TW201515053A - 用於以電漿反應器處理金屬件之裝置及方法 - Google Patents

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Cristiano Binder
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Abstract

本發明係關於一種電漿反應器，其包括可連接至一可離子化氣體源(25)及一加熱器件(80)之一反應腔室(23)，該反應器(10)經歷金屬件(1)之加熱(A)、清潔(L)及/或表面處理(S)、冷卻(R)、卸載(D)及裝載(C)之階段。該裝置包括：至少兩個反應器(10)，各者選擇性及替代地連接至：相同可離子化氣體源(25)；相同真空源(60)；相同電能源(50)；及該相同加熱器件(80)，其可在操作位置之間移位，在該等操作位置之各者中，該加熱器件(80)側向及在上方圍繞一各自反應器(10)，而該反應器(10)處在其加熱階段(A)及清潔階段(L)及/或處在該等金屬件(1)之該表面處理階段(S)中。

Description

用於以電漿反應器處理金屬件之裝置及方法
本發明係關於一種用於允許處理金屬件，尤其從粉末冶金獲得之多孔金屬件之裝置及方法，該處理包括解離及移除存在於金屬件之表面上或孔中之油及其他有機及無機污染物之清潔階段及亦視情況包括熱化學處理該等金屬件之表面之階段，該等操作在電漿反應環境中且較佳在相同反應器之內部實現。
在多數情況中，由粉末冶金產生之工件歸因於燒結期間發生之尺寸變化需在燒結步驟之後校準。潤滑油在校準中用於減小機床之摩擦力及磨損以及促進工件從校準矩陣之提取。潤滑油同樣通常用於儲存經燒結工件及藉由其他製造技術製作之工件。例如，冷凍機油亦用於加工金屬件。
以改良成品件之性質(諸如耐磨性、耐腐性及抗疲勞性)為目標，通常使用表面熱化學處理，諸如滲氮、滲碳、碳氮共滲等。為了實現此等熱化學處理，油在工件之表面上及孔中之存在係有害的，當熱化學處理經由電漿實現時尤為如此。
在電漿滲氮期間，保留在工件之孔中及表面上之油產生放電之不穩定、反應器之污染、所形成(例如，藉由硝酸鹽)之表層之不足形成及藉由低效清潔提交至處理之材料之碳污染。因此，油必須在表面 硬化之熱化學處理之前完全移除。
在一些已知處理方法中，清潔及熱化學處理表面之操作在不同設備中以兩個單獨步驟執行，其需要非常長的處理時間，通常20小時，導致低產率及高成本。
為了獲得油及其他有機及無機污染物從金屬件之完全移除及亦簡化及省略相同熱循環中該等工件之表面熱化學處理之後續階段之目的，提出相同申請人之巴西專利申請案第PI-0105593-3號之表面清潔及處理目標之方法，根據該申請案，待清潔之工件被定位在電漿反應器內且連接至反應器之一陽極，該反應器之陰極連接至一負電位。工件被藉由放電產生之離子化氣體(所謂電漿)圍繞。電子誘發連接至反應器陽極之工件上之電子轟擊。雖然由電漿、由快速離子及中性原子對陰極之碰撞產生之熱通常足以提供分子解離油之蒸發，而無需要求電漿參數之相關變化更足以催化各清潔階段中之感興趣反應，但是由電漿產生之熱在許多情況中可能不足以維持執行對經清潔工件之後續表面處理所需之處理溫度，因此須提供反應器外部之一電阻式加熱。此外，設定放電強度以提供後續表面處理階段中所需之溫度位準可能導致反應環境中之電弧，導致工件上之表面損壞及歸因於工件之表面上之碳沈積之污染，損及進一步熱化學處理。
從上文中，提出亦為相同申請人之專利申請案第PI0803774-4號之方法及電漿反應器目標，該案描述且主張一種解決方案，其允許在反應器內依據所要表面處理獨立於用於產生電漿之放電之參數獲得均質及均勻高溫，其更足以催化各情況中之目標反應且不導致反應環境中電弧之形成。
專利申請案第PI0803774-4號中提出之方法及反應器允許工件之清潔及後續表面處理之操作在相同反應器中執行，其溫度較佳藉由電阻式外部加熱控制，允許藉由氣態電漿之分子解離及解離污染物之蒸 發及排出之清潔，電漿反應器之內部維持在高於該等污染物之冷凝溫度之溫度。
但是，加熱及操作反應器之階段在清潔操作及表面處理操作兩者中皆呈現通常比裝載及卸載工件及冷卻反應器以移除或卸載工件之總時間跨度小得多的時間跨度。甚至在清潔階段之後執行表面處理階段時，若裝載、卸載及冷卻階段在不借助反應器及其反應腔室之加速冷卻系統的情況下執行，則歸因於冷卻時間，加熱、清潔及表面處理之總時間跨度仍將比裝載、卸載及冷卻階段小。當使用加速冷卻系統時，可能獲得大約等於加熱及操作(包含清潔及表面處理之階段之至少一者)之總時間之裝載、卸載及冷卻之總時間。
因此，加熱器件及用於饋送離子化氣體、真空產生及離子化之系統在反應器之漸進冷卻之持續時間期間保持不操作，增加工件之裝載及卸載階段之總持續時間。在已事先冷卻及卸載之反應器中之新裝載完成時，加熱器件被再啟動以加熱反應器之內部，將反應器保持在所要溫度條件中，同時亦啟動用於饋送離子化氣體、真空產生及離子化、用於執行清潔及表面處理之操作之至少一者之系統。
使用各反應器之加熱器件因此呈現使加熱器件及饋送離子化氣體、真空產生及離子化之系統保持不操作達一定時間之缺陷，該時間可對應於：反應器之總加熱及操作時間之一分率；大約等於反應器之總加熱及操作時間之時間；或亦對應於該總加熱及操作時間之倍數。
除由裝載及卸載工件及冷卻反應器之時間表示之產率損失外，加熱器件亦在其不活動、等待反應器之冷卻及反應器中工件之新裝載、隨後再次啟動以起始反應器之新加熱階段之時間期間保持停用及冷卻。如上所述，反應器之不活動時間可能稍微較短，大約等於或大於反應器之加熱及操作總時間以執行清潔、表面處理或亦依序執行兩個操作。
應注意，在加熱器件保持不操作之時間期間，用於饋送離子化氣體、用於真空產生及用於離子化之系統亦保持不操作，不執行可被視為生產性之事項(儘管其在裝置中代表高成本)，以執行金屬件之清潔及/或表面處理之操作。
由於有關由加熱器件及用於饋送離子化氣體、真空產生及離子化之系統之不活動時間導致之產率限制之上述缺陷，在反應器之每個完整操作循環期間，本發明之目標係提供一種用於在以完全獨立於電漿產生參數之方式產生及控制之溫度下，藉由氣態電漿處理金屬件之裝置及方法，而不導致反應環境中電弧之形成及進一步縮短或免除加熱器件及用於饋送離子化氣體、真空產生及離子化之系統在反應器之完整操作循環期間保持不活動之時間。
此等及其他目標使用用於藉由包括內部界定一反應腔室之一金屬外殼之類型之一電漿反應器處理金屬件之裝置，該反應腔室具有：一支架；一陽極-陰極系統，其可連接至一電能源；一進口，其可連接至一可離子化氣體源；氣態裝料排出之一出口，其可連接至一真空源；及一加熱器件，其加熱反應腔室，該反應器經歷加熱、清潔及/或表面處理、冷卻、卸載及裝載金屬件之階段。
該裝置包括：至少兩個反應器，各者選擇性及替代地具有：其連接至相同離子化氣體源之進口；其連接至相同真空源之出口；及其連接至相同電能源之陽極-陰極系統，加熱器件可在操作位置之間移位，在該等操作位置各者中，其側向及在上方圍繞裝置之各自反應器，而反應器保留在金屬件之加熱及清潔及/或表面處理階段中。
本發明之方法目標使用諸如上文針對裝置定義之一電漿反應器，且包括下列步驟：執行在一第一反應器中裝載金屬件之一階段；藉由圍繞第一反應器選擇性定位之加熱器件使第一反應器經歷加熱階 段，而其反應腔室同時被饋送由離子化氣體源提供之離子化氣體之裝載且經歷藉由真空源之氣體裝載之排出及由電能源提供之放電以在操作時間中執行金屬件之清潔及表面處理操作之至少一者；使加熱器件遠離第一反應器移位且隨後將該加熱器件定位在已經歷裝載新金屬件之階段之另一反應器上方，藉由加熱器件使該另一反應器經歷加熱階段，而其反應腔室同時被饋送由離子化氣體源提供之離子化氣體之裝載且經歷藉由真空源之氣體裝載之排出及由電能源提供之放電；及在不操作時間中使第一反應器經歷冷卻、卸載及裝載之階段，在於另一反應器中完成清潔及/或表面處理之操作後，準備該第一反應器以再次接收加熱器件。
冷卻系統可經設計以提供冷卻時間，其增加反應器之卸載及裝載時間，達成對應於反應器之饋送及操作之總時間之至少大約一半或相同值或甚至倍數之總持續時間，允許加熱器件及用於饋送離子化氣體、真空產生及離子化之系統應用於至少一其他反應器，至少同時第一反應器在冷卻、卸載及裝載之階段之至少一者中。
1‧‧‧金屬件
10‧‧‧電漿反應器
20‧‧‧金屬殼
20a‧‧‧壁延伸部
20b‧‧‧上端壁
21‧‧‧進口
22‧‧‧出口
23‧‧‧反應腔室
25‧‧‧離子化氣體源
26‧‧‧導管
27‧‧‧控制閥
28‧‧‧共同導管
30‧‧‧支架
40‧‧‧陽極-陰極系統
41‧‧‧電極
42‧‧‧導電元件
50‧‧‧電能源
51‧‧‧電導體
52‧‧‧電導體
60‧‧‧真空源
61‧‧‧管道
62‧‧‧截流閥
63‧‧‧共同管道
70‧‧‧開關系統
80‧‧‧加熱器件
81‧‧‧外殼
82‧‧‧加熱腔室
83‧‧‧電阻器
90‧‧‧車
91‧‧‧提升器件
92‧‧‧軌道
100‧‧‧冷卻器件
101‧‧‧管狀外殼
102‧‧‧排出導管
110‧‧‧可移動框架
111‧‧‧軌道
120‧‧‧排出系統
121‧‧‧吸氣管道
122‧‧‧排出閥
125‧‧‧共用排出裝置
A‧‧‧加熱階段
B‧‧‧基座結構
C‧‧‧裝載階段
D‧‧‧卸載階段
ET‧‧‧提升及平移構件
L‧‧‧清潔階段
P‧‧‧控制面板
R‧‧‧冷卻階段
S‧‧‧表面處理階段
TO‧‧‧操作時間
TI‧‧‧不操作時間
TER‧‧‧反應器等待時間
下文將參考附圖描述本發明，該等附圖藉由本發明之一實施例之實例給出且其中：圖1示意表示本發明之裝置之一可能組態之一流程圖，其繪示兩個反應器，各者在其內部攜載支撐待處理之金屬件之一支撐框架；圖2表示曲線圖，其繪示在加熱器件之不活動時間表示其保持活動、加熱反應器之時間之分率之條件中，將由一單個加熱器件選擇性及替代地加熱之兩個反應器之各操作循環之不同階段之間之時間關係；圖3表示曲線圖，其繪示在加熱器件之不活動時間等於其保持活動、加熱反應器之時間之條件中，將由一單個加熱器件選擇性及替代 地加熱之兩個反應器之各操作循環之不同階段之間之時間關係；圖4表示曲線圖，其繪示在加熱器件之不活動時間係其保持活動、加熱反應器之時間之倍數之條件中，將由一單個加熱器件選擇性及替代地加熱之兩個反應器之各操作循環之不同階段之間之時間關係；圖5表示一裝置之幾分示意的俯視透視圖，該裝置根據本發明構建且使用兩個反應器、一個加熱器件及兩個冷卻器件，其等熱風出口藉由吸氣管道連接至一共同排出裝置；圖6表示圖5之裝置之一側視圖，其以簡化方式進一步繪示吸氣管道之固定構造，其等進口端定位在各各自反應器上方；及圖7表示圖6中所示之裝置之一俯視平面圖。
如上所述及如附圖中所示，本發明係關於一種使用至少兩個電漿反應器10處理金屬件1之方法及裝置，各者包括一金屬殼20，該金屬殼20具有可離子化氣態裝料之一進口21及氣態裝料排出之一出口22，該金屬殼20內部界定一反應腔室23，該反應腔室23內通常定位金屬件1之一支架30。
各反應器10之金屬殼20較佳由耐熱鋼(如例如不鏽鋼AISI 310或309)形成且支架30由耐熱鋼(如例如不鏽鋼AISI 310或309)形成，但是取決於充足的製程溫度可使用其他類型之材料。
各反應器10之金屬殼20呈現一稜柱形狀，例如，一圓筒，其具有壁延伸部20a，其在圓柱形形狀中包括一周圍圓形壁及一上端壁20b。
各金屬殼20可在下方敞開以可移除地及密封地座落及鎖定在一基座結構B上，其中適當安裝組件零件使其與反應器10可操作地相關聯且將貫穿本揭示內容描述。各反應器10之反應腔室23內進一步設置 一陽極-陰極系統40，該陽極-陰極系統40可選擇性地連接至一電能源50，該電能源50較佳係單獨的且在反應器10外部，反應腔室23之進口21可選擇性連接至一離子化氣體源25，該離子化氣體源25亦較佳係單獨的且出口22密封耦合至一真空源60，該真空源60亦定位在反應器10外部且可能替代地可操作地與裝置之反應器10之各者相關聯。
在所繪示之實施例中，裝置僅呈現兩個反應器10，各者被組裝在一各自基座結構B上，基座結構B直接固定至地面或至單獨的裝置平台。
亦可設置一額外基座結構(未繪示)，例如定位在兩個反應器10之間以在需要一些修理或維護時將反應器10之一者接收至其上。
在該組態中，兩個反應器10之各者具有其反應腔室23之進口21及出口22，其等分別可藉由導管26連接至可離子化氣體源25及藉由各自管道連接至真空源60。
導管26之各者具有一控制閥27，通常為一電磁閥以允許在其操作時將可離子化氣體從藉由一共同導管28饋送控制閥27之可離子化氣體源25選擇性地饋送至反應器10之各者。可離子化氣體源25可由含方法所需之氣體之瓶組(未繪示)界定。
以類似方式，管道61之各者具有通常經電磁驅動之一截流閥，兩個截流閥62藉由一共同管道63維持與真空源60流體連通。
反應器10之各者之陽極-陰極系統40具有電耦合至支架30之相同電極41及耦合至陽極-陰極系統40之另一電極41之導電元件42。
陽極-陰極系統40具有其由該系統之陽極及陰極界定之電極41。在清潔操作期間，界定陽極之電極41耦合至支架30，該電極41接地，而界定陰極之另一電極41藉由一開關系統70電耦合至電能源50，該開關系統70以在結合油及污染物之解離之清潔操作期間需連接至陽極之金屬件1連接至陰極用於後續電漿熱化學表面處理階段之方式允許顛 倒陽極與陰極之間之極性。開關系統70經設計以不僅在從清潔L及表面處理S之操作之一者改變為將在相同反應器10內執行之該等操作之另一者時，提供陽極與陰極之間之極性反轉，而且亦藉由各自電導體51、52在各自反應腔室23內產生必要的離子化放電。
裝置之各反應器10經構建以側向及在上方被安裝在反應器10外部(即，其金屬外殼20之外部)之一加熱器件80選擇性圍繞，以加熱該反應器10及反應腔室23之內部，例如產生從金屬殼20至反應腔室23之內部之熱輻射。
加熱器件80包括一外殼81，該外殼81側向及在上方圍繞加熱器件80且通常由被一適當熱絕緣構件(例如，鋁酸鹽及矽酸鹽纖維)塗佈之碳鋼形成。外殼81界定一加熱腔室82，加熱腔室82包含且附著加熱器件80且其圍繞裝置之反應器10之一者及另一者選擇性定位。
加熱器件80可以不同方式構建，諸如，例如當加熱器件80圍繞裝置之反應器10之一者或另一者定位時藉由至少一電阻器83構件以使其在加熱腔室82內與金屬殼20熱接觸。
加熱器件80可在遠離反應器10之一不操作位置與其側向及在上方圍繞裝置之反應器10之一者之一操作位置之間移位。
加熱器件80在其操作位置之間之移位可大致由貨物之不同提升及平移構件執行。但是，考慮對高效及增大產率之裝置之興趣，便利的是提升及平移構件ET構造簡單及操作安全且經具體設計以執行加熱器件80所需之移位。
在所繪示之構造中，提升及平移構件ET由呈可在定位在兩個反應器10之間之一對軌道92上移位之一結構框架形式且攜載一提升器件91之一車90界定，提升器件91中安裝加熱器件80以允許加熱器件80在一操作降低位置(其中其圍繞一各自反應器10(未繪示)定位)與從裝置之反應器10之上端所處之水平向上移位之一升高位置之間垂直移位， 如圖1中所示。在升高位置中，加熱器件80可連同車90移位以定位為在反應器10之任一者上方垂直對準且隨後在加熱階段期間降低以圍繞反應器10以執行清潔及表面處理操作。
車90之移位及提升器件91之垂直移位可藉由手動或自動化驅動通常藉由一控制面板P供電及命令之已知致動構件(未繪示)而執行，其可使其操作處於不同位準之自動化。控制面板P可操作地耦合至控制閥27及截流閥62且亦耦合至開關系統70及車90與提升器件91之驅動構件，以允許裝置之操作命令指令被傳輸至該等器件，允許裝置之所要操作。
因此，可以實際連續方式或甚至結合縮短之不活動時間使用一單個加熱器件80、一單個離子化氣體源25、一單個真空源60及一單個電能源50，當反應器10之一者處於被加熱及在清潔及/或表面處理階段中操作之條件中時，藉由圍繞反應器10之一者定位加熱器件80而最小化熱及產率損失，而另一反應器10或其他反應器10(若有設置)處於其冷卻或卸載已處理工件之階段中或亦處於裝載新一批待處理工件之階段中。
為了單個加熱器件80可圍繞一或另一反應器10交替操作，裝置之反應器10藉由用於流體及電能傳輸之歧管交替地及選擇性地連接至可離子化氣體源25、真空源60及電能源50，如上文已描述及圖1中所示。
使用本發明提出之裝置，處理金屬件之方法可藉由下列例示性步驟執行，其產率增大，在圖2、圖3及圖4中示意繪示，其等展現一反應器10之加熱階段A及清潔階段L及/或表面處理階段S之時間之總和與反應器10之冷卻R、卸載D及裝載C之階段之時間之總和之間之不同關係。
在結合一第一反應器10之操作開始時，第一反應器10經歷裝載 階段C，其中加熱器件80定位在此第一反應器10上方。在完成第一反應器10之裝載階段C時，加熱器件80藉由提升器件91向下移位以圍繞第一反應器10且開始第一反應器10之加熱階段A，而其反應腔室23被饋送由可離子化氣體源25提供且由各自控制閥27引導之離子化氣體之一裝載。
當反應腔室23之溫度藉由加熱器件80升高至清潔及表面處理操作之至少一者所需之值時，控制面板P允許從電能源50產生反應腔室23內之放電，導致氣體之離子化及電漿之形成。在清潔及表面處理操作期間，第一反應器10之反應腔室23經歷從其內部之呈氣體狀態之氣體裝載及污染物之排出。
在完成清潔及/或表面處理操作時，真空源60、可離子化氣體源25及電能源50藉由來自控制面板P之命令與第一反應器10斷開連接，且加熱器件80由提升器件91升高且在此升高條件中移位為圍繞已經歷一裝載階段C之裝置之另一反應器10定位，同時第一反應器10開始其冷卻階段R以隨後經歷卸載階段D及新一批金屬件1之裝載階段C。
如圖2中所示，當操作時間TO(加熱階段A與清潔L及表面處理S之階段之至少一者之時間之總和)大於不操作時間TI(冷卻R、卸載D及裝載C之階段之時間之總和)且小於不操作時間TI之兩倍時，在完成另一反應器10之清潔L及/或表面處理S之操作時，第一反應器10將尚未完成其冷卻R、卸載D及裝載C之階段之一者或多者。因此，加熱器件80被維持在一操作位置中，在加熱階段A及清潔階段L及/或表面處理階段S期間圍繞一各自第一反應器10，達超過裝置之另一反應器10完成其冷卻R、卸載D及裝載C階段所花費之時間之總和、但是小於該總和之兩倍之時間，操作位置中之時間與該總和之間之差異定義該另一反應器10在第一反應器10完成其清潔階段L及/或表面處理階段S之前完成其裝載階段C之一反應器等待時間TER。
在此情況中，加熱器件80在另一反應器10中之清潔階段L及/或表面處理階段S期間，在第一反應器10已裝載且等待的情況下，仍使用達反應器等待時間TER，清除加熱器件80及與另一反應器10共用之其餘設備。
雖然在圖2之條件中，另一反應器10之使用不允許兩個反應器10之實際連續使用，但是另一反應器10之提供允許加熱器件80及共用設備之密集使用(其由真空源60、離子化氣體源25及電能源50定義)，以及產率之較大或較小增加，其中加熱器件80之熱能損失減小。操作時間TO與不操作時間TI之間之關係依據所使用之設備及待執行之操作之特性藉此可導致有關產率增加之可能好處之相對縮短之反應器等待時間。
當操作時間TO等於或大約等於不操作時間TI時，兩個反應器10之使用允許加熱器件80及共用設備在一反應器10中操作，而另一反應器10被冷卻、卸載及裝載，如圖3中所示。在此情況中，實際上不存在應用於兩個反應器10、加熱器件80及共用設備之等待時間。
但是，如圖4中所示，可能發生單獨由清潔階段L及表面處理階段S之一者或甚至由兩個階段定義之操作時間TO小於不操作時間TI，此係由反應器10及/或其卸載D及裝載C階段之加熱速度、反應時間及較低冷卻速度所引起。
考慮反應時間可依據待執行之操作之特性及類型變化(工件之清潔及/或表面處理及類型及數量)，在裝置需求之此等類型之操作之各者中，可能進行冷卻時間及加熱速度之調整。
在圖4中所示之情況中，在另一反應器10之清潔L及/或表面處理S之操作完成時，第一反應器10將仍尚未完成其冷卻R、卸載D及裝載C之階段之一者或多者。在此情況中，加熱器件80及共用設備將從另一反應器10清除，但可能不用在第一反應器10中，而第一反應器10未準 備新的工件裝載以接收加熱器件80及與裝置之共用設備可操作地相關聯。因此，加熱器件80及共用設備需等待達加熱器等待時間TEA直至第一反應器10中之裝載結束以使用。
在此情況中，將存在特定能量損失及亦存在有關加熱器件及共用設備兩者之操作能力之產率損失。
取決於加熱器等待時間TEA之持續時間，可能變得有利的是使用另一額外反應器10(例如，第三反應器)，允許等待時間從一加熱器等待時間TEA變換為一反應器等待時間TER，如已在圖2中之例示性條件中描述。
可能進一步發生操作時間TO對應於不操作時間TI之一半，在此情況中，結合單組共用設備(包含加熱器件80)使用三個反應器10允許實際上將反應器等待時間TER及加熱器等待時間TEA縮短至零。
因此，為了獲得整個裝置之密集使用，在無反應器等待時間TER且無加熱器等待時間TEA及又設備經設計以使反應器之不操作時間TI等於操作時間TO之N倍之(N由等於或大於1之整數定義)之情況下，應提供N+1個反應器10。
可在裝置中控制之時間參數之一者係冷卻階段R之時間。在所繪示之構造中，冷卻時間由一冷卻器件100之操作定義，冷卻器件100在於該反應器10中完成清潔階段L及/或表面處理階段S時被可選擇地施加至裝置之反應器10。歸因於在本發明中提出之冷卻器件100之相對減小之成本，一冷卻器件100用於各反應器10。
各冷卻器件100包括一管狀外殼101，該管狀外殼101係金屬的及大致圓柱形的、下方敞開、上方閉合且具有將連接至一排出系統120之一排出導管102，排出系統120具有將各耦合至一各自冷卻器件100之排出導管102之一者之吸氣管道121，該等吸氣管道121藉由各自排出閥122(見圖1)連接至一共用排出裝置125，共用排出裝置125通常為 一風扇形式、能夠選擇性及替代地藉由排出閥122之一者之打開及另一者之關閉產生一向上氣流穿過冷卻器件100之內部。
通常電磁性的排出閥122可依據裝置之組件之替代操作條件由控制面板P手動或自動驅動。
各管狀外殼101被安裝在一可移動框架110中以在一對軌道111上滑動以允許各冷卻器件100在遠離各自反應器10之一不操作位置與側向及在上方圍繞該反應器10之一操作位置之間移位。
在所繪示之實施例中，冷卻器件100之各者定位為相對於兩個反應器10相同對準，其在反應器10外部且維持對應於各自反應器10之一水平。各冷卻器件100具有其管狀外殼101，管狀外殼101包括一對圓柱形側壁部分，其等垂直鉸接以允許管狀外殼101在冷卻器件100在各自反應器10之方向上水平移位時打開，以在冷卻階段R期間側向及在上方圍繞反應器10。
但是，應了解各冷卻器件100在不操作位置與操作位置之間之移位可以不同方式執行，且亦可使用一單個冷卻器件100以對裝置之反應器10之各者交替操作。
在圖5中，兩個冷卻器件100透過各自吸氣管道121保持恆定連接至共用排出裝置125，以允許各冷卻器件100在不操作位置與操作位置之間之移位。以不同方式，在圖6及圖7中，吸氣管道121定位為與反應器10垂直對準以僅在冷卻器件100移位至圍繞一各自反應器10之操作位置時與各冷卻器件100之各自排出導管102接合。
本文所述之發明目前為止係關於一種處理方法，其包含藉由下述步驟之金屬件1之清潔L及表面處理S之階段之至少一者。
裝置之操作可藉由執行至一第一反應器10中之金屬件1之一裝載階段C開始，第一反應器10隨後經歷藉由圍繞第一反應器10選擇性定位之加熱器件80之一加熱階段A，而其反應腔室23同時被饋送由離子 化氣體源25提供之離子化氣體之一裝載及經歷藉由真空源60之氣體裝載之排出及亦經歷由電能源50提供之放電，以在一操作時間TO中執行清潔L及表面處理S之階段之至少一者。
在完成清潔階段L及/或表面處理階段S時，加熱器件80遠離第一反應器10移位且隨後定位在已經歷新金屬件1之一裝載階段C之另一反應器10上方，使該另一反應器10經歷藉由加熱器件80之一加熱階段A，而其反應腔室23被同時饋送由離子化氣體源25提供之離子化氣體之一裝載且經歷藉由真空源60之氣體裝載之排出且亦經歷由電能源50提供之放電。
在第一反應器10之清潔L及/或表面處理S之階段完成後，第一反應器10可能在一不操作時間TI期間經歷冷卻R、卸載D及裝載C之階段之階段，在於另一反應器10中完成清潔階段L及/或表面處理階段S後準備該第一反應器10以再次接收加熱器件80。
如上所述，本方法亦較佳使用以下額外步驟：當各反應器10之操作時間TO小於其等之不操作時間TI時，在使該加熱器件80移位至圍繞已裝載金屬件1之新裝載之前使加熱器件80移位至與反應器10隔開之一位置。
根據該方法，在各反應器10之冷卻階段R中，當在一操作位置中時，反應器10側向及在上方被一冷卻器件100圍繞。在一不操作位置中，冷卻器件100與各自反應器10隔開。
如可從上文揭示中看出，本裝置及方法可應用於僅在金屬件中執行清潔操作，應用於在金屬件中執行需要電漿處理之不同熱處理，且亦應用於在相同反應器中執行清潔操作，其後執行一熱化學處理操作，而無需在清潔操作結束時冷卻反應器及從反應器移除其中所含之金屬件。
當僅在金屬件之清潔中操作時，該方法包括下列步驟：
a)將支撐金屬件1之支架30連接至接地陽極及將陽極-陰極系統40之陰極連接至電能源50之一負電位。
b)用饋送至反應器10之反應腔室23之可離子化氣態裝料圍繞支架30及金屬件1；c)在一加熱階段A期間從反應器10之外部將反應腔室23之內部加熱至污染物將在反應腔室23內之處理下從金屬件1解離之蒸發溫度；d)在工件之清潔階段L期間將一放電施加至陽極-陰極系統40之陰極以導致圍繞金屬件1及支架30之具有高動能之離子之一氣態電漿形成及金屬件1中之電子之轟擊，以提供污染物之分子解離；e)提供從反應腔室23之內部之維持在氣態中之氣體裝載及污染物之排出；及f)使反應器10經歷一冷卻階段R及隨後經歷乾淨金屬件1之一卸載階段D，使得反應器10可經歷將經歷一清潔階段L之新一批工件之一裝載階段C。
另一方面，當僅在金屬件1之表面處理階段S中操作時，該方法包括下列步驟：
a)將已裝載金屬件1之支架30連接至陽極-陰極系統40之陰極及將陽極連接至電能源50之一負電位。
b)用被饋送至反應腔室之可離子化氣態裝料圍繞支架30及金屬件1；c)在一加熱階段A期間從反應器10之外部加熱其反應腔室23之內部且使其保持加熱為針對所需熱化學表面處理之所需溫度；d)施加一放電至陰極以提供圍繞金屬件1及支架30之離子之一氣態電漿之形成，及金屬件1中之一離子轟擊；e)提供從反應腔室23之內部之氣體裝載之排出；及f)使反應器10經歷一冷卻階段R及隨後經歷經處理金屬件1之一卸 載階段D，因此反應器10可經歷將經歷一表面處理階段S之新一批工件之一裝載階段C。
如上所述，該裝置及該方法允許金屬件之表面處理操作在該等工件之清潔操作之後執行，而無需將其等從反應器移除，即，無需反應器經歷冷卻、清潔工件之卸載及將清潔工件裝載至相同或另一反應器之階段。
在此情況中，表面處理階段S在清潔階段L之後執行且包括在清潔階段結束時未經歷一冷卻階段R之相同反應器10中之金屬件1之表面處理階段S之額外步驟，該等額外步驟包括：f)亦從反應器之外部及在新的加熱階段A中使其反應腔室23之內部維持所需熱化學表面處理所需之溫度；g)反轉陽極-陰極系統40之通電極性，使得具有金屬件1之支架30界定陰極；h)用饋送至反應腔室23之新的可離子化氣態裝料圍繞支架30及金屬件1；i)施加一放電至陰極以提供圍繞金屬件1及支架30之離子之一氣態電漿之形成，及金屬件1中之一離子轟擊；j)提供從反應腔室23之內部之氣體裝載之排出；及k)使反應器10經歷一冷卻階段R及隨後經處理金屬件1之一卸載階段D，因此反應器10可經歷將經歷清潔階段L及表面處理階段S之新一批工件之一裝載階段C。
應了解可在組成元件之形式及配置中進行變更，而不脫離本說明書所隨附之申請專利範圍中定義之構成概念。
1‧‧‧金屬件
10‧‧‧電漿反應器
20‧‧‧金屬殼
20a‧‧‧壁延伸部
20b‧‧‧上端壁
21‧‧‧進口
22‧‧‧出口
23‧‧‧反應腔室
25‧‧‧離子化氣體源
26‧‧‧導管
27‧‧‧控制閥
28‧‧‧共同導管
30‧‧‧支架
40‧‧‧陽極-陰極系統
41‧‧‧電極
42‧‧‧導電元件
50‧‧‧電能源
51‧‧‧電導體
52‧‧‧電導體
60‧‧‧真空源
61‧‧‧管道
62‧‧‧截流閥
63‧‧‧共同管道
70‧‧‧開關系統
80‧‧‧加熱器件
81‧‧‧外殼
82‧‧‧加熱腔室
83‧‧‧電阻器
100‧‧‧冷卻器件
101‧‧‧管狀外殼
102‧‧‧排出導管
120‧‧‧排出系統
121‧‧‧吸氣管道
122‧‧‧排出閥
125‧‧‧共用排出裝置
P‧‧‧控制面板

Claims (18)

  1. 一種用於藉由包括在內部界定一反應腔室(23)之一金屬外殼(20)之類型之一電漿反應器處理金屬件之裝置，該反應腔室(23)具有：一支架(30)；一陽極-陰極系統(40)，其可連接至一電能源(50)；一進口(21)，其可連接至一可離子化氣體源(25)；用於氣態裝料排出之一出口(22)，其可連接至一真空源(60)；及一加熱器件(80)，其用於加熱該反應腔室(23)，該反應器(10)經歷金屬件(1)之加熱階段(A)、清潔階段(L)及/或表面處理階段(S)、冷卻階段(R)、卸載階段(D)及裝載階段(C)，該裝置之特徵在於其包括：至少兩個反應器(10)，各者選擇性及替代地具有：其之該進口(21)，其連接至該相同可離子化氣體源(25)；其之該出口(22)，其連接至該相同真空源(60)；及其之該陽極-陰極系統(40)，其連接至該相同電能源(50)，該加熱器件(80)可在操作位置之間移位，在該等操作位置之各者中，該加熱器件(80)側向及在上方圍繞該裝置之一各自反應器(10)，而該反應器(10)處在該等金屬件(1)之該加熱階段(A)及清潔階段(L)及/或表面處理階段(S)中。
  2. 如請求項1之裝置，其中該加熱器件(80)維持在一操作位置中，圍繞一各自第一反應器(10)，達對應於其中該裝置之任意其他反應器(10)完成其冷卻階段(R)、排放階段(D)及裝載階段(C)所花費之時間之N倍之一時間，N係至少等於1之一整數且該裝置之反應器(10)之數量由N+1定義。
  3. 如請求項1之裝置，其中該加熱器件(80)被維持在一操作位置中，在該加熱階段(A)及清潔階段(L)及/或該表面處理階段(S)期間圍繞一各自第一反應器(10)達大於該裝置之該另一反應器(10) 完成其冷卻階段(R)、卸載階段(D)及裝載階段(C)所花費之時間之總和但小於該總和之兩倍之一時間，操作位置中之時間與該總和之間之差異定義其中該另一反應器(10)在該第一反應器(10)完成其清潔階段(L)及/或表面處理階段(S)之前完成其裝載階段(C)之一反應器等待時間(TER)。
  4. 如請求項1之裝置，其中該加熱器件(80)被維持在一操作位置中，在該加熱階段(A)及清潔階段(L)及/或該表面處理階段(S)期間圍繞一各自第一反應器(10)達小於該裝置之另一反應器(10)完成其冷卻階段(R)、卸載階段(D)及裝載階段(C)所花費之時間之總和且大於該時間總和之一半之一時間，該操作位置中之該時間與該時間總和之間之差異定義其中該加熱器件(80)及該可離子化氣體源(25)、真空源(60)及電能源(50)保持不操作同時等待該第一反應器(10)之該裝載階段(C)結束之一加熱器等待時間(TEA)。
  5. 如請求項2、3或4中任一項之裝置，其中該等反應器(10)之各者具有：其之該進口(21)，其可藉由各自導管(26)及一共同導管(28)連接至該可離子化氣體源(25)，該等導管(26)之各者具有一控制閥(27)；其之該出口(22)，其可藉由各自管道(61)及一共同管道(63)連接至該真空源(60)，該等管道(61)之各者具有一截流閥(62)；及其之該陽極-陰極系統(40)，其可藉由一開關系統(70)選擇性地連接至該電能源(50)以選擇性及替代地給該裝置之該等反應器(10)之各者供電。
  6. 如請求項5之裝置，其中該開關系統(70)在從該清潔階段(L)及該表面處理階段(S)之一者變化為將在該相同反應器(10)內執行之該等操作之另一者時提供各反應器(10)之該陽極-陰極系統(40)之該陽極與該陰極之間之一極性反轉。
  7. 如請求項6之裝置，其中其進一步包括一控制面板(P)，該控制面板(P)與該控制閥(27)及該截流閥(62)及該開關系統(70)兩者可操作地相關聯，控制其等之選擇操作。
  8. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中該加熱器件(80)包括一外殼(81)，該外殼(81)側向及在上方圍繞該加熱器件(80)，且界定一加熱腔室(82)，其內含有及附著該加熱器件(80)，該加熱器件(80)可選擇性地及垂直地在其中其圍繞一各自反應器(10)定位之一操作降低位置與從該各自反應器(10)向上移位之一升高位置之間移位，該加熱器件(80)進一步可從該升高位置移位至在該裝置之任意其他反應器(10)上方垂直對準之一位置以垂直移位至其圍繞該另一反應器(10)之一新的操作降低位置。
  9. 如請求項8之裝置，其中其進一步包括一提升及平移構件(ET)，該提升及平移構件(ET)由可在位於兩個反應器(10)之間之一對軌道(92)上移位之一結構框架之形式之一車(90)界定，該車(90)攜載其中安裝該加熱器件(80)之一提升器件(91)。
  10. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中其進一步包括一冷卻器件(100)，該冷卻器件(100)將在於該反應器(10)中完成該清潔階段(L)及/或該表面處理階段(S)時選擇性地應用至一反應器(10)。
  11. 如請求項10之裝置，其中其包括用於各反應器(10)之一冷卻器件(100)，各冷卻器件(100)包括一管狀外殼(101)，該管狀外殼(101)下方敞開，上方閉合且具有一排出導管(102)，該排出導管(102)將連接至一排出系統(120)，該排出系統(120)具有吸氣管道(121)，各吸氣管道(121)將耦合至一各自冷卻器件(100)之該等排出導管(102)之一者，該等吸氣管道(121)藉由各自排出閥(122)連接至一共同排出裝置(125)，該等排出閥(122)與一控制面板(P)可操作地相關聯。
  12. 如請求項10之裝置，其中各冷卻器件(100)被安裝在一可移動框架(110)上，該可移動框架(110)可在一對軌道(111)上滑動，提供各冷卻器件(100)在遠離該各自反應器(10)之一不操作位置與側向及在上方圍繞該反應器(10)之一操作位置之間之該移位。
  13. 一種藉由如請求項1之類型之一電漿反應器處理金屬件之方法，其特徵在於其包括下列步驟：執行至一第一反應器(10)中之金屬件(1)之一裝載階段(C)；藉由圍繞該第一反應器(10)選擇性定位之一加熱器件(80)使該第一反應器(10)經歷一加熱階段(A)，而其之該反應腔室(23)同時被饋送由該離子化氣體源(25)提供之離子化氣體之一裝載且經歷藉由該真空源(60)之該氣體裝載之一排出及由該電能源(50)提供之放電，以在一操作時間(TO)期間執行該等金屬件(1)之該清潔階段(L)及該表面處理階段(S)之至少一者；使該加熱器件(80)遠離該第一反應器(10)移位且隨後將該加熱器件(80)定位在已經歷新金屬件(1)之一裝載階段(C)之另一反應器(10)上方，使該另一反應器(10)經歷藉由該加熱器件(80)之一加熱階段(A)，而其之該反應腔室(23)被同時饋送由該離子化氣體源25提供之離子化氣體之一裝載且經歷藉由該真空源(60)之該氣體裝載之一排出及由該電能源(50)提供之放電；及在一不操作時間(TI)期間，使該第一反應器(10)經歷冷卻(R)、卸載(D)及裝載(C)之階段，在於該另一反應器(10)中完成該清潔階段(L)及/或表面處理階段(S)之後，準備該第一反應器(10)以再次接收該加熱器件(80)。
  14. 如請求項13之方法，其中其包含一額外步驟：在使該加熱器件(80)移位以圍繞已裝載新一批金屬件(1)之該反應器(10)之前在各該反應器(10)之該操作時間(TO)小於其之該不操作時間(TI)時， 使該加熱器件(80)移位至遠離該等反應器(10)之一位置。
  15. 如請求項14之方法，其中在各反應器(10)之該冷卻階段(R)中，當在一操作位置中時反應器(10)側向及在上方被一冷卻器件(100)圍繞，且在一不操作位置中時，該冷卻器件(100)與該各自反應器(10)隔開。
  16. 如請求項13至15中任一項之方法，其中該等金屬件(1)之該清潔階段(L)包括下列步驟：將已支撐該等金屬件(1)之該支架(30)連接至該接地陽極及將該陽極-陰極系統(40)之該陰極連接至該電能源(50)之一負電位；用饋送至該反應腔室(23)之該可離子化氣態裝料圍繞該支架(30)及該等金屬件(1)；從該反應器(10)之外部將該反應腔室(23)之該內部加熱至該等污染物在該反應腔室(23)內之處理下從該等金屬件(1)解離之蒸發溫度；將一放電施加至該陽極-陰極系統(40)之該陰極以導致圍繞該等金屬件(1)及該支架(30)之具有高動能之離子之一氣態電漿形成，及該等金屬件(1)中之一電子轟擊，以提供該等污染物之分子解離；提供從該反應腔室(23)之該內部之維持在氣態中之該氣體裝載及該等污染物之該排出；及使該反應器(10)經歷一冷卻階段(R)及隨後經歷該等金屬件(1)之一卸載階段(D)。
  17. 如請求項16之方法，其中該表面處理階段(S)在該清潔階段(L)之後及在該冷卻階段(R)之前，於該相同反應器(10)中執行，其包括下列額外步驟：亦從該反應器(10)之外部及在一新的加熱階段(A)中使其之該 反應腔室(23)之該內部維持該所需熱化學表面處理所需之一溫度；反轉該陽極-陰極系統(40)之通電極性，使得具有該等金屬件(1)之該支架(30)定義該陰極；用饋送至該反應腔室(23)之一新的可離子化氣態裝料圍繞該支架(30)及該等金屬件(1)；施加一放電至該陰極以提供圍繞該等金屬件(1)及該支架(30)之離子之一氣態電漿之形成，及該等金屬件(1)中之一離子轟擊；提供從該反應腔室(23)之該內部之該新氣體裝載之該排出；及使該反應器(10)經歷該冷卻階段(R)及隨後經歷該等經處理金屬件(1)之一卸載階段(D)。
  18. 如請求項13至16中任一項之方法，其中該等金屬件(1)之該表面處理階段(S)包括下列步驟：將已裝載該等金屬件(1)之該支架(30)連接至該陽極-陰極系統(40)之該陰極及將該陽極連接至該電能源(50)之一負電位；用饋送至該反應腔室(23)之該可離子化氣態裝料圍繞該支架(30)及該等金屬件(1)；在一加熱階段(A)期間從該反應器(10)之外部加熱其之該反應腔室(23)之該內部且使其保持加熱至該所需表面處理之一所需溫度；施加一放電至該陰極以提供圍繞該等金屬件(1)及該支架(30)之離子之一氣態電漿之形成，及該等金屬件(1)中之一離子轟擊；提供從該反應腔室(23)之內部之新氣體裝載之該排出；及使該反應器(10)經歷一冷卻階段(R)及隨後經歷該等經處理金屬件(1)之一卸載階段(D)，使得該反應器(10)可經歷將經歷一表面處理階段(S)之新一批工件之一裝載階段(C)。
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