RU2308546C2 - Способ очистки поверхности материала, покрытого органическим веществом, генератор и устройство для осуществления способа - Google Patents
Способ очистки поверхности материала, покрытого органическим веществом, генератор и устройство для осуществления способа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308546C2 RU2308546C2 RU2004127920/02A RU2004127920A RU2308546C2 RU 2308546 C2 RU2308546 C2 RU 2308546C2 RU 2004127920/02 A RU2004127920/02 A RU 2004127920/02A RU 2004127920 A RU2004127920 A RU 2004127920A RU 2308546 C2 RU2308546 C2 RU 2308546C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- strip
- pulses
- dielectric
- generator
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 title abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011538 cleaning material Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 15
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical group [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Chemical group 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
- B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/335—Cleaning
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение касается разработки способа, обеспечивающего непрерывную очистку поверхности подложки без образования экологически токсичных сопутствующих продуктов со скоростью обработки, превышающей 10 м/мин. Способ включает помещение материала в зону обработки, питаемую газовым потоком, содержащим кислород, подключение материала к массе, генерирование плазмы путем размещения электрического поля между материалом и по меньшей мере одним электродом, покрытым диэлектриком, при этом электрическое поле является импульсным и содержит последовательность импульсов с положительными и отрицательными значениями напряжения по отношению к материалу, при этом максимальное напряжение положительных импульсов U+ превышает значение напряжения возникновения дуги Ua, а максимальное напряжение отрицательных импульсов U- меньше по абсолютной величине напряжения возникновения дуги Ua. Устройство для осуществления способа содержит средства перемещения полосы материала, подключенной к массе, ряд электродов, покрытых диэлектриком и расположенных напротив обрабатываемой поверхности указанной полосы и соединенных с генератором, средства подачи газа, расположенные вблизи поверхности полосы, и средства удаления газообразных продуктов разложения органического вещества, покрывающего полосу. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Description
Настоящее изобретение касается способа очистки поверхности материала, покрытого органическим веществом, специального генератора и устройства для осуществления этого способа.
Действительно, на листовой прокат, получаемый при помощи различных известных прокатных станов, как правило, наносят масляную пленку, которая может быть двух видов происхождения. Прежде всего, эта пленка может напыляться в качестве защитного масляного слоя для защиты поверхности листа от коррозии. Однако речь может также идти об остаточной пленке масла в случае листового металла, выходящего из холоднопрокатного стана или из дрессировочного стана. В обоих случаях количество масла составляет порядка сотни миллиграмм на квадратный метр.
Нанесение металлического или органического покрытия на эти листы требует предварительного удаления масляной пленки во время операции очистки или обезжиривания с последующей тонкой полировкой для обеспечения хорошего сцепления покрытия. При использовании для этих целей на промышленных линиях обычных технологий следует избегать чрезмерного нагрева листа, чтобы сохранить механические свойства листовой стали.
Поэтому наиболее распространенной из таких технологий является щелочное обезжиривание с применением или без применения электролитического процесса. Для того чтобы избежать загрязнения окружающей среды, для этого процесса требуется оборудование сложных дополнительных цехов для вторичной обработки экологически токсичных сопутствующих продуктов.
Другие технические решения позволяют избежать образования этих сопутствующих продуктов, такие, например, как абляция при лазерном облучении, результатом которой является десорбция органических соединений фотохимическим путем, но в настоящее время эта технология пока не позволяет обрабатывать полосы на скоростях выше нескольких метров в минуту по причине недостаточной мощности лазеров.
Кроме того, в документе US 5529631 раскрыта предпочтительная технология обработки поверхности, при которой используют плазму высокого давления, получаемую благодаря разрядам с диэлектрическим барьером в газовых смесях с преобладающим содержанием гелия. Этот редкий газ необходим для получения стабильного люминесцентного разряда, что позволяет не прибегать к режиму дугового разряда, следствием которого является неравномерность обработки. В этом случае содержание гелия должно превышать 70% по объему, что подразумевает снижение содержания кислорода. Примеры, приведенные в этом патенте, показывают, что плазменной обработки в непрерывном режиме в этих газовых смесях достаточно, чтобы повысить поверхностную энергию полимера. Но в случае плазменной обработки металлической поверхности окисление покрывающего металлический лист масла происходит только за счет реактивных кислородсодержащих веществ (О• и т.д.), образующихся в плазме и обеспечивающих преобразование углеродных цепей в летучие продукты. При этом отмечается, что обработка является недостаточно быстрой, по всей видимости, по причине низкой плотности реактивных кислородсодержащих веществ, если применяют электрические разряды с газовыми смесями с содержанием кислорода, равным или меньшим 30% по объему.
Для решения этой проблемы в патенте US 5968377 раскрывается способ поверхностной плазменной обработки при атмосферном давлении, в котором между электродами помещают импульсное электрическое поле. Импульс импульсного электрического поля обеспечивает гашение разряда до того, как он переходит в режим дуги, и его возобновление в следующий момент. Особенность прикладываемых импульсов напряжения состоит в их симметричности. Но авторы настоящего изобретения констатировали, что этот способ не может быть применен для очистки материала, покрытого органическим веществом. Действительно, в этом случае наблюдается, что только часть органического вещества окисляется и затем улетучивается, а другая часть полимеризуется. Таким образом, присутствующая на поверхности пленка удаляется только частично в результате длительного погружения в плазму.
Настоящим изобретением преследуется задача устранения недостатков способов из предшествующего уровня техники путем разработки способа, обеспечивающего непрерывную очистку поверхности подложки без образования экологически токсичных сопутствующих продуктов со скоростью обработки, превышающей 10 м/мин.
В связи с этим первым объектом настоящего изобретения является способ непрерывной очистки поверхности материала, покрытого органическим веществом, отличающийся тем, что он включает помещение указанного материала в зону обработки, питаемую газовым потоком, содержащим кислород, подключение материала к массе, генерирование плазмы путем размещения электрического поля между материалом и по меньшей мере одним электродом, покрытым диэлектриком, при этом указанное электрическое поле является импульсным и содержит последовательность импульсов с положительными и отрицательными значениями напряжения по отношению к материалу, при этом максимальное напряжение положительных импульсов U+ превышает значение напряжения возникновения дуги Ua, а максимальное напряжение отрицательных импульсов U- меньше по абсолютной величине напряжения возникновения дуги Ua.
Авторы настоящего изобретения констатировали также, что положительный импульс должен быть достаточно высоким, то есть превышающим по абсолютной величине значение напряжения возникновения дуги Ua, для того, чтобы способствовать образованию достаточно плотной плазмы в зоне обработки для обеспечения повышенных скоростей очистки.
Также необходимо, чтобы максимальное напряжение отрицательных импульсов U- по абсолютной величине было меньше напряжения возникновения дуги Ua, чтобы не вызвать электрического разряда между двумя электродами, так как применение слишком большого отрицательного напряжения приводит к полимеризации масла и мешает нормальной очистке.
Значение напряжения возникновения дуги в основном зависит от давления газа в реакторе и от расстояния между электродами. Эти параметры связаны между собой законом Пашена.
Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается следующими признаками, взятыми отдельно или в комбинации:
- фронт нарастания напряжения указанного поля меньше или равен 600 нс, предпочтительно меньше или равен 60 нс;
- частота положительных импульсов превышает или равна 20 кГц;
- газовый поток состоит из воздуха или кислорода;
- материал является металлом, предпочтительно углеродистой сталью;
- органическое вещество является маслом для временной антикоррозионной защиты или нестабильной механической эмульсией (смесь масло + вода), появившейся, например, в результате операции прокатки (дрессировки) металлического материала;
- материал представляет собой движущуюся полосу, и различные этапы способа выполняются в непрерывном режиме при помощи установок, расположенных последовательно вдоль траектории движения полосы.
Вторым объектом настоящего изобретения является генератор, содержащий источник электрического питания низкого напряжения и элементы, обеспечивающие преобразование указанных импульсов низкого напряжения в импульсы высокого напряжения, применяемый для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, а источник электрического питания выдает импульсы низкого напряжения на частоте от 1 до 200 кГц. Фронт нарастания напряжения этого генератора предпочтительно меньше или равен 600 нс и еще предпочтительнее - меньше или равен 60 нс.
Этот генератор отличается от описанного в патенте US 5968377, так как он позволяет получать асимметричные импульсы напряжения. Это возможно благодаря тому, что, в отличие от генератора, описанного в патенте US 5968377, гасят не импульсы высокого напряжения, а импульсы низкого напряжения, после чего сигнал усиливают при помощи трансформаторов. В рамках настоящего изобретения под низким напряжением следует понимать напряжение, меньшее 1000 В.
Третьим объектом настоящего изобретения является устройство для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит средства перемещения полосы, соединенные с массой, ряд электродов, покрытых диэлектриком и расположенных напротив обрабатываемой поверхности указанной полосы, при этом указанные электроды соединены с генератором в соответствии с настоящим изобретением, средства подачи газа, расположенные вблизи поверхности полосы, и средства удаления газообразных продуктов разложения органического вещества, покрывающего полосу.
В рамках настоящего изобретения под диэлектриком следует понимать материал с диэлектрической постоянной, превышающей 6. Кроме того, под органическим веществом следует понимать любое соединение, содержащее, по меньшей мере, один атом углерода, водород и кислород. Фронт нарастания напряжения определяется как время, в течение которого напряжение продолжает расти вплоть до максимального значения.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, приведенного в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематическое изображение устройства обработки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2А - принципиальная схема электрического питания устройства.
Фиг.2В - блок-схема устройства.
Фиг.3 - изображение осциллограммы изменений напряжения, получаемых при помощи генератора в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 иллюстрирует изменение коэффициента отражения (%R) образцов, отобранных по количеству масла в диапазоне длины волны, соответствующем диапазону «горячей» полосы СН спектра.
Фиг.5 - изображение калибровочной кривой, полученной на основании данных измерений IRRAS после их математической обработки.
Фиг.6 - изменение количества остаточного масла в зависимости от времени обработки образцов, первоначально покрытых маслом в количестве 100 мг/м2.
Фиг.7 - изменение количества остаточного масла в зависимости от времени обработки образцов, первоначально покрытых маслом в количестве 53 мг/м2.
Фиг.8 - изменение количества остаточного масла в зависимости от времени обработки образцов, первоначально покрытых маслом в количестве 110 мг/м2.
На фиг.1 показано устройство обработки, содержащее вращающийся опорный цилиндр 1, по которому движется стальная полоса 2, которая покрыта антикоррозионным защитным маслом и которую необходимо обезжирить. Этот цилиндр 1 вращается в направлении, показанном стрелкой F, и, в случае необходимости, может охлаждаться. Он соединен с массой через полосу 2.
Напротив цилиндра установлены несколько охлаждаемых и покрытых диэлектриком электродов 3. Предпочтительно в качестве диэлектрика используют керамическое покрытие, например, такое как глинозем или стуматиты, которые способны выдерживать высокие температуры. Следует выбирать диэлектрик с диэлектрической постоянной, превышающей 6, что соответствует глинозему, диэлектрическая постоянная которого находится в пределах от 8 до 10, а также стуматитам, диэлектрическая постоянная которых находится в пределах от 6 до 8.
Каждый электрод питается от генератора высокого напряжения 4 в соответствии с настоящим изобретением. Газ или газовая смесь может подаваться различными способами, в частности, он может вводиться по обе стороны электродов 3 при помощи рампы 5. Предусмотрено также устройство для удаления газов и летучих веществ, образующихся в результате разложения масляной пленки, которое располагают с каждой стороны устройства (не показано). Для облегчения питания зоны газом предпочтительно вписывать зону обработки в закрытую камеру, окружающую лист и электроды.
Стальная полоса 2 соединена с массой и играет таким образом роль контрэлектрода. Она перемещается по цилиндру 1, при этом на одну из ее сторон воздействуют реактивные вещества, которые образуются в результате действия разряда на газ обработки и которыми, в частности, являются кислородсодержащие вещества типа О•.
Питание электрического разряда осуществляется генератором 4, выдающим при частоте, которая может меняться от 1 до 200 кГц, импульсы монополярного напряжения, форма которых зависит от нагрузки, на которую подается это питание.
На фиг.2А показан тип электрической сети питания с импульсным напряжением, в которой применяют полупроводниковый транзистор мощности, соединенный с повышающим трансформатором.
На фиг.2В показана блок-схема питания, разработанная специально для данного варианта применения. Она состоит из блока быстродействующих диодов, функцией которого является управление изменениями направления напряжения и тока в транзисторах мощности и в трансформаторах, чтобы избежать омических потерь. Трансформаторы выполняют при помощи специального монтажа, чтобы обеспечить низкую активную проводимость, отсутствие насыщения магнитного материала и низкую паразитную емкость.
На фиг.3 изображена кривая, показывающая изменения напряжения во время двух последовательных импульсов, выдаваемых генератором в соответствии с настоящим изобретением.
На ней видно, что первый импульс напряжения является положительным и длится примерно 1,8 мкс, за ним следует отрицательный импульс меньшей амплитуды, который длится 48,2 мкс. Максимальное напряжение положительного импульса U+ в данном случае равно 12,7 кВ, а максимальное значение отрицательного импульса по абсолютной величине равно 1,8 кВ. В реакторе для обработки используется разряд с диэлектрическим барьером (Al2O3), а расстояние между электродами устанавливают в 3 мм.
Во время импульса положительного напряжения, выдаваемого электрическим генератором на покрытый диэлектриком электрод, отмечают импульс положительного тока, за которым через 4 мкс следует импульс отрицательного тока меньшей амплитуды. После этого ток становится практически ничтожным, когда измеряемое на диэлектрике напряжение является отрицательным. Фронт нарастания положительного напряжения составляет порядка 400 нс. Такое значение фронта нарастания напряжения обеспечивает возникновение разряда при минимальном напряжении в 5 кВ.
Пример 1
На два образца полосы из мягкой стали, покрытые антикоррозионным защитным маслом (Quaker Tinnol N200), воздействуют импульсным электрическим полем в соответствии с настоящим изобретением с целью их обезжиривания. Соответственно количество масла на каждом из образцов составляет 100 и 53 мг/м2. Обработку производят в присутствии потока кислорода с расходом 30 л/мин и при атмосферном давлении.
В реакторе для обработки используют разряд с диэлектрическим барьером (Al2O3) с применением двух прямоугольных электродов, имеющих размеры 25×200 мм2. Расстояние между электродами составляет 3 мм.
Для каждого из образцов, взятых из двух листов, осуществляют плазменную обработку разной длительности. После этого измеряют остаточное количество защитного масла на каждом обработанном образце с использованием инфракрасной абсорбционной спектроскопии со скользящим пучком (IRRAS).
Перед началом этих опытных измерений строят калибровочную кривую на основании образцов, откалиброванных по количеству одного и того же масла (Quaker Tinnol N200) на одном и том же анализаторе IRRAS.
На фиг.4 показано изменение коэффициента отражения (%R) образцов, откалиброванных по количеству масла, в диапазоне числа волн (выраженного в см-1), соответствующем диапазону «горячей» полосы. Откалиброванные образцы содержат, начиная от ближайшей к горизонтальной оси кривой, 10, 32, 50, 71, 100 и 150 мг/м2 масла. Отсутствие масла на образце соответствует коэффициенту отражения в 100%.
На фиг.5 показана калибровочная кривая, построенная на основании измерений IRRAS, осуществленных для каждого откалиброванного образца.
На фиг.6 показано изменение остаточного количества масла на образцах, взятых из листа с 100 мг/м2 масла, после различных промежутков времени плазменной обработки при частоте 100 кГц. Отмечается, что времени в 7-8 секунд достаточно для очистки листа.
На фиг.7 показано изменение остаточного количества масла на образцах, взятых из листа с 53 мг/м2 масла, после различных промежутков времени плазменной обработки при частоте 100 кГц. Отмечается, что времени в 3-4 секунды достаточно для очистки листа.
Пример 2
Производят обработку листа из мягкой стали, покрытого маслом и прошедшего процесс дрессировки с целью его очистки в том же реакторе и при тех же опытных условиях, что и в примере 1. Количество масла на листе составляет 110 мг/м2.
Осуществляют различные этапы плазменной обработки на образцах, взятых из дрессированного листа. После этого, согласно описанному в примере 1 методу, измеряют остаточное количество масла на каждом обработанном образце при помощи инфракрасной абсорбционной спектроскопии со скользящим пучком (IRRAS).
На фиг.8 показано изменение остаточного количества масла на образцах, взятых из листа, после различных промежутков времени плазменной обработки. Отмечается, что для очистки листа достаточно времени в 20 секунд.
Пример 3
Повторяют испытание примера 1, покрывая стальной лист слоем масла Quaker Tinnol N200 в количестве 150 мг/м2.
Взятые из листа образцы обрабатывают путем воздействия на них различными электрическими полями. Получают спектры XPS поверхностей этих образцов и контрольных образцов и вычисляют соотношения Fe/C и О/С путем включения соответствующих пиков.
Полученные результаты и условия испытаний приведены в следующей таблице:
| Время обработки (с) | Кислород (л/час) | Fe/C | |
| Контрольный образец с маслом | - | - | 0 |
| Обезжиренный растворителем образец | - | - | 0,30 |
| Очистка плазмой с генератором импульсного постоянного тока 10 кГц | 75 180 |
- 650 |
0,19 0,23 |
| Очистка плазмой с генератором импульсного постоянного тока 20 кГц | 45 | 650 | 0,20 |
| Очистка плазмой с генератором импульсного постоянного тока 40 кГц | 22 | 650 | 0,26 |
| Очистка плазмой с генератором импульсного постоянного тока 100 кГц | 10 | 650 | 0,23 |
Чем больше соотношение Fe/C, тем чище поверхность материала.
Если сравнить три результата, полученных с генератором импульсного постоянного тока, то можно отметить значительное повышение скорости обезжиривания, когда положительные импульсы напряжения имеют частоту, по меньшей мере, равную 20 кГц.
Кроме того, отмечается, что при частоте 40 кГц лист полностью очищается за 22 секунды, тогда как при частоте 100 кГц для получения того же результата достаточно 10 секунд.
Claims (13)
1. Способ непрерывной очистки поверхности материала (2), покрытого органическим веществом, отличающийся тем, что он включает помещение указанного материала (2) в зону обработки, питаемую газовым потоком, содержащим кислород, подключение материала (2) к массе, генерирование плазмы путем размещения электрического поля между материалом (2) и по меньшей мере одним электродом (3), покрытым диэлектриком, при этом электрическое поле является импульсным и содержит последовательность импульсов с положительными и отрицательными значениями напряжения по отношению к материалу (2), при этом максимальное напряжение положительных импульсов U+ превышает значение напряжения возникновения дуги Ua, a максимальное напряжение отрицательных импульсов U- меньше по абсолютной величине напряжения возникновения дуги Ua.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фронт нарастания напряжения электрического поля меньше или равен 600 нс.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что частота положительных импульсов превышает или равна 20 кГц.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый поток состоит из воздуха или кислорода.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный материал (2) является металлом.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что материал (2) является углеродистой сталью.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанное органическое вещество является маслом для временной антикоррозионной защиты или нестабильной механической эмульсией.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал (2) представляет собой движущуюся полосу, а непрерывный режим осуществляют при помощи установок, последовательно размещенных вдоль траектории движения полосы.
9. Генератор (4), содержащий источник электрического питания низкого напряжения и элементы, обеспечивающие преобразование импульсов низкого напряжения в импульсы высокого напряжения, отличающийся тем, что он используется при осуществлении способа по любому из пп.1-8, а источник электрического питания выдает импульсы низкого напряжения на частоте от 1 до 200 кГц.
10. Генератор по п.9, отличающийся тем, что фронт нарастания напряжения меньше или равен 600 нс.
11. Устройство для непрерывной очистки поверхности материала (2), покрытого органическим веществом, отличающееся тем, что оно используется для осуществления способа по п.8, содержащее средства перемещения (1) указанного материала (2), представляющего собой полосу, подключенную к массе, ряд электродов (3), покрытых диэлектриком и расположенных напротив обрабатываемой поверхности указанной полосы, и соединенных с генератором (4) по любому из п.9 или 10, средства подачи газа, расположенные вблизи поверхности полосы, и средства удаления газообразных продуктов разложения органического вещества, покрывающего полосу.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанный диэлектрик выполнен из глинозема.
13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанный диэлектрик выполнен из стуматита.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR02/02047 | 2002-02-19 | ||
| FR0202047A FR2836157B1 (fr) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Procede de nettoyage de la surface d'un materiau enduit d'une susbstance organique, generateur et dispositif de mise en oeuvre |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004127920A RU2004127920A (ru) | 2005-06-10 |
| RU2308546C2 true RU2308546C2 (ru) | 2007-10-20 |
Family
ID=27636284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004127920/02A RU2308546C2 (ru) | 2002-02-19 | 2003-02-19 | Способ очистки поверхности материала, покрытого органическим веществом, генератор и устройство для осуществления способа |
Country Status (18)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7662237B2 (ru) |
| EP (1) | EP1476588B1 (ru) |
| JP (2) | JP4704686B2 (ru) |
| KR (1) | KR100929538B1 (ru) |
| CN (2) | CN1311100C (ru) |
| AT (1) | ATE340278T1 (ru) |
| AU (1) | AU2003238140B2 (ru) |
| BR (2) | BR122012007163B1 (ru) |
| CA (1) | CA2476184C (ru) |
| DE (1) | DE60308484T2 (ru) |
| ES (1) | ES2273007T3 (ru) |
| FR (1) | FR2836157B1 (ru) |
| MX (1) | MXPA04007930A (ru) |
| PL (1) | PL202796B1 (ru) |
| PT (1) | PT1476588E (ru) |
| RU (1) | RU2308546C2 (ru) |
| WO (1) | WO2003078692A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA200406609B (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2739195C1 (ru) * | 2020-04-07 | 2020-12-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике" | Вакуумная напылительная установка с системой лазерной очистки паллет (варианты) |
| RU2754491C1 (ru) * | 2017-12-04 | 2021-09-02 | Зюсс Микротек Фотомаск Эквипмент Гмбх Унд Ко.Кг | Головка, система и способ для обработки локальной области поверхности подложки |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2865420B1 (fr) * | 2004-01-28 | 2007-09-14 | Saint Gobain | Procede de nettoyage d'un substrat |
| EP1570921A1 (de) * | 2004-03-02 | 2005-09-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Plasmareinigung eines Bauteils |
| US20060246218A1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-02 | Guardian Industries Corp. | Hydrophilic DLC on substrate with barrier discharge pyrolysis treatment |
| AT502351A1 (de) * | 2005-09-12 | 2007-03-15 | Ziger Peter | Anlage zur plasmaprozessierung von endlosmaterial |
| SK287455B6 (sk) * | 2006-06-08 | 2010-10-07 | Fakulta Matematiky, Fyziky A Informatiky Univerzity Komensk�Ho | Zariadenie a spôsob čistenia, leptania, aktivácie a následné úpravy povrchu skla, povrchu skla pokrytého kysličníkmi kovov a povrchu iných materiálov pokrytých SiO2 |
| JP2009032651A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | プラズマ処理装置 |
| DE102007052573B4 (de) * | 2007-11-03 | 2015-04-09 | Manroland Web Systems Gmbh | Feuchtwerk |
| US9168988B2 (en) * | 2010-12-27 | 2015-10-27 | Loch Stock and Barrel LLC | Method of cleaning a rotating object |
| TWI463922B (zh) * | 2011-03-09 | 2014-12-01 | Creating Nano Technologies Inc | 電漿產生裝置 |
| EP2707704B1 (en) * | 2011-05-13 | 2019-04-24 | DBD Innovations Pty Ltd | Method of analyzing a material |
| WO2015187161A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Illinois Tool Works Inc. | System and method for cleaning an object |
| CN104342714B (zh) * | 2014-10-22 | 2016-08-24 | 河北大学 | 一种去除不锈钢表面氧化皮的方法 |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2867912A (en) * | 1956-05-11 | 1959-01-13 | Horace Dawson | Method for the decontamination of metal foils |
| US4189650A (en) * | 1978-10-24 | 1980-02-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Isolated trigger pulse generator |
| JPS5944797A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-13 | 増田 閃一 | 物体の静電的処理装置 |
| DE3322341A1 (de) * | 1983-06-22 | 1985-01-03 | Siegfried Dr.-Ing. 5135 Selfkant Strämke | Verfahren und vorrichtung zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken durch glimmentladung |
| DE3405754A1 (de) * | 1984-02-17 | 1985-08-22 | Babcock-BSH AG vormals Büttner-Schilde-Haas AG, 4150 Krefeld | Furniertrockner fuer messerfurniere |
| US4642440A (en) * | 1984-11-13 | 1987-02-10 | Schnackel Jay F | Semi-transferred arc in a liquid stabilized plasma generator and method for utilizing the same |
| US5208067A (en) * | 1986-04-14 | 1993-05-04 | International Business Machines Corporation | Surface modification of organic materials to improve adhesion |
| US5443998A (en) * | 1989-08-01 | 1995-08-22 | Cypress Semiconductor Corp. | Method of forming a chlorinated silicon nitride barrier layer |
| JP2811820B2 (ja) * | 1989-10-30 | 1998-10-15 | 株式会社ブリヂストン | シート状物の連続表面処理方法及び装置 |
| US5472783A (en) * | 1990-09-14 | 1995-12-05 | Sermatech International, Inc. | Coated article |
| US5389195A (en) * | 1991-03-07 | 1995-02-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Surface modification by accelerated plasma or ions |
| US5182000A (en) * | 1991-11-12 | 1993-01-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method of coating metal using low temperature plasma and electrodeposition |
| US5938854A (en) * | 1993-05-28 | 1999-08-17 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method and apparatus for cleaning surfaces with a glow discharge plasma at one atmosphere of pressure |
| DE4332866C2 (de) * | 1993-09-27 | 1997-12-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Direkte Oberflächenbehandlung mit Barrierenentladung |
| US5458927A (en) * | 1995-03-08 | 1995-10-17 | General Motors Corporation | Process for the formation of wear- and scuff-resistant carbon coatings |
| CA2197978A1 (en) * | 1995-06-19 | 1996-12-20 | Paul D. Spence | Discharge methods and electrodes for generating plasmas at one atmosphere of pressure, and materials treated therewith |
| JPH09245995A (ja) * | 1996-03-01 | 1997-09-19 | Nissin Electric Co Ltd | ラジカル源の複数電極を用いた荷電粒子除去機構 |
| CA2205817C (en) * | 1996-05-24 | 2004-04-06 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Treatment method in glow-discharge plasma and apparatus thereof |
| US6106659A (en) * | 1997-07-14 | 2000-08-22 | The University Of Tennessee Research Corporation | Treater systems and methods for generating moderate-to-high-pressure plasma discharges for treating materials and related treated materials |
| WO1999020087A2 (en) * | 1997-10-14 | 1999-04-22 | Advanced Energy Industries, Inc. | System for plasma ignition by fast voltage rise |
| JP3391245B2 (ja) * | 1997-12-30 | 2003-03-31 | 株式会社島津製作所 | 薄膜形成装置 |
| GB9928781D0 (en) * | 1999-12-02 | 2000-02-02 | Dow Corning | Surface treatment |
| EP1162646A3 (en) * | 2000-06-06 | 2004-10-13 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Plasma treatment apparatus and method |
| DE10051508C2 (de) * | 2000-10-18 | 2003-08-07 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Einrichtung zur Reduzierung der Zündspannung von Leistungspulsen gepulst betriebener Plasmen |
| CN2455368Y (zh) * | 2000-12-13 | 2001-10-24 | 广州市环境保护设备厂 | 一种油烟净化装置 |
-
2002
- 2002-02-19 FR FR0202047A patent/FR2836157B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-02-19 RU RU2004127920/02A patent/RU2308546C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-02-19 PT PT03735758T patent/PT1476588E/pt unknown
- 2003-02-19 AT AT03735758T patent/ATE340278T1/de active
- 2003-02-19 US US10/504,966 patent/US7662237B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-19 DE DE60308484T patent/DE60308484T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-02-19 ES ES03735758T patent/ES2273007T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-02-19 CA CA2476184A patent/CA2476184C/fr not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-19 PL PL370588A patent/PL202796B1/pl unknown
- 2003-02-19 JP JP2003576679A patent/JP4704686B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-19 EP EP03735758A patent/EP1476588B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2003-02-19 MX MXPA04007930A patent/MXPA04007930A/es active IP Right Grant
- 2003-02-19 CN CNB038041618A patent/CN1311100C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-19 CN CN200710085733XA patent/CN101014222B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-02-19 BR BRBR122012007163-3A patent/BR122012007163B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2003-02-19 BR BRPI0307889A patent/BRPI0307889B8/pt not_active IP Right Cessation
- 2003-02-19 WO PCT/FR2003/000541 patent/WO2003078692A1/fr active IP Right Grant
- 2003-02-19 AU AU2003238140A patent/AU2003238140B2/en not_active Ceased
- 2003-02-19 KR KR1020047012824A patent/KR100929538B1/ko active IP Right Grant
-
2004
- 2004-08-19 ZA ZA2004/06609A patent/ZA200406609B/en unknown
-
2009
- 2009-06-16 US US12/485,552 patent/US9502214B2/en active Active
- 2009-10-16 JP JP2009239119A patent/JP2010031377A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754491C1 (ru) * | 2017-12-04 | 2021-09-02 | Зюсс Микротек Фотомаск Эквипмент Гмбх Унд Ко.Кг | Головка, система и способ для обработки локальной области поверхности подложки |
| RU2739195C1 (ru) * | 2020-04-07 | 2020-12-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике" | Вакуумная напылительная установка с системой лазерной очистки паллет (варианты) |
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9502214B2 (en) | Method of cleaning the surface of a material coated with an organic substance and generator and device for carrying out said method | |
| RU2318916C2 (ru) | Способ плазменной очистки поверхности материала с покрытием из органического вещества и установка для его осуществления | |
| US5938854A (en) | Method and apparatus for cleaning surfaces with a glow discharge plasma at one atmosphere of pressure | |
| Chiper et al. | On the secondary discharge of an atmospheric-pressure pulsed DBD in He with impurities | |
| Sato et al. | Decoloration of organic dye in water by pulsed discharge plasma generated simultaneously in gas and liquid media | |
| KR20020071694A (ko) | 대기압 플라즈마를 이용한 표면 세정방법 및 장치 | |
| JP4420116B2 (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
| JP2002151476A (ja) | レジスト除去方法及びその装置 | |
| Wang | Effect of N2 Jet on Si Electrode Surface in Dielectric Barrier Discharge | |
| Shimizu et al. | Study on Surface Treatment of Polymer Film at Low Discharge Voltage by Pulsed Microplasma |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210220 |