamiento en la sección del
recinto en el que los objetos que se van a tratar están colocados,
con el objeto de crear un plasma por compresión adiabática. El
pistón puede ser impulsado por un dispositivo con aire comprimido u
otros gases ubicado en la sección del recinto por encima del
pistón.
Un dispositivo de tratamiento de superficie por
plasma según la presente invención puede comprender ventajosamente
un recinto con una sección en la que los objetos que se van a tratar
están colocados, y con otra sección en la que un gas de tratamiento
es mantenido bajo presión y separado de la otra sección por una
pared amovible o que puede ser destruida con el objeto de permitir
una descompresión instantánea del gas comprimido para los
propósitos de crear una onda de choque que se desplaza en la
dirección de los objetos que se van a tratar.
Otros aspectos ventajosos de la invención se
pondrán de manifiesto a partir de los dibujos adjuntos, en los
cuales:
La figura 1a y 1b son unas ilustraciones
esquemáticas de dispositivos para el tratamiento de superficie de
objetos que se van a tratar, según la invención;
las figuras 2a y 2b son unas fotografías de
superficie por microscopio electrónico (SEM) de la superficie que
se va a tratar de una botella de PET con una barrera basada en óxido
de silicio;
la figura 2 es una fotografía SEM de la
superficie que se va a tratar de una botella de PET con una barrera
basada en óxido de silicio obtenido por un procedimiento de depósito
de plasma atmosférico según la presente invención;
las figuras 3a a 3c son unas vistas en
perspectiva simplificadas de los dispositivos para el tratamiento de
la superficie por plasma según las formas de realización de la
invención, y estos casos particulares para el tratamiento de
paredes internas de botellas;
\global\parskip0.900000\baselineskip
las figuras 4a y 4b son unas fotografías de alta
velocidad de botella de PET obtenidas durante su tratamiento de
superficie por plasma según la presente invención empleando un gas
de tratamiento preparado a partir de una mezcla de
hexametildisiloxano, oxígeno y argón, el tratamiento en la figura 4a
es diferente del tratamiento en la figura 4b por energía eléctrica
suministrada;
la figura 5 ilustra unas curvas de tensión U y
corriente I en función del tiempo para un plasma generado por
descargas de impulsos eléctricos según la presente invención, ya sea
modo unipolar (gráficas A1 y A2) o bien en modo de alta frecuencia
(gráficas B);
la figura 6 es una vista en sección transversal
a través de una parte de la pared de un objeto que se va a tratar
durante un tratamiento por plasma según la presente invención;
la figura 7 es una vista de una pantalla de
osciloscopio conectada a un sensor de vibraciones que mide las
vibraciones de un objeto que se va a tratar durante un tratamiento
por plasma según la invención, en este caso una botella de PET de
0,5 litros durante tratamiento por una descarga de impulsos
eléctricos con la ayuda de un generador de alta frecuencia que
produce una red ramificada de filamentos de plasma según la presente
invención;
la figura 8 es una vista en sección simplificada
de un dispositivo para el tratamiento de la superficie por plasma
para un recipiente de forma compleja según la presente
invención;
la figura 9 es una vista en sección simplificada
de otra forma de realización de un dispositivo para el tratamiento
por plasma de un recipiente de forma compleja en el que el electrodo
conectado a tierra tiene la forma de un chorro de líquido
conductor;
la figura 10 es una vista en sección
simplificada con un diagrama de circuito eléctrico de un dispositivo
para el tratamiento de la superficie por plasma de los dos lados de
una pared de recipiente según la presente invención;
la figura 11 es una vista similar a la vista de
la figura 10 de otra variante según la presente invención;
las figuras 12 y la figura 13 son unas vistas en
sección simplificadas con un diagrama de circuito eléctrico de un
dispositivo para el tratamiento por plasma de superficies internas
de varios recipientes, por ejemplo, botellas, el plasma es generado
por descarga de impulsos eléctricos;
la figura 14 es una vista en sección
simplificada de un dispositivo de tratamiento por plasma según la
invención en donde el plasma es producido por compresión adiabática
(isentrópica);
la figura 15a es una vista en sección
simplificada de un dispositivo de tratamiento por plasma según la
presente invención en la que el plasma es producido por expansión
de un gas bajo presión que genera una onda de choque;
las figuras 15b y 15c son unas vistas
simplificadas del dispositivo de la figura 15a que ilustran el
movimiento de las ondas de choque y la creación del plasma; y
la figura 16 es una vista en sección
simplificada de un dispositivo para tratamiento por plasma de polvos
según un procedimiento que no forma parte de la invención.
Haciendo referencia a las figuras 1a y 1b, un
dispositivo 1 para el tratamiento de la superficie 2 de un objeto
que se va a tratar comprende generalmente un dispositivo para
generación de plasma 4 incluyendo un sistema de suministro de gases
y un electrodo 5, un dispositivo de sujeción 6 para sujetar el
objeto que se va a tratar. El dispositivo de tratamiento 1 puede
comprender también un generador externo de vibraciones 7 que puede
inducir la superficie 2 del objeto que se va a tratar para que
vibre, a través de un oscilador, en contacto directo con el objeto
a través de ondas sónicas (acústicas) sin contacto directo.
Un plasma 8 es creado en la superficie 2 del
objeto 3 por el generador de plasma 4 en un gas que puede ser
activado plasma-químicamente y esta dirigido hacia
la superficie 2 por un conducto 9 del sistema de suministro de
gases, en el que el conducto puede estar formado dentro del
electrodo 5.
La superficie que se va a tratar es excitada
para que vibre, es decir, efectúa un movimiento ondulatorio. La
energía requerida para generar el movimiento ondulatorio de la
superficie que se va a tratar puede derivarse de una onda de choque
que proviene del procedimiento de creación de plasma, de onda de
choque creada por el generador externo, o de un generador de
vibraciones externo 7. Una onda de choque provoca la vibración de
un cuerpo en un modo transitorio en sus frecuencias propias. La
amplitud de vibración puede ser incrementada a través de un
generador externo de vibraciones ajustado con el objeto de generar
vibraciones en una o varias frecuencias propias del objeto que se
va a tratar. Puestos que los modos de vibración de los cuerpos son
extremadamente complejos, la elección óptima de frecuencias puede
determinarse a través de pruebas, es decir, mediante el ajuste de
la frecuencia directamente para cada una de varias muestras y
mediante la determinación de las características de calidad y
tratamiento de superficie.
Un análisis de procedimiento de tratamiento de
superficie según la presente invención muestra que la realización
del movimiento ondulatorio de las partículas de la superficie que se
va a tratar permite intensificar la interacción fisicoquímica entre
las partículas de plasma y las partículas de superficie. Por su
naturaleza y efectos, esta intensificación parece acompañar un
incremento de la temperatura de la superficie que se va a tratar
cuando esta en contacto con el plasma, ya sea un plasma de vacío, un
plasma atmosférico o un plasma de alta presión.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Así, un aspecto muy importante de la presente
invención es intensificar el proceso de interacción plasmoquímico
ya sea para depósito de una película, para decapado, para la
creación de una aleación superficial, o bien otros tipos de
tratamiento, sin el gas de manera significativa a la temperatura del
objeto que se va a tratar. Esta solución técnica es muy importante
y abre respectivas amplias, especialmente para el tratamiento por
plasma por cuerpos elaborados de materiales que no resisten al
calor. Por otra parte, permite valorar de forma novedosa los
efectos de un plasma frío sobre una superficie, es decir, los
efectos de un plasma de equilibrio termodinámico y químico (véase
la definición en la página 27 del libro de Baddour y Timmins citado
anteriormente). La posibilidad de excitar la superficie que se va a
tratar por una vibración mecánica mientras permanece fría permite
de hecho resolver de manera decisiva la desventaja inherente al uso
de un plasma frío en una superficie fría, puesto que la interacción
entre el plasma y la superficie que se va a tratar es intensificada
fuertemente.
Las figuras 2a y 2b presentan una fotografía de
SEM (Microscopio electrónico de superficie) de la superficie de una
botella de PET de una capacidad de 0,5 litros después de un
tratamiento por plasma sin excitación de la superficie que se va a
tratar. En este caso, se depositó una película de óxido de silicio.
El plasma empleado en este ejemplo es un plasma de descarga por
impulsos HF (alta frecuencia) generado en una mezcla de vapores de
hexametildisiloxano y argón. Después del tratamiento, la botella fue
doblada mecánicamente, y en estas fotografías se observan unas
virutas 10 y unas escamas 11 formadas en la superficie. Estas
virutas y escamas pueden caer e incorporarse en el líquido, lo que
representa un peligro para el consumidor. Esto incrementa también
la permeabilidad de la superficie. A través de pruebas que
involucran estas botellas, se pudo establecer que el RIF
(Barrier Improvement Factor) de impermeabilidad de barrera
fue de aproximadamente 10 en el caso del oxígeno, con relación a
una superficie no tratada. En el caso de la figura 2c, se efectuó el
tratamiento de la misma superficie mientras se agregaron
vibraciones de una frecuencia de aproximadamente 21 kHz, es decir,
en la zona ultrasónica, con la ayuda de un generador externo de
ultrasonidos. La temperatura de las paredes de PET de la botella
fue medida durante el tratamiento con un termopar que mostró que la
temperatura no se elevaba por encima de 45ºC. Esta temperatura se
encuentra muy por debajo de la temperatura máxima de tratamiento de
PET que es de entre aproximadamente 60 y 70ºC. La botella fue
doblada a continuación mecánicamente de la misma manera que las
muestras de las figuras 2a y 2b, y se puede observar en la
fotografía SEM que la película de barrera obtenida es firme y
flexible, sin formación de virutas ni escamas. El nivel de
impermeabilidad de la película de barrera es muy alto. Según las
mediciones de muestra, el RIF es de aproximadamente 30 para
oxígeno, con relación a una superficie no tratada.
Cabe destacar que el procedimiento según la
presente invención permite el empleo de un plasma en vacío, bajo
presión atmosférica, o bien bajo alta presión, puesto que la acción
ejercida por las vibraciones de la superficie que se va a tratar
sobre la interacción de dicha superficie con el plasma no se
modifican significativamente con la presión en la cual el plasma es
generado. La eficacia del tratamiento, por otra parte, no depende
significativamente de la forma en que se genera el plasma, ya sea
de manera continua, con suministro de fuentes CD, fuentes CA, alta
frecuencia, microondas, o impulsos. En este último caso, el período
de impulso es preferentemente mayor que el período de la vibración
a la cual es sometido el objeto que se va a tratar con el fin de
cerciorarse de que el contacto entre el plasma y la superficie que
se va a tratar se lleva a cabo.
La onda de choque se origina con la creación del
plasma puede ser generada por calentamiento isocórico de una
fracción del volumen de gas que puede ser plasma químicamente
activado, por emisión de descargas de impulsos eléctrico que
obedecen a ciertos parámetros, directamente en el gas de
tratamiento. La fracción volumétrica en cuestión se calienta, su
presión se eleva rápidamente por encima de la presión crítica sobre
la cual se forma una onda de choque la cual se propaga en el
volumen de la mezcla gaseosa y es seguida por un plasma formado por
partículas del gas de tratamiento que son calentados, excitados y
ionizados. Este procedimiento es efectivo sobre todo cuando los
impulsos de corriente eléctrica se logran a lo largo de la
superficie del cuerpo que se va a tratar que consiste de materiales
aislantes. Ventajosamente, puede utilizarse para tratar una
superficie complicada, por ejemplo, las paredes internas de
botellas, tubos, depósitos de gasolina, y otros recipientes.
En la figura 3a, un dispositivo 1 para el
tratamiento de una superficie interna 2 de un objeto que se va a
tratar 3, en este caso en la botella, comprende un dispositivo para
generación de plasma 4 por descargas de impulsos eléctricos
equipado con un sistema de suministro de gases que comprende un
conducto 9 que puede funcionar también como electrodo vivo 5, un
dispositivo de soporte 6 con un elemento aislante 12 para sujetar el
objeto que se va a tratar y, un electrodo de conexión a tierra 15.
El dispositivo de tratamiento 1 puede incluir también un generador
externo de vibración 7, en este caso, un generador de ultrasonido,
que puede provocar una superficie interna 2 de la botella libre, un
sensor de vibraciones 13 que puede estar conectada a un modulo de
comando del generador de vibraciones 7, y un sensor de temperatura
14, por ejemplo un termopar, para revisar la temperatura de la
pared del recipiente.
El plasma 8 es creado dentro del recipiente 2
por impulsos de corriente que fluyen desde el electrodo central 5
que está funcionando en el modo de emisión de campo eléctrico o
autoelectrónico (según lo definido en la monografía de S.
Krapivina, Plasmachemical processes in engineering [Procesos
plasmaquímicos en ingeniería], Chemistry Publ. Leningrado (1981),
página 27) al electrodo de conexión a tierra 15. El electrodo de
conexión a tierra 15 está colocado y tiene una forma tal que puede
sostener la amplitud del campo eléctrico aplicado y admite la
creación de descargas de plasma ramificadas que consisten de una red
superficial de filamentos de plasma 16. La amplitud del campo
eléctrico aplicado debe ser suficientemente grande para asegurar el
inicio de la descarga.
El electrodo 5, que funciona también como
conducto 9 a través del cual el gas de tratamiento es introducido
hacia el recipiente puede estar inclinado formando un ángulo
\alpha con relación al eje de simetría del recipiente, para
favorecer la formación de plasma a lo largo de su superficie interna
2. Un gas que tiene una baja energía de ionización es utilizado,
por ejemplo argón, con el objetivo de optimizar la ubicación de
descarga a lo largo de la superficie interna del recipiente.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 6, la
descarga de plasma ramificado es desarrollada por un impulso de
corriente (I) que tiene un flanco duración t_{1} que se
eleva de tal manera que el plasma dentro de los filamentos de la
descarga ramificada empiece a formarse y a calentarse
isocóricamente. La banda de tiempo designada como t_{1} en
la figura 5 corresponde a la fase del calentamiento isocórico de los
filamentos de plasma. Para t_{1} se tiene la relación:
t_{1} < d/a, en la que d es el diámetro del
filamento que se está creando y a es la velocidad del sonido
en el medio no ionizado que rodea el filamento. Típicamente d
\sim 1 mm y a \sim 3\cdot10^{2}s de tal manera
que t_{1} < 3\cdot10^{-6}s.
Al final de tiempo t_{1}, la elevación
de presión dentro del filamento, que depende de las características
del desarrollo de la descarga, y particularmente el calentamiento
del plasma suministrado con energía por la corriente, genera una
onda de choque que excita y ioniza el gas alrededor del filamento.
La activación es intensa sobre todo en la zona 19 entre el
filamento de plasma 16 y la superficie que se va a tratar 2, debido
a la onda incidente 17 que intersecta la onda 18 reflejada a partir
de la superficie que se va a tratar. La corriente inicialmente
localizada en estos filamentos, después del desarrollo de las ondas
de choque mencionadas anteriormente pasa principalmente hacia la
zona 19 que es restringida para la onda reflejada 18 dentro de la
cual se desarrolla un plasma frío a partir del equilibrio
termodinámico el cual tiene un muy buen contacto con la superficie
que se va a tratar.
La amplitud de la energía desarrollada por el
impulso de corriente eléctrica es tal que una parte de a energía de
la onda de choque incidente es transmitida al material del objeto
que se va a tratar, a través de una onda de choque penetrante 20 la
cual es disipada en forma de vibraciones a frecuencias propias del
objeto que se va a tratar, que puede encontrarse dentro de un rango
de frecuencias audibles o de frecuencias ultrasónicas. La presencia
de vibraciones puede ser controlada ventajosamente con la ayuda de
un sensor acústico 13 en el dispositivo de tratamiento. En estas
vibraciones acústicas someterán los átomos del objeto que se va a
tratar a oscilaciones que hacen que dichos átomos salgan y regresan
a sus posiciones de equilibrio estático, y durante su salida crean
una situación que favorece su unión química con las partículas de
medio ionizado y activado por el plasma, por ejemplo, con átomos de
silicio y oxígeno durante el deposito de una película de
SiO_{x}.
La figura 7 muestra los registros de las
frecuencias de vibración de una botella de PET (0,5 litros)
obtenidos durante el tratamiento por descarga de impulsos de HF que
produce un chorro ramificado de filamentos de plasma según la
presente invención. Se observa que las series de vibraciones
acústicas que tienen una amplitud relativamente grande tienen
frecuencias más particularmente de entre aproximadamente 6080 Hz y
10.000 Hz.
Particularmente en la zona ultrasónica, las
vibraciones acústicas aplicadas durante el tratamiento de superficie
ejercen una función catalítica que es similar a un incremento de la
temperatura del objeto que se va a tratar. Las vibraciones
ultrasónicas tienen la ventaja que el objeto que se va a tratar
permanece relativamente frío en comparación con los procesos
tradicionales de tratamiento con plasma, puesto que la energía de
las vibraciones ultrasónicas es disipada en el volumen que bordea
la onda de choque, en vez de localmente. Por consiguiente, el
calentamiento del objeto que se va a tratar que resulta de la
disipación de las ondas es relativamente ligero.
Los impulsos de corriente, sin embargo, pueden
ser limitados en el tiempo. La energía liberada durante el flujo de
corriente en el plasma, primero a partir de equilibrio
termodinámico, es utilizado por una parte para activar las
partículas gaseosas portadoras (por ejemplo, O_{2}, O, Si,
eventualmente C, H), por otra parte para calentar el objeto que se
va a tratar, así como para el mismo plasma, lo que incrementa el
volumen. Estos efectos mencionados en última instancia constituyen
una cierto inconveniente para el tratamiento de superficies y deben
ser eliminados. De hecho, cuando las películas son depositadas en
una superficie que se va a tratar, el calentamiento de plasma
general favorece la formación de polvo que se depositará en la
superficie que se va a tratar, y la contaminará, causando, por
ejemplo una adherencia insatisfactoria de la película sobre la
superficie que se va a tratar y unas calidades de barrera
insatisfactorias.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 5, la
banda de tiempo designada por t_{2} corresponde a una fase
de expansión de los filamentos de plasma. La duración de los
impulsos de corriente t_{2} se selecciona de tal manera
que el plasma permanezca frío y se desarrolla a lo largo de la
superficie que se va a tratar, y que la temperatura del objeto que
se va a tratar no se eleve por encima de su temperatura de
destrucción. Esto puede controlarse por medición de temperatura del
objeto durante o inmediatamente después de su tratamiento con un
sensor de temperatura, por ejemplo, un termopar 14 colocado en la
proximidad del objeto que se va a tratar o sobre dicho objeto que
se va a tratar, como se muestra en la figura 3, y conectado al
dispositivo de generación de plasma 4. En un procedimiento
industrial, el sensor será empleado en la fase de arranque para
ajustar y calibrar los parámetros de generación de plasma y
particularmente la duración de impulso t_{2} y la duración
de intervalo de impulsos t_{3}.
Por otra parte, la duración de impulsos de
corriente t_{2} debe ser suficiente para activar y
precipitar un número máximo de partículas desde el medio activado
de modo plasmoquímico sobre la superficie que se va a tratar lo que
se verifica mediante la evaluación de los resultados reales del
tratamiento en un cierto número de muestras.
Puesto que los filamentos de plasma que activan
el mecanismo descrito están a una distancia relativamente
importante entre ellos, los impulsos deben ser repetidos para cubrir
uniformemente toda la superficie que se va a tratar. El intervalo
de tiempo t_{3} entre los impulsos debe ser mayor que la
vida de plasma "postdescarga" t_{4} (según lo
definido, por ejemplo, en la monografía de A, Ricard, Plasmas
Réactifs [Plasmas reactivos], SFV, 1995), y suficientemente largos
para que las partículas que se han precipitado en la superficie que
se va a tratar y han estado en contacto con las partículas de la
superficie misma, puedan lograr su estado estable final (o bien
metaestable) lo que será determinante para las propiedades
requeridas de la superficie que se va a tratar con el objeto de que
los filamentos no regresen a los sitios de filamentos previos
cuando se aplica un nuevo impulso.
Por ejemplo, durante el depósito de una película
de polímero basada en precipitación de plasma de una mezcla de
partículas C, H y CH_{y} activados, el intervalo de tiempo
t_{3} entre los impulsos de plasma debe ser tal que entre
los impulsos de plasma el proceso de polimerización pueda terminarse
en la superficie que se va a tratar. Esta terminación es acelerada
ventajosamente por la presencia de vibraciones acústicas.
Para plasmas que contienen compuestos tales como
O_{2}, N_{2}, H_{2}, Si y C, el intervalo de tiempo entre
impulsos será preferentemente t_{3} \geq 1 a 10 ms.
Ventajosamente, una vibración acústica,
preferentemente en la zona de frecuencias ultrasónicas, que se está
aplicando al objeto que se va a tratar, antes del tratamiento por
plasma, ofrece la ventaja de promover la expulsión de gases
foráneos absorbidos en las capas de superficie de la superficie que
se va a tratar. A través de la expulsión de estos gases absorbidos,
se puede evitar que durante el calentamiento local del material por
el plasma, se cree un flujo de estos gases que pudiera oponerse al
flujo de partículas de plasma activadas lo que impediría que dichas
partículas alcanzaran la superficie que se va a tratar.
Ventajosamente, mediante la aplicación de una
vibración acústica después del tratamiento por plasma al objeto que
se va a tratar, se podrá expeler los gases residuos y las partículas
de polvo que pudieran estar adsorbidas durante el tratamiento en la
superficie tratada.
Las vibraciones acústicas del objeto que se va a
tratar que provienen de la creación de una red reticulada de
filamentos de plasma según la presente invención pueden ser
completadas por vibraciones acústicas, especialmente ultrasónicas,
provenientes de una fuente externa, como por ejemplo un generador de
vibraciones ultrasónicas. La frecuencia seleccionada puede
seleccionarse de tal manera que sea igual a una de las frecuencias
propias del objeto que se va a tratar que puede medirse con un
sensor de vibraciones. En este caso el efecto de resonancia
mejorará sustancialmente la calidad del tratamiento aplicado. Otras
frecuencias ventajosas existen en las cuales la vibración
ultrasónica del objeto que se va a tratar puede ser amplificada,
especialmente la frecuencia a/D, en el que D es el
diámetro de recipiente y a es la velocidad del sonido.
Las Figuras 4a y 4b muestran fotografías tomadas
con una cámara de alta velocidad de una descarga plasma ramificado
generada por un dispositivo tal como el dispositivo descrito con
relación a las Figuras 4, 5 y 6. En el caso ilustrado, la botella
se apoya en una placa conectada a tierra y en contacto con un
generador de vibraciones acústicas. Los parámetros para la creación
de plasma que se utilizan en estos ejemplos son:
las Figuras 4a y 4b,
- t_{1} =
- 2 \mus,
- t_{2} =
- 300 \mus,
- t_{3} =
- 2 \mus,
tiempo de exposición fotográfica: 0,5 ms,
frecuencia de vibración del generador externo de
vibraciones: f = 120 kHz;
\vskip1.000000\baselineskip
en la Figura 4a,
potencial de umbral eléctrico U = 15
kV,
gas de tratamiento; argón;
\vskip1.000000\baselineskip
en la Figura 4b,
potencial umbral eléctrico U = 10 kV,
gas de tratamiento: una mezcla de
hexametildisiloxano, oxígeno y argón.
Los filamentos de plasma ramificados creados se
mueven rápidamente en la superficie que se va a tratar y
desaparecen, cada descarga es precedida por una descomposición
superficial tal como la representada por el pico de tensión 53 en
la Figura 5, que proporciona un canal precursor. La vida útil de
estos filamentos ramificados responde a la frecuencia de impulsos
de la fuente de corriente que los crea. La red de filamentos cubre
una gran parte de la superficie que se va a tratar, según las
fotografías, y los filamentos siguen la forma exacta de las
irregularidades de la superficie, incluyendo el fondo.
En la presente invención se ha determinado que
en procedimientos tradicionales, el plasma tiende a desprenderse de
la superficie del objeto que se va a tratar puesto que el movimiento
del objeto o del electrodo causan movimientos gaseosos que
perturban el plasma y particularmente los flujos de aire provocados
por la capa de límite de la pared del recipiente que tienden a
repeler el plasma de la superficie que se va a tratar. Cuando el
plasma se desplaza alejándose de la superficie que se va a tratar,
esto disminuye o elimina la gradiente de concentración de las
partículas activas en la superficie que se va a tratar e impide por
consiguiente el tratamiento de la superficie como por ejemplo el
depósito de una película. En la presente invención, el problema se
evita debido al hecho que la duración de los impulsos de corriente
que crean el plasma en forma de una red de filamentos ramificados
se selecciona de tal manera que sean suficientemente cortos para
asegurar que el movimiento de la superficie que se va a tratar sea
tan pequeño con relación al lugar ocupado por la red que la
duración de impulsos t_{2} es inferior a la proporción
(d/v) entre la anchura (d) de un filamento y la
velocidad (v) de movimiento de la superficie que se va a
tratar con relación al plasma. Considerando que esta velocidad es
de 1 m/s (una velocidad frecuentemente utilizada en la práctica), y
que la anchura del filamento es de 1 mm, un valor máximo de
10^{-3} se obtiene para t_{2}. La duración de impulso
t_{2} es sometida de hecho a una condición aún más
estricta, que es la limitación impuesta sobre la temperatura de
calentamiento de la superficie que se va a tratar. Las pruebas
efectuadas mientras se estaba desarrollando esta invención han
mostrado que este requisito limita la duración del impulso
t_{2} a un valor que no rebasa aproximadamente
3\cdot10^{-4}. Las fotografías de alta frecuencia tales como
las fotografías de las Figuras 4a y 4b muestran que durante este
período de tiempo los filamentos permanecen fijados sobre la
superficie que se va a tratar y que no se observa ningún efecto
hidrodinámico.
Para un barrido óptimo de la superficie que se
va a tratar por la red de plasma ramificado, como se muestra en las
Figuras 3a y 3b, se puede desplazar los filamentos de plasma
alejándolos o acercándolos entre ellos, en otras palabras, variando
la densidad del conjunto de filamentos de plasma, mediante la
selección de la forma y posición del electrodo de conexión a tierra
15. En la Figura 13a, por ejemplo, se puede ver un conjunto
ramificado de baja densidad, mientras que en la Figura 3b se puede
ver un conjunto de filamentos de plasma altamente concentrados
debido a que se colocó un electrodo 15' de pequeña área superficial
en el exterior, y radialmente con relación al eje de simetría de la
botella debajo del soporte aislante 12.
Para que el plasma barra toda la superficie del
recipiente, se puede efectuar el movimiento relativo entre el
electrodo de conexión a tierra y el objeto que se va a tratar, como
por ejemplo, mediante la rotación del soporte 12 en el cual se
asienta el recipiente, o bien mediante la rotación del electrodo
vivo o conectado a tierra mientras se mantiene en reposo el
soporte, o bien también desplazando un campo magnético o
electromagnético o bien generando un efecto hidrodinámico en los
gases de tratamiento.
Para simplificar el dispositivo, se puede lograr
ventajosamente el barrido de plasma en la superficie que se va a
tratar, mediante el desplazamiento de la boquilla de suministro de
gas de tratamiento, por ejemplo mediante la realización de una
rotación alrededor del eje de simetría axial de la botella como se
muestra en las Figuras 3a a 3c. Se puede mejorar asimismo el
barrido a través de un dispositivo de tratamiento como el
dispositivo mostrado en la Figura 3c, que tiene un dispositivo de
suministro de gas 5' equipado con una cabeza de alimentación 24 que
tiene varios conductos inclinados 9a, 9b, 9c formando un ángulo
\alpha, con el eje de simetría de la botella, y distribuidos
alrededor de este eje de simetría. Los conductos 25 pueden al mismo
tiempo servir como electrodos conectados al dispositivo de
generación de plasma 4. La cabeza de alimentación 24 puede estar
montada de tal manera que pueda girar con relación al soporte 12 del
recipiente 3. El dispositivo permite que varios chorros de plasma
ramificado 8a, 8b, 8c sean generados, los cuales están distribuidos
alrededor de la superficie interna de este recipiente. La rotación
de los conductos de suministro de gas de tratamiento provoca la
rotación del plasma a través de efectos hidrodinámicos y
electrostático. El efecto hidrodinámico mejora también la
evacuación de gases residuales después del tratamiento.
Toda la superficie del recipiente puede ser
tratada ya sea por uno o varios barridos del plasma cuando el
electrodo conectado a tierra o el electrodo vivo que sirve a la vez
como conducto de suministro de gas de tratamiento es desplazado, o
bien mediante impulsos repetidos en toda la superficie que se va a
tratar, pero sin movimiento de este último.
Un momento importante en la realización del
procedimiento es la alimentación de la mezcla gaseosa a la
superficie que se va a tratar. Los gases que traen las moléculas
para el depósito de una película, una película impermeable por
ejemplo, puede mezclarse con el gas utilizado para la formación de
plasma, y suministrado a través de los conductos 9, 9a, 9b, 9c en
el electrodo vivo, que pueden estar presentes en el recipiente 3
antes del inicio del tratamiento superficial o bien pueden
suministrarse en el recipiente a través de una fuente separada. La
boquilla del electrodo vivo puede dirigir los gases para
revestimiento de película corriente abajo del plasma en formación.
Es importante que la tensión de descomposición en la mezcla gaseosa
sea inferior a la tensión del aire ambiente. Por esta razón, la
mezcla gaseosa contiene preferentemente argón. El sistema de
suministro está diseñado para la utilización consecutiva de varias
mezclas gaseosas que tienen diferentes composiciones que permitirán
la creación de una película de barrera, por ejemplo, en forma de
varias capas que tienen composiciones químicas diferentes. El
depósito de una película de barrera en la parte interna de una
botella puede ser terminada ventajosamente con el depósito de una
capa orgánica del tipo de C_{x}H_{y} que impedirá la formación
de espuma de un líquido gaseoso llenado subsecuentemente en la
botella.
Un lugar crítico del objeto que se va a tratar,
especialmente en el caso de objetos que tienen un cuello angosto,
como por ejemplo botellas o la parte de la superficie interna cerca
del extremo abierto del recipiente (por ejemplo de un tubo de
plástico cilíndrico) es la parte inclinada de la superficie interna
cercana al cuello. Resulta ventajoso, para asegurar un tratamiento
de superficie eficiente de esta parte, tener unos conductos 9a, 9b,
9c inclinados a un ángulo \alpha con relación al eje de simetría
axial del recipiente o por lo menos la parte próxima a la parte del
cuello 26.
En el caso particular en el que el objeto que se
va a tratar sea un tubo de plástico, resulta importante, por
ejemplo, durante un tratamiento a través del cual se deposita la
barrera, no tratar el extremo del tubo que está cerrado, puesto que
la película depositada puede impedir la soldadura de este extremo
después del llenado del tubo por un producto para consumidor. En
este caso, el ángulo \alpha será seleccionado de tal manera que
la mezcla gaseosa alimentada a través de los conductos 9a, 9b, 9c
esté en contacto con la pared que se va a tratar, solamente debajo
de la superficie anular que no debe ser tratada. En el caso
particular en el que la botella es tratada, es posible al final de
las operaciones cubrir solamente la parte más baja de la botella
con una capa de polímero impidiendo la formación de espuma de la
bebida durante el llenado, mientras el cuello no tiene esta capa y
favorece por consiguiente la formación de espuma. Esto provocaría
que la bebida forme espuma al vaciarse, un efecto deseado en el caso
de la cerveza.
A través de una selección adecuada del ángulo
\alpha, se puede también minimizar la acumulación de productos
residuales de tratamiento mediante la admisión de una circulación de
los gases hacia el lado abierto del recipiente, en este caso el
cuello. Asimismo, se puede inyectar los gases alimentados como un
cono coaxial con relación a un objeto axisimétrico que se va a
tratar, de tal manera que los gases de alimentación estén
distribuidos uniformemente en la totalidad de la superficie que se
va a tratar. En este caso, los gases residuales son evacuados o un
conducto de evacuación central a lo largo del eje de este cono.
En virtud del contacto entre el plasma y la
superficie que se va a tratar por un procedimiento según la presente
invención, se puede depositar capas de barrera, como por ejemplo,
capas que contienen SiO_{x} lo que resulta económico y adecuado
para recipientes contemplados para alimentos, a través de los
efectos siguientes. Primero, los gases absorbidos en las paredes
del objeto que se va a tratar son desorbidos por el efecto acústico
de una onda de choque que surge con la creación del plasma y/o que
proviene de una fuente externa de vibraciones ultrasónicas, y son
eliminados de esta forma de la capa de superficie de la pared. El
plasma puede también producir un decapado superficial de ciertas
capas atómicas liberando enlaces químicos que reaccionan con las
partículas excitadas en el plasma, especialmente ciertas partículas
como por ejemplo silicio y oxígeno alimentadas con el gas de
tratamiento de superficie. El mecanismo no se conoce perfectamente,
pero puede ser que las moléculas de SiO_{x} ocupen los enlaces
químicos en la superficie del polímero y funcionen como sitios de
cristalización para la formación de una capa de barrera de
SiO_{x} en la superficie que se va a tratar.
Para la creación de películas flexibles de
barrera no rompible que tienen una buena adherencia a las paredes,
es posible a través de la presente invención depositar sucesivamente
capas que tienen diferentes composiciones químicas, y en particular
superponer capas de SiO_{x} y CH_{y} que se adhieren de manera
excelente al sustrato y entre ellas.
En la forma de realización de la Figura 8 para
el tratamiento de la superficie interna 2 de un recipiente 3 de
forma compleja, la descarga de plasma por impulsos en forma de una
red de filamentos de plasma se forma entre un electrodo vivo 5 que
sirve a la vez como conducto para gas de tratamiento y un electrodo
de conexión a tierra 15 que puede ser desplazado en tres
dimensiones por un mecanismo (no representado) permitiendo que el
electrodo 15 pase por toda la superficie externa del recipiente para
arrastrar una red de filamentos de plasma ramificado a través de
toda la superficie interna 2 del recipiente.
En la forma de realización de la Figura 9, el
tratamiento de superficie de un recipiente 3 de forma compleja (por
ejemplo un depósito de gasolina), se efectúa de la siguiente manera.
Un electrodo vivo 5 suministrado por una fuente de corriente 4 se
localiza en la parte externa de un recinto 27 del dispositivo. El
recipiente 3 está colocado dentro del recinto 27, el cual es
elaborado a partir de un material aislante y ventilado por un flujo
de aire u otro gas 28. Dos conductos 29, 30 son utilizados para
llevar la mezcla en el recipiente 3 y para evacuar los gases
residuales del tanque, respec-
tivamente. El tanque puede ser desplazado y rotado a través de un mecanismo que soporta el tanque (no representado).
tivamente. El tanque puede ser desplazado y rotado a través de un mecanismo que soporta el tanque (no representado).
El electrodo conectado a tierra puede tener la
forma de un chorro de líquido eléctricamente conductor 31 que
proviene de un inyector 32 suministrado por una bomba 33. El líquido
eléctricamente conductor 34 que se acumula en el fondo 35 entre el
recinto recircula continuamente en el sistema del electrodo
conectado a tierra. La descarga entre dichos electrodos se
desarrolla en forma de una red de filamentos de plasma ramificado
8.
En las formas de realización de las Figuras 10 y
11, dos soluciones para el tratamiento simultáneo de lados internos
y externos 2a, 2b de la pared de un recipiente 3 fabricado de
material aislante se muestran.
En la forma de realización de la Figura 10, se
producen descargas de tal manera que las redes de filamento de
plasma ramificado 8a y 8b se formen de forma alternante en ambos
lados de la pared mientras que los dos electrodos 5a, 5b están
conectados a polos opuestos del circuito eléctrico 54 del
dispositivo de generación de plasma 4. El recipiente está colocado
en un soporte 6 elaborado de material aislante que puede ser
rotado.
En la forma de realización de la Figura 11, el
esquema eléctrico propuesto permite que las descargas se efectúen
en forma de redes de filamentos de plasma ramificado 8a, 8b
suministradas en paralelo. El recipiente 3 está colocado en este
caso en un soporte 12 y las dos descargas hacen uso de un electrodo
conectado a tierra 15.
En estas dos formas de realización, los
electrodos vivos 5a, 5b sirven como conductos para gas. Las mezclas
gaseosas que sostienen las descargas pueden diferir entre los dos
lados de la pared del recipiente de tal manera que se puedan formar
depósitos que tienen composiciones y propiedades diferentes.
En la forma de realización de la Figura 12, las
descargas son generadas de tal manera que la red ramificada de
filamentos de plasma 8a, 8b se formen en las superficies internas de
los recipientes 3a, 3b portados uno al lado del otro. Los dos
electrodos 5a, respectivamente 5b, están conectados a polos opuestos
del circuito eléctrico 54 del dispositivo de generación de plasma
4, de tal manera que los filamentos de plasma 8a, 8b estén atraídos
juntos por fuerzas electrostáticas que ayudan a aplicarlos contra la
superficie interna de los recipientes 3a, respectivamente
3b.
3b.
Como en las demás formas de realización, los
recipientes 3a, 3b pueden estar colocados en soportes dieléctrico
rotatorios 12 que pueden comprender también un electrodo conectado a
tierra 15.
Varios pares de recipientes 3a, 3b suministrados
por los pares de electrodos 5a, 5b conectados a polos opuestos de
un circuito eléctrico 54, como se muestra en la Figura 13, pueden
ser tratados sucesivamente por medio de un conmutador electrónico o
eléctrico 56.
En las formas de realización de las Figuras 12 y
13, se puede observar que la formación de una red ramificada de
filamentos de plasma 8a, 8b contra las superficies externas de los
recipientes colocados uno al lado del otro, es ventajosa teniendo
en cuenta una buena aplicación de los plasmas contra la superficie
que se va a tratar debido a su atracción mutua. Los plasmas se
adaptan, por consiguiente, a la forma interna de los recipientes,
asegurando así un tratamiento uniforme y efectivo de toda la
superficie interna del recipiente.
El procedimiento reivindicado puede ponerse en
práctica con un equipo que comprende esencialmente dos
transportadores de alimentan y retiran los objetos que se van a
tratar, y una charola circular rotatoria en la periferia de donde
los objetos que se van a tratar son desplazados, cada uno
proporcionado con un sistema de distribución de mezclas de gas, una
fuente de corriente, dispositivos apropiados para mediciones y
revisiones, y una o varias fuentes de vibraciones acústicas,
especialmente vibraciones ultrasónicas, que aseguran la realización
del procedimiento. Las fuentes de las vibraciones acústicas pueden
estar montadas en los soportes de fondo de recipiente con el objeto
de incrementa la eficiencia del tratamiento en la superficie de
fondo del recipiente. Las fuentes de corriente pueden servir para
grupos de objetos que se van a tratar.
Durante su tratamiento, cada uno de los objetos
que se van a tratar debe ser sometido a enfriamiento por aire por
convección forzada hacia la pared no tratada del objeto, por
ejemplo, hacia el lado no tratado, cuando se trata de un recipiente
en proceso de tratamiento.
En una forma de realización de la presente
invención, los objetos que se van a tratar pueden estar inmersos en
un líquido a través del cual estarían sometidos a una acción
uniforme de vibraciones acústicas y particularmente de vibraciones
ultrasónicas, en toda su superficie interna. Este podría ser el caso
por ejemplo de botellas u de otro recipiente parcialmente inmersos
en un baño de líquido con los cuellos permaneciendo fuera de tal
manera que el líquido pudiera estar en contacto con la superficie
externa del recipiente que tiene la ventaja que las paredes del
recipiente pueden estar enfriadas muy eficientemente y el plasma
aplicado durante un mayor período de tiempo. Por otra parte, cuando
se emplea una fuente externa de vibraciones, el líquido permite que
estas vibraciones sean distribuidas de manera más uniforme en las
paredes del recipiente, produciendo de este modo vibraciones mas
uniformes en la superficie interna del recipiente que se va a
tratar.
Con el objeto de simplificar las condiciones
eléctricas al dispositivo de tratamiento, el sistema puede estar
equipado con un sistema de condensadores a través de los cuales la
energía eléctrica de alta frecuencia (HF) es transmitida a los
electrodos vivos sin necesidad de un contacto directo.
En el caso de depósito de películas en
recipientes formados por material transparente, amorfo, el
dispositivo de tratamiento puede incluir ventajosamente un sistema
de rayos láser para controlar la calidad de la película depositada.
Dicho sistema registrará, ya sea el número de fotones emitidos por
los efectos no lineales mientras que el rayo láser pasa a través de
dicha película o bien la disminución del flujo de fotones primarios
causada por su recombinación como resultado de efectos no
lineales.
En el caso de un tratamiento de decapado
efectuado por plasma en un objeto como por ejemplo placa de silicio
de cristales individuales en las cuales una estructura
microelectrónica parcialmente protegida por máscaras que consisten
de material fotorresistente es depositada, se puede aplicar
ventajosamente un movimiento de onda al objeto que se va a tratar
en una dirección particular como por ejemplo perpendicular a la
superficie de la placa, con el objeto de producir un decapado
anisotrópico. El nivel de anisotropía dependerá de la amplitud de
la frecuencia del movimiento de la onda impuesto en la superficie
que se va a tratar.
Cuando el objeto que se va a tratar es una hoja
de metal, una hoja de plástico, una hoja textil, este objeto puede
ser sometido a la acción simultánea de un flujo de plasma que
explora la superficie de este objeto y del movimiento de vibración
del objeto que intensificará el tratamiento de limpieza,
desengrasado, decapado o depósito de película causado por el flujo
de plasma.
Una realización similar e igualmente eficaz es
factible cuando el objeto que se va a tratar es un alambre
metálico, una fibra textil o un filamento polimérico.
Otra forma de la presente invención consiste en
la generación de plasma simultáneamente en dos puntos en la
superficie de un objeto de forma asimétrica que se va a tratar, por
ejemplo un recipiente de un gran volumen y de configuración
complicada, en la que dos descargas de alta frecuencia en forma de
redes de filamento de plasma ramificado son producidas entre dos
electrodos capacitados que presentan un movimiento de barrido a lo
largo de la superficie externa del objeto que se va a tratar.
Un modo de generación de plasma que constituye
un gran interés práctico consiste en la generación de plasma por
compresión adiabática (isentrópica). Un dispositivo para el
tratamiento por generación de dicho plasma se muestra en la Figura
14.
El dispositivo de tratamiento 1 incluye un
recinto 36 que comprende una sección que es la cámara de pistón 37
y una sección que contiene los asientos para los objetos que se van
a tratar 38, un pistón sólido 39, un dispositivo de compresión de
gases 40 proporcionado con aditamentos para expansión rápida, una
generación de vibraciones acústicas 7, un conducto de entrada para
el gas de tratamiento con la válvula 41, y un conducto para
evacuación de gases con válvula 42. La sección con los asientos para
los objetos 38 comprende una porción de pared lateral 43, una
porción de pared de fondo 44 fijada sobre la porción de pared
lateral a través de un sello de vacío y un dispositivo de
amortiguamiento de vibraciones 45. El pistón 39 está montado para
deslizarse dentro de la cámara de pistón 37 del recinto 36 mientras
que la sección de la cámara situada por encima del pistón puede ser
llenada rápidamente por gas bajo alta presión generada por el
dispositivo de compresión de gases 40 que está conectado a esa
sección de la cámara a través de un conducto 46. Un conducto de
salida 47 con válvula 48 permite la evacuación de los gases desde
la sección del recinto situada por encima del pistón en el que el
pistón 39 es levantar uno nuevo. El conducto de entrada y salida 41,
42 permite el llenado con gas de tratamiento de la sección con los
asientos de los objetos, para evacuar el gas después de tratamiento,
y para llenar otra vez con gas de tratamiento.
Cuando el pistón se encuentra en el punto muerto
superior, entonces la parte interna del recinto es evacuada primero
por una bomba de vacío (no representada) conectada a la salida 42, y
después llenada con un gas de tratamiento suministrado a partir del
conducto de entrada 41. El dispositivo de compresión 40 incluye un
depósito de aire comprimido conectado a través de una válvula de
accionamiento con la sección del recinto situado por encima del
pistón. El pistón 39 es empujado hacia abajo por el aire comprimido
y se detiene solamente cuando se encuentra en la posición de punto
muerto inferior 50.
Las dimensiones (diámetro y altura) del recinto,
la presión inicial de gas en proceso, y la presión ejercida sobre
el pistón se calculan de tal manera que durante su movimiento desde
el punto muerto superior 49 hacia el punto muerto inferior 50, el
pistón comprima el gas de tratamiento a lo largo de la curva
adiabática de Hugogniot.
El plasma es generado por compresión adiabática.
El mismo empuja el pistón hacia atrás, el pistón regresa a su punto
muerto superior 49 mientras que el gas situado por encima del pistón
es evacuado durante su carrera ascendente a través del conducto 47.
Esta forma de realización tiene la ventaja de que el plasma es
generado uniformemente en todo el espacio de tratamiento de tal
manera que el tratamiento sea efectuado de manea uniforme en todos
los lados de los objetos que se van a tratar que están presentes en
el recinto.
Las características dinámicas del gas de
compresión se calcula de tal manera que un plasma que tenga
parámetros dados se forme en la zona de tratamiento del recinto de
tal manera que se generen vibraciones a través de la fuente externa
de vibraciones 7 que funciona preferentemente en una de las
frecuencias propias de los objetos que se van a tratar o en varias
de dichas frecuencias propias.
Otro modo de generación de plasma que puede
también ser de interés práctico es la generación de plasma por una
onda de choque. Un dispositivo que permite la generación de dicho
plasma es ilustrado esquemáticamente en las Figuras 15a a 15c.
El dispositivo de tratamiento 1 según la Figura
15a comprende un recinto 35 con la primera sección 37 que contiene
gas comprimido conectado a través de un conducto 46 con una válvula
a un dispositivo de compresión de gases 40, y una sección de
alojamiento de los objetos que se van a tratar 38, con un conducto
de entrada de gas de tratamiento 41 proporcionado con la válvula y
un conducto de evacuación de gas de tratamiento 42 equipado con una
válvula. La sección que aloja los objetos que se van a tratar
comprende una parte de una pared lateral 43 y una parte de fondo 44
unidas a través de un sello de vacío que actúa como absorbedor de
vibraciones 45. El dispositivo comprende además un generador externo
de generaciones ultrasónicas 7 colocado debajo de la parte de fondo
44. Una pared de separación amovible 51 puede colocarse para separar
herméticamente la sección que contiene el gas comprimido 37 de la
sección que contiene los objetos que se van a tratar 38.
Al principio del procedimiento de tratamiento,
una bomba de vacío conectada al conducto de evacuación 42 vacía la
sección 38 del recinto la cual se llena posteriormente con gas de
tratamiento suministrado por un conducto de entrada 41. El
dispositivo de compresión 40 comprime un gas de tratamiento en la
sección que contiene el gas comprimido 37. Finalmente, la pared
amovible 51 es levantada de manea abrupta con el objetivo de
conectar las dos secciones de recinto 37, 38.
Las dimensiones (diámetro y altura) del recinto,
la presión inicial del gas de tratamiento, la posición de la pared
de separación, la presión del gas de compresión, u otros parámetros
se calculan de tal manera que la compresión del gas de tratamiento
detrás de la onda de choque ocurra según la curva adiabática de
Poisson. Las características dinámicas del proceso de compresión
producido por la onda de choque incidente y la onda de choque
reflejada se calculan de tal manera que un plasma de parámetros
dados se forme en la zona del objeto que se va a tratar. El objeto
3 es sometido a la acción plasmoquímica del plasma creado detrás de
la onda de choque reflejada 51', el plasma resultando de la
compresión doble o la onda incidente 52 y la onda reflejada 52'.
Parte de la energía de la onda de choque incidente 52 es absorbida
por el objeto que se va a tratar 3, en forma de una onda de choque
52'' que se propaga dentro del objeto a la velocidad del sonido, que
es relativamente mayor que la velocidad del sonido en el plasma. La
onda dentro del objeto es reflejada en la pared opuesta 26, y por
consiguiente efectúa un movimiento de vaivén disipándose en forma de
vibraciones acústicas.
Estas vibraciones de la superficie del objeto
que se va a tratar provocan una intensificación de las reacciones
plasmoquímicas entre el plasma y las partículas de la superficie que
se va a tratar 2a. Se puede incrementar la amplitud de las
vibraciones por una fuente externa de vibraciones 7 que emiten por
ejemplo una frecuencia cercana o idéntica a una de las frecuencias
propias del objeto o un múltiplo de dicha frecuencia.
Sin embargo, la frecuencia de esta vibración
externa puede seleccionarse de tal manera que no corresponda, ni a
la frecuencia de vibración de la onda de choque del objeto que se va
a tratar ni a una frecuencia propia del objeto que se va a
tratar.
Haciendo referencia a la Figura 16, se muestra
otra modalidad para la formación de plasma en un reactor 36 en la
que gas y vapores Q_{1} y Q_{2} están introducidos por los
puertos de entrada 41. La descomposición del gas en el plasma forma
grupos y polvos, particularmente nanopolvos, por lo que el grado de
estructuración, la forma, y la cantidad se determinan a través de
la acción simultánea del plasma y de vibraciones ultrasónicas. Las
vibraciones son transmitidas por ejemplo al reactor por un generado
ultrasónico 7, o generadas en la cámara 36 por impulsos de
corriente en el plasma según lo descrito previamente de tal manera
que la parte frontal del desarrollo de plasma tenga las
características descritas con relación a la Figura 5.
De esta forma, por ejemplo, nanopolvos de
SiO_{2} en forma monocristales que tienen una dimensión media de
aproximadamente 20 mm con una dispersión de + 20%, han sido
producidos a partir de la descomposición de hexametildisiloxano en
un gas de tratamiento que comprende argón+oxígeno. La productividad
del procedimiento fue incrementada 35 veces, siendo todos los demás
parámetros iguales, mediante la inclusión de vibración acústica de
una frecuencia de 45 kHz (potencia de 3 kW) en el plasma de descarga
eléctrica de alta frecuencia (HF) (potencia 45 kW, diámetro del
flujo de plasma: 35 mm).
En el dispositivo según la Figura 16, el
generador ultrasónico 7 comprende un transmisor de ultrasonido 58
montado coaxialmente dentro de la cámara 36, que en este ejemplo
tiene una forma cilíndrica, de tal manera que las partículas de
polvo sean producidas y tratadas en el espacio anular entre el
transmisor ultrasónico 58 y la pared de la cámara 36. El
dispositivo puede comprender además un circuito de enfriamiento 60
alrededor de una porción de la cámara 36 y puede presentar unos
puertos de entrada y salida 62, 64 para la circulación de un
líquido de enfriamiento. El plasma 8 es creado en una parte 66 de la
cámara alrededor de la cual los electrodos 5 conectados a una
fuente de corriente 4 están colocados, por ejemplo, una fuente de
corriente de alta frecuencia, para la generación de plasma en la
porción 66 de la cámara, ya sea por efecto capacitivo o inductivo.
Si se suministra el generador acústico externo, el plasma puede ser
creado en la cámara por medios convencionales. Sin embargo, en
ausencia de un generador externo de vibraciones, las vibraciones
acústicas pueden ser generadas por el proceso de generación de
plasma en impulsos con relación a las condiciones descritas en la
Figura 5.
El dispositivo de la Figura 16 puede ser
utilizado asimismo para el tratamiento de núcleos o granos de polvo,
que pueden ser introducidos por ejemplo con la mezcla de gas
Q_{1}, Q_{2} con el objeto de formar granos de polvo
compuestos. El plasma activa los átomos y moléculas de la mezcla
gaseosa que están en contacto con los núcleos de polvo con el
objeto de formar películas o capas atómicas o moleculares homogéneas
alrededor de los núcleos. Las vibraciones acústicas ondulan los
iones plasma o los núcleos de grano, o ambos, de tal manera que el
movimiento de ondulación relativa entre la superficie de núcleos y
los iones de plasma catalice el proceso de depósito. El polvo 70
producido de esta forma o tratado de esta manera es recogido en un
colector 68 colocado debajo del tubo de salida
36.
36.
Otra forma de realización de la presente
invención comprende la imposición de una vibración acústica para el
decapado de la superficie por plasma. El objeto que se va a tratar
es por ejemplo una placa de semiconductor como por ejemplo una
placa de silicio monocristalina cubierta con una estructura que
comprende máscaras, como se encuentra comúnmente en una tecnología
de semiconductores. El plasma es preferentemente un plasma
atmosférico. La placa de silicio es dispuesta en un soporte y
colocada para ser sometida a un chorro de plasma atmosférico, en el
que se inyectan gases para decapado como por ejemplo CF_{4}. El
soporte (y por lo tanto la placa) es sometido a una vibración
ultrasónica perpendicular a la placa(v=15 kHz, potencia
variable).
La experiencia ha mostrado que al aplicar una
vibración ultrasónica, la limpieza puede ser efectuada en forma
anisotrópica en el sentido de que la velocidad de decapado de
v_{II} en la dirección paralela al movimiento de vibración (es
decir, perpendicular a la superficie de la placa de silicio) es
superior a la velocidad de decapado en la dirección perpendicular
v. Mediante la variación de la potencia P de a vibración 0,1 y 2 kW,
fue posible obtener una proporción v_{II}/v que varía entre 1,2 y
30. Esta proporción se incrementa por un factor de 1,5 con una
elevación en la frecuencia de 15 a 45 kHz.
El procedimiento de tratamiento por plasma de la
presente invención puede ser utilizado ventajosamente para la
limpieza o el decapado o la descamación de hojas o alambres
metálicos. Por ejemplo, una hoja de aluminio que pasa a través de
una cortina de plasma puede ser limpiada de su capa de aceite o
grasa restante después del laminado. La aplicación de una vibración
acústica intensifica el tratamiento mencionado anteriormente de
manera significativa. Por ejemplo, en un experimento práctico, una
limpieza virtualmente total fue obtenida para una densidad de
energía lineal de 1 kW/cm de plasma para una velocidad de lámina a
través del plasma de 3 m/seg. Mediante la aplicación de una
inversión ultrasónica a la hoja de aluminio a través del soporte o
rodillo en contacto con la hoja (v = 45 kHz, P = 0,1 kW/cm), fue
posible reducir la energía eléctrica a la mitad (es decir 0,5
kW/cm) para lograr los mismos resultados de limpieza.
En el caso del tratamiento de una superficie
interna o externa de un cuerpo hueco de forma asimétrica, que tiene
por ejemplo la forma de un recipiente de gran volumen con
configuración compleja, es posible generar el plasma en forma de
una red reticulada en dos zonas en la superficie del cuerpo que se
va a tratar, por ejemplo, por dos descargas de alta frecuencia en
forma de una red ramificada de filamento de plasma entre dos
electrodos capacitivos que barren a lo largo de la superficie
externa del cuerpo.
A título de ejemplo, en un experimento práctico,
la superficie interna de un depósito de combustible para automóvil
elaborado de una sola capa de polietileno fue cubierta con la
película de barrera con la ayuda de cargas de plasma de alta
frecuencia a 13,56 MHz. Las descargas de plasma en forma de una red
reticulada de filamentos, fue creada en una mezcla de argón,
oxígeno y HMDS. La potencia promedio de la descarga fue de 5 kW. En
60 segundos, la superficie interior del contenedor fue cubierta con
una película de SiO_{2} de 0,1 \mum de espesor, que
representaba una barrera relativa a moléculas de hidrocarburos de
milla (Barrier Improvement Factor BIF=1000).
A continuación, se proporcionan ejemplos no
limitativos de puesta en práctica del procedimiento según la
presente invención.
Depósito de una película de óxido de silicio en
la superficie interna de una botella de PET de una sola capa (0,5
litros) por el procedimiento de HF.
Productos de base utilizados consecutiva y
repetidamente: Ar, O_{2}, Hexametildisiloxano (HDMS), CH_{4}
Tensión máxima de la fuente de corriente: 21
kV
Amplitud de corriente de descarga; 10 A
t_{1} = 3 \mus
t_{2} = 300 \mus
t_{3} = 40 ms
Duración del tratamiento: 30 s
Material principal de barrera: SiO_{x} (x =
1,96)
Espesor de la barrera: 180 - 190 \ring{A}
\vskip1.000000\baselineskip
Magnitud de la barrera para oxígeno (volumen de
oxígeno que se difunde a través de la pared de la botella por
día):
- antes del tratamiento:
- 0,06 cm^{3}/botella\cdotdía
- después del tratamiento:
- 0,0001 cm^{3}/botella\cdotdía
\vskip1.000000\baselineskip
Coeficiente relativo de barrera para oxígeno:
BIF* \sim 60
Coeficiente de barrera para CO_{2}: BIF*
\sim15*) BIF = Factor de Mejora de Barrera
\vskip1.000000\baselineskip
Depósito de una película de óxido de silicio en
un tubo de polietileno de una sola capa (200 ml)
Productos de base utilizados consecutivamente:
Ar, O_{2}, (HDMS), TEOS, CH_{4}
Tensión máxima de la fuente de corriente: 10
kV
Amplitud de corriente de descarga; 8 A
\vskip1.000000\baselineskip
t_{1} = 2 \mus
t_{2} = 200 \mus
t_{3} = 10 ms
Duración del tratamiento: 30 s
Material principal de barrera: SiO_{x} (x =
1,95)
Espesor de la barrera: 250 \ring{A}
\vskip1.000000\baselineskip
Magnitud de la barrera para oxígeno:
- antes de tratamiento interno:
- 0,7 cm^{3}/tubo\cdotdía
- después de tratamiento interno:
- 0,005 cm^{3}/tubo\cdotdía
- después de tratamiento externo:
- 0,1 cm^{3}/tubo\cdotdía
- después de tratamiento en ambos lados:
- 0,002 cm^{3}/tubo\cdotdía
\vskip1.000000\baselineskip
Coeficiente de barrera para oxígeno:
- después de tratamiento interno:
- BIF \sim140
- después de tratamiento externo:
- BIF \sim7
- después de tratamiento en ambos lados:
- BIF \sim350
\vskip1.000000\baselineskip
Depósito de una película de óxido de silicio
(SiO_{2}) por descomposición de HDMS en un plasma atmosférico en
la parte interna del recipiente (botellas de PET) en las condiciones
siguientes:
Frecuencia (v) de las ondulaciones (fuente
exterior de ultrasonido con densidades de energía diferentes)
aplicada al recipiente durante el tratamiento por plasma:
v =
3\cdot10^{1} \
kHz.
Amplitud (l) de las ondulaciones (medidas por
una cámara de alta velocidad: 10^{6} cuadros/seg):
I = l/v \
\cdot \
\surd(E/\rho)
siendo \rho la densidad del
material
tratado.
\newpage
Incremento de la temperatura (\DeltaT) de la
pared de recipiente después de un tratamiento por plasma atmosférico
(medido con un pirómetro infrarrojo):
\DeltaT =
10K.
En estas condiciones, la densidad de energía (E)
del movimiento ondulatorio es:
E \ _{und} =
½ \rho \ ^{2} \
v^{2}
La densidad de la energía térmica
(ET)comunicada al objeto por el plasma y que corresponde a
una temperatura de \DeltaT de 10K es:
E_{T} = \rho
c\Delta
T
siendo c la capacitante térmica del
material.
La proporción (R) de los valores antes
mencionados es: R = E _{und}/ E_{T} = ½
l^{2}v^{2}/c\DeltaT.
Después de los regímenes de ondulación (l)
impuestos en el proceso, tenemos:
El resultado obtenido por este experimento
permite concluir que en el caso de un depósito de película por
plasma atmosférico, la densidad de energía del movimiento
ondulatorio es mayor a aproximadamente una centésima de la densidad
de energía térmica comunicada al cuerpo que se va a tratar por el
plasma. En forma general, esto implica que la aplicación de un
movimiento ondulatorio se vuelve efectiva solamente cuando su
intensidad es tal que densidad de energía de este movimiento es
significativa con relación al incremento de la energía térmica del
cuerpo que se va a tratar, siendo esta última proporcional al
incremento de la temperatura del cuerpo antes y/o durante el
tratamiento. La energía térmica puede estar comunicada al cuerpo que
se va a tratar por una fuente de calor, en particular la fuente de
calor proporcionada por el plasma mismo.
En este ejemplo, la proporción mínima R de las
densidades de energía para las cuales un movimiento ondulatorio se
vuelve efectivo, es de aproximadamente uno entre cien. Considerando
la naturaleza compleja de las interacciones entre la superficie que
se encuentra por un lado ondulante, y por otra parte calentada, con
el plasma, es posible que la proporción mencionada anteriormente
sea de aproximadamente una centésima parte para el proceso
particular de depósito de una película de óxido de silicio pero
diferente para otros procesos como para ejemplo decapado,
activación o esterilización de superficies. De manera general, se
debe entender que la palabra "significativa" indique que la
densidad de energía de movimiento ondulatorio debe ser una parte
importante de la densidad de energía térmica, probablemente por
encima de una milésima. El ejemplo muestra que el valor real de la
proporción existe pero debe ser determinado para cada situación
particular.
Durante el tratamiento de depósito de película
mencionado en el Ejemplo 3, el espesor de la capa de límite en
cuanto a la difusión de partículas (Si) hacia la superficie de pared
que se va a tratar fue estimado basándose en las estimaciones de la
temperatura promedio del plasma con base en datos espectroscópicos
mencionados en el artículo: A. Kakliougin, P. Koulik, y
colaboradores, "HF Atmospheric Plasma Sterilization of Dielectric
Containers Inside Surface" [Esterilización por Plasma Atmosférico
de HF de la Superficie Interna de Recipientes Dieléctricos] CIP
2001, publicado por SVF; 1ª Edición mayo de 2001, página 28. Según
estas estimaciones, la velocidad térmica/V_{T}) de partículas que
se difunden fue estimada en v_{T} \sim 10^{3} M/S. La
concentración n_{r}/n_{pl} de las partículas de Si que se están
difundiendo fue medida por medidores de flujo y fue igual a
10^{-5} (proporción en la densidad de partículas de Si y la
densidad total de partículas de plasma), y la sección efectiva de
las partículas que se están difundiendo fue evaluada en 10^{-18}
m^{2} según Braun (S. Braun, Basic Processes in Gas Discharges
[Procesos Básicos en Descargas Gaseosas] Cambridge, MTI, 12,
1959).
La duración del tratamiento por plasma fue
\Delta\tau = 30 seg.
En estas condiciones, el espesor \delta de la
capa de límite para los regímenes descritos en el artículo
precedente se calcula según la fórmula: \delta =
v_{T}.n_{r}/n_{pl}.\Delta\tau/Q\Deltan_{sol}
siendo n_{sol} la densidad de partículas de la
capa depositada (\sim10^{28}m^{-3}), siendo el espesor
\Delta, y Q es la sección efectiva de las partículas que se están
difundiendo.
Según los regímenes ondulatorios impuestos en el
proceso:
Estos resultados muestran que cuando la amplitud
del movimiento ondulatorio es mayor que el espesor de la capa de
límite entre el plasma y el objeto que se va a tratar, obtenemos, en
las condiciones experimentales, una capa de óxido de silicio de
espesor medible (en otras palabras, el procedimiento es
efectivo).
Este resultado implica que el movimiento
ondulatorio aplicado a la superficie que se va a tratar es efectivo,
una vez que causa un plasma turbulento, este último intensificando
sustancialmente el intercambio molecular entre el plasma y la
superficie que se va a tratar, acompañado por ejemplo por depósito
de película según en el ejemplo mencionado.
Claims (47)
1. Procedimiento de tratamiento por plasma de
una superficie que se va a tratar de un objeto o partículas, que
comprende la creación de un plasma y la aplicación del plasma contra
la superficie que se va a tratar, caracterizado porque la
superficie que se va a tratar
es excitada para crear un movimiento ondulatorio
relativo entre el plasma y la superficie que se va a tratar,
energía para la excitación de la superficie que se va a tratar
procedente del procedimiento de creación de plasma.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la superficie que se va a tratar es
excitada, o bien el plasma es vibrado acústicamente por medio de un
generador externo de vibraciones, en combinación con la fuente de
energía suministrada por el procedimiento de creación de plasma.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se generan ultrasonidos.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque la frecuencia de vibraciones del
generador es ajustada a una frecuencia próxima o idéntica a una de
las frecuencias propias del objeto que se va a tratar.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
frecuencia y la amplitud de las vibraciones del objeto que se va a
tratar se miden a través de un sensor de vibraciones para
identificar las frecuencias propias del objeto que se va a tratar
y/o para controlar la excitación de la superficie que se va
a
tratar.
tratar.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
superficie que se va a tratar es excitada por una onda de choque
producida durante la creación del plasma.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se crea el
plasma en un medio gaseoso que comprende un gas de tratamiento que
puede activarse por vía plasmoquímica, estando en contacto el gas
de tratamiento con la superficie que se va a tratar.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el plasma
se genera por impulsos, siendo la duración de la vida del plasma
generado superior al periodo de movimiento ondulatorio.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque el impulso de plasma es generado por una
compresión esencialmente adiabática e isentrópica de un medio
gaseoso que comprende un gas de tratamiento que puede ser activado
plasmoquímicamente.
10. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque los impulsos son generados por ondas de
choque incidentes y ondas de choque reflejadas a partir de la
superficie que se va a tratar.
11. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque los impulsos son generados por impulsos
de corriente eléctrica unipolar o de alta frecuencia.
12. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el tiempo de subida
(t_{1}) de la amplitud de corriente eléctrica de un
impulso es menor que la proporción d/v del diámetro
(d) de un canal o filamento de plasma creado a la velocidad
del sonido (v) en el medio gaseoso que rodea el canal de
plasma.
13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó
12, caracterizado porque las ondas de choque sónicas son
creadas por una descarga eléctrica durante la creación de un canal
de plasma o filamento de plasma.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la longitud
(t_{2}) de un impulso eléctrico es ajustada de tal manera
que se evite el calentamiento superficial de la superficie que se
va a tratar, por encima de la temperatura crítica de inestabilidad
del material.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque la duración
entre impulsos (t_{3}) es mayor que el tiempo de
postdescarga (t_{4}) para permitir que la mayoría de las
partículas de la superficie que se va a tratar alcancen un estado
estable o metaestable.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque se crea un
plasma en forma de una red ramificada de filamentos de plasma que
genera ondas de choque.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque el plasma es
desplazado sobre la superficie que se va a tratar, por un
movimiento relativo entre un electrodo y el objeto que se va a
tratar y/o por un campo magnético en movimiento y/o por un efecto
hidrodinámico de un gas de tratamiento en el que se crea el
plasma.
\newpage
18. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque la longitud del impulso
(t_{2}) es inferior a la proporción entre la longitud del
filamento de plasma aplicado contra la superficie que se va a
tratar y la velocidad de movimiento de la superficie que se va a
tratar con relación al plasma.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 a 18, caracterizado porque se crean y se
aplican simultáneamente una pluralidad de ramificaciones de plasma
ramificado distribuidas en la superficie que se va a tratar.
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el plasma
es alimentado sucesivamente con gases de tratamiento que tienen
composiciones diferentes, para tratamientos sucesivos diferentes de
la superficie que se va a tratar.
21. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque los gases de tratamiento
incluyen argón, vapores organometálicos tales como vapores de
silicio y oxígeno, e hidrocarburos.
22. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4 en casos de tratamiento de botellas u otros
recipientes profundos, caracterizado porque se generan
vibraciones debajo de un fondo de recipiente opuesto a un cuello
para incrementar la eficacia de tratamiento en el fondo.
23. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque un decapado
anisotrópico de la superficie que se va a tratar es ejecutado por
la generación de vibraciones que se desplazan en una dirección
determinada con respecto a dicha superficie que se va a tratar.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el caso del tratamiento por decapado
de una superficie de semiconductor, caracterizado porque se
generan vibraciones que se desplazan en una dirección esencialmente
perpendicular a dicha superficie.
25. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el tratamiento
por plasma es un tratamiento de decapado y el movimiento
ondulatorio de la superficie que se va a tratar, como por ejemplo
la superficie de una placa de silicio microcristalino en la que se
deposita una estructura microelectrónica parcialmente protegida por
máscaras de material fotorresistente, se efectúa en una dirección
específica como por ejemplo en una dirección perpendicular con
relación a la superficie de la placa, lo que permite un tratamiento
de decapado isotrópico, dependiendo el grado de anisotropía de la
amplitud y de la frecuencia del movimiento ondulatorio aplicado en
la superficie que se va a tratar.
26. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el cuerpo que
se va a tratar es una lámina de metal o de material plástico o
textil sometida a la acción simultánea de un flujo de plasma y un
movimiento de vibración del soporte que fija la posición de la hoja
con relación al flujo de plasma.
27. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el plasma es
generado simultáneamente en dos posiciones de la superficie interna
de un cuerpo que se va a tratar de gran volumen y configuración
compleja, por dos descargas de alta frecuencia en forma de redes de
filamentos ramificados de plasma entre electrodos capacitivos
provistos de un movimiento de barrido a lo largo de la superficie
externa del cuerpo que se va a tratar.
28. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la densidad
de energía comunicada al objeto que se va a tratar por un
movimiento ondulatorio es mayor a uno por mil del aumento de la
densidad de energía térmica comunicada al objeto antes o después del
tratamiento.
29. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la densidad
de energía comunicada al objeto que se va a tratar por el
movimiento ondulatorio es mayor que uno por ciento del aumento de
la densidad de energía térmica comunicada al objeto antes o después
del tratamiento.
30. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la amplitud
del movimiento ondulatorio es sustancialmente superior al espesor
de la capa límite que se forma entre el plasma y la superficie del
objeto durante el tratamiento por plasma, estando acompañado este
efecto por un plasma turbulento.
31. Dispositivo para la realización de un
procedimiento de tratamiento de superficie según una de las
reivindicaciones 1 a 30, caracterizado porque comprende un
dispositivo para la generación de plasma apto para generar impulsos
de plasma con un tiempo de subida (t1) de la amplitud de corriente
eléctrica de un impulso es menor que la proporción d/v del diámetro
(d) de un canal o filamento de plasma creado con la velocidad del
sonido (v) en el medio gaseoso que rodea el canal de plasma, y un
detector de vibraciones dispuesto de manera que mide las
vibraciones emitidas por el objeto que se va a tratar durante el
procedimiento de tratamiento de la superficie por plasma.
32. Dispositivo según la reivindicación 31,
caracterizado porque comprende el dispositivo de generación
es apto para generar impulsos de plasma con un tiempo de subida
(t1) de la amplitud de corriente eléctrica de un impulso es menor o
igual a 3x10^{-6} s.
33. Dispositivo según la reivindicación 31,
caracterizado porque un sistema láser que puede emitir un
rayo láser a través de una pared del objeto que se va a tratar y
que comprende un detector de rayos láser reflejados o que
atraviesan la pared para detectar la cantidad de fotones emitidos
por los efectos no lineales al pasar el rayo láser a través de la
superficie tratada, o la disminución de flujo de fotones primarios
debido a sus recombinaciones por los efectos no lineales.
34. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 31 a 33, caracterizado porque comprende un
dispositivo para enfriar el objeto que se va a tratar por un flujo
o proyección de un líquido en el objeto que se va a tratar.
35. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el dispositivo de enfriamiento
sopla aire u otro gas sobre el objeto que se va a tratar durante la
aplicación de plasma sobre la superficie que se va a tratar o justo
después de la misma.
36. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 31 a 35, caracterizado porque el dispositivo
para generación de plasma comprende un electrodo que puede ser
desplazado con relación al objeto que se va a tratar.
37. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 31, 32, 33, 35 ó 36, caracterizado porque el
dispositivo para generación de plasma incluye un electrodo que
comprende un conducto para alimentación de gas.
38. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el electrodo comprende una
pluralidad de conductos de alimentación de gas.
39. Dispositivo según una de las dos
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
electrodo comprende una cabeza de alimentación rotatoria sobre la
cual están montados el conducto o los conductos de suministro de
gas de procedimiento para el tratamiento de recipientes
esencialmente axisimétricos.
40. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 36 a 39, caracterizado porque el ángulo de
inclinación de los conductos de suministro de gas de tratamiento se
puede ajustar de tal manera que el ángulo de incidencia del gas de
tratamiento pueda ajustarse con relación a la superficie que se va a
tratar.
41. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 36 a 39, caracterizado porque los conductos
de suministro de gas de tratamiento para el tratamiento de
recipientes esencialmente axisimétricos se disponen esencialmente
en forma de un cono para distribuir el gas de tratamiento de forma
esencialmente axisimétrica.
42. Dispositivo según la reivindicación 31,
caracterizado porque comprende un dispositivo para generación
de plasma por descarga eléctrica con un electrodo en forma de un
chorro de líquido conductor que puede ser dirigido contra una pared
del objeto que se va a tratar, en el lado opuesto de la superficie
que se va a tratar.
43. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 31 a 42, caracterizado porque comprende un
dispositivo para registrar y controlar los parámetros de plasma
durante el tratamiento.
44. Dispositivo según la reivindicación
anterior, caracterizado porque los medios para registrar y
controlar los parámetros son aptos para registrar y/o controlar la
flanco anterior del impulso de la tensión eléctrica y/o de la
corriente eléctrica.
45. Dispositivo según la reivindicación 43 ó 44,
caracterizado porque los medios para registrar y controlar
los parámetros son aptos para registrar y/o controlar la amplitud y
la duración de los impulsos así como la pausa entre los
impulsos.
46. Dispositivo según la reivindicación 43, 44 ó
45, caracterizado porque los medios para registrar y
controlar los parámetros son aptos para registrar y/o controlar la
amplitud y la frecuencia de las vibraciones acústicas emitidas por
el objeto que se va a tratar.
47. Dispositivo según la reivindicación 43, 44,
45 ó 46, caracterizado porque los medios para registrar y
controlar los parámetros son aptos para registrar y/o controlar la
temperatura del objeto que se va a tratar.
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|---|---|---|---|---|
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| NL1033408C2 (nl) * | 2007-02-16 | 2008-08-19 | Omve Netherlands B V | Werkwijze resp. inrichting voor het desinfecteren van micro-organismen etc. |
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| WO2012113568A1 (de) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Desinfektionseinrichtung, behälter, verwendung eines behälters und desinfektionsverfahren zur desinfektion eines behälters, insbesondere für einen lebensmittelbehälter |
| DE102012206081A1 (de) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Krones Ag | Beschichtung von Behältern mit Plasmadüsen |
| CN102785376B (zh) * | 2012-08-14 | 2016-03-30 | 明尼苏达矿业制造特殊材料（上海）有限公司 | 聚乙烯表面处理方法 |
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Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4778583A (en) * | 1987-05-11 | 1988-10-18 | Eastman Kodak Company | Semiconductor etching process which produces oriented sloped walls |
| JPH01111333A (ja) * | 1987-10-26 | 1989-04-28 | Oki Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング装置 |
| DE3900768C1 (en) * | 1989-01-12 | 1990-02-22 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | Plasma etching device and method for operating it |
| JPH04111313A (ja) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Mitsubishi Electric Corp | 微細加工装置及び方法 |
| US5277740A (en) * | 1990-08-31 | 1994-01-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Apparatus and method for forming a fine pattern |
| JPH04357662A (ja) * | 1991-04-19 | 1992-12-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 無電極放電ランプ |
| RU2000890C1 (ru) * | 1992-01-16 | 1993-10-15 | Совместное межотраслевое и межрегиональное производственно-торговое объединение "Край" | Установка дл получени ультрадисперсного порошка |
| US5569502A (en) * | 1992-09-11 | 1996-10-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Film formation apparatus and method for forming a film |
| JP3297881B2 (ja) * | 1992-10-27 | 2002-07-02 | イーシー化学株式会社 | 超微粒子の表面処理方法 |
| JPH07106092A (ja) * | 1993-10-04 | 1995-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 衝撃波プラズマ発生装置 |
| JPH07155529A (ja) * | 1993-12-01 | 1995-06-20 | Takuma Co Ltd | ガス処理装置とそれの運転方法 |
| JP3459672B2 (ja) * | 1993-12-01 | 2003-10-20 | 株式会社タクマ | ガス処理装置 |
| JP3287124B2 (ja) * | 1994-08-17 | 2002-05-27 | ソニー株式会社 | ＳｉＮ系絶縁膜の成膜方法 |
| JP3309581B2 (ja) * | 1994-08-31 | 2002-07-29 | ソニー株式会社 | ペロブスカイト型酸化膜のドライエッチング方法 |
| JP3428169B2 (ja) * | 1994-08-31 | 2003-07-22 | ソニー株式会社 | ニオブ系薄膜のドライエッチング方法 |
| DE4438359C2 (de) * | 1994-10-27 | 2001-10-04 | Schott Glas | Behälter aus Kunststoff mit einer Sperrbeschichtung |
| JP3806847B2 (ja) * | 1995-11-24 | 2006-08-09 | イーシー化学株式会社 | 大気圧グロー放電プラズマによる粉体の処理方法及び装置 |
| JPH09157845A (ja) * | 1995-12-06 | 1997-06-17 | Hitachi Ltd | カオス処理成膜装置，カオス処理成膜方法及びカオス処理成膜媒体 |
| FR2744805B1 (fr) * | 1996-02-13 | 1998-03-20 | Pechiney Aluminium | Cibles de pulverisation cathodique selectionnees par controle ultrasons pour leur faible taux d'emissions de particules |
| JPH1033976A (ja) * | 1996-05-24 | 1998-02-10 | Sekisui Chem Co Ltd | 放電プラズマ処理方法及びその装置 |
| JPH1187098A (ja) * | 1997-09-03 | 1999-03-30 | Toshiba Corp | プラズマ処理装置 |
| US6423924B1 (en) * | 1998-03-10 | 2002-07-23 | Tepla Ag | Method for treating the surface of a material or an object and implementing device |
| JP3572942B2 (ja) * | 1998-05-22 | 2004-10-06 | 日新電機株式会社 | 放電ガス処理装置 |
| JP2000077372A (ja) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 気相成長用半導体ウェーハの製造方法 |
| JP3555470B2 (ja) * | 1998-12-04 | 2004-08-18 | セイコーエプソン株式会社 | 大気圧高周波プラズマによるエッチング方法 |
| US6231933B1 (en) * | 1999-03-18 | 2001-05-15 | Primaxx, Inc. | Method and apparatus for metal oxide chemical vapor deposition on a substrate surface |
| JP4372918B2 (ja) * | 1999-06-30 | 2009-11-25 | パナソニック電工株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| JP2001035691A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Japan Atom Energy Res Inst | Ｚピンチ放電によるレーザー光ガイド用プラズマチャンネルの形成法 |
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