WO2001037312A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln und beschichten von oberflächen aus nichtleitenden, dielektrischen materialien mittels mikrowellenangeregter plasmen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum behandeln und beschichten von oberflächen aus nichtleitenden, dielektrischen materialien mittels mikrowellenangeregter plasmen Download PDF

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WO2001037312A1
WO2001037312A1 PCT/DE2000/003971 DE0003971W WO0137312A1 WO 2001037312 A1 WO2001037312 A1 WO 2001037312A1 DE 0003971 W DE0003971 W DE 0003971W WO 0137312 A1 WO0137312 A1 WO 0137312A1
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treatment
treated
ignition
microwaves
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Udo Krohmann
Bernd Neumann
Torsten Neumann
Andreas Ohl
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Knn Systemtechnik Gmbh
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    • H01J37/32366—Localised processing

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating and coating surfaces made of non-conductive, dielectric materials by means of microwave-excited plasmas and a device for carrying out the method.
  • the plasma is generated via earth electrodes by means of high frequency (DE 197 19 911, DE 196 15 735) under normal pressure, preferably with the supply of a suitable foreign gas or under vacuum.
  • the present invention thus has for its object to provide a treatment or coating of surfaces of langge- stretched hollow bodies or counter Standen of non-conductive, dielectric materials by means of a modulated, microcrystalline ⁇ wave excited, current plasma in the region of atmosphäri ⁇ 's air pressure and to allow it without that there is thermal damage to the materials to be treated.
  • the object is located and is microwave-technically closed on all sides, is supplied by means of modulated microwaves, b) the plasma is ignited at a predetermined location, spatially separated from the microwave feed, c) the running, self-propelled, localized plasma is located within the waveguiding hollow structure of place the ignition moved over the surfaces to be treated in the direction of the microwave feed, wherein sufficient for the plasma overflow cavity surface to be treated is present in excess of that d) the plasma treatment in the range of atmospheric air ⁇ pressure and is carried out over, e) the current Plasma is interrupted as soon as it has swept over the surface to be treated, f) the atmospheric composition suitable for plasma treatment is used, g) the plasma treatment is repeated until a desired work result is achieved, h) the plasma is ignited automatically at the defined location, i) by introducing an additional limitation made of non-conductive, dielectric material into the treatment chamber, a targeted treatment by means of ongoing Plasmas on defined surfaces of containers and objects is realized.
  • the controlled stable movement (run) of the plasma is achieved in that the ignition takes place at a predetermined location within the treatment chamber which is at a sufficient spatial distance from the microwave feed and in that this microwave energy is modulated so that the plasma is within the defined cavities moved to the location of the microwave feed.
  • the plasma must be protected by suitable measures, e.g. Interrupt microwave switch-off by time control or light sensor as soon as the running plasma has swept over the surface to be treated. By restarting the treatment process, the plasma run can be repeated any number of times until the desired effect is achieved.
  • suitable measures e.g. Interrupt microwave switch-off by time control or light sensor as soon as the running plasma has swept over the surface to be treated.
  • the plasma is ignited using known ignition devices, such as: field strength controlling element additional discharge / additional plasma - pilot flame laser beam - UV radiation other high-energy radiation
  • the modulation of the microwave energy fed in for example in the form of 100 Hz sine half-waves, and by varying the frequency by changing the pressure conditions Also above the atmospheric air pressure and / or the gas composition, the running speed, size, effective time, temperature, energy content and thus the effect of the running plasma on the surface to be treated are changed.
  • additives can additionally be added to the plasma in gaseous, solid and liquid form, individually or in mixtures.
  • Plasma treatment can be used for any type of:
  • a preferred device for carrying out the method contains the following elements: a) a treatment chamber 9, which is formed from a wave-guiding hollow structure 1 and is closed on all sides by microwave technology, b) a microwave generator 15 including a device for modulating the microwaves fed in, c) a coupling device 5 for feeding the microwaves into the treatment chamber 9, d) an ignition device 11 which ignites the plasma at a defined location, e) a device 13 for switching off of the plasma.
  • a device with these features can be characterized in that f) a device 12, by means of which the treatment chamber 9 is supplied with the gas atmosphere required for the plasma treatment, g) in the treatment chamber 9, an additional plasma-leading boundary 6 made of dielectric material is arranged, h ) the plasma 4 is adapted to the geometry of the object 2 to be treated by changing the geometry of the wave-guiding structure 1 and / or the boundary 6, i) the ignition device 11 consists of a field strength-controlling element and is moved to the location predetermined for the ignition 3, j) the ignition device 11 is arranged as a field strength-controlling element at the tip of a lance 10 made of dielectric material which can be moved into and out of the cavity of the object 2 to be treated, k) the lance 10 is hollow and through it the plasma is liquid and / or solid and / or gaseous substances are supplied, 1) the ignition device 11 from a field The strength-controlling element exists and is arranged in the lower region of the treatment chamber 9, m) the treatment chamber 9 is divided as a
  • Figure 1 a schematic representation of a device for the internal treatment of a hollow body
  • Figure 2 a schematic representation of a device for the external treatment of a hollow body
  • Figure 3 a schematic representation for the treatment of surfaces of a body by arranging an additional limitation
  • Figure 4 the basic structure of a System with a fixed and movable part of the wave-guiding hollow structure
  • Figure 5 the basic structure of a system for
  • Fig.l shows the schematic structure is a device for domestic nen aspect of hollow bodies 2 shown, consisting of egg ⁇ ner waveguiding hollow structure 1, the coupling device 5, Be ⁇ treatment chamber 9, lance 10, ignition device 11, apparatus for Zubowung 12 for the treatment atmo sphere ⁇ required, shut-off device 13 for the plasma 4, means 15 for generating the microwaves and their modulation.
  • the device according to the invention according to FIG. 1 can be used to sterilize hollow bodies 2 (bottles) particularly advantageously by means of running plasmas 4 under atmospheric conditions.
  • the hollow body 2 to be treated stands upright with the floor facing downward, so that the open mouth points upward.
  • the ignition 3 of the modulated microwave-excited plasma 4 takes place in the bottom area within the bottle 2 to be treated by means of an ignition device 11 (here a field strength-controlling element) at the tip of a lance 10 made of dielectric material and immersed in the bottle.
  • an ignition device 11 here a field strength-controlling element
  • the lance 10 is retracted with the ignition device 11 at the tip up to near the floor and - as soon as the ignition device has reached the floor area - the modulated microwaves are switched on, so that the ignition 3 of the plasma 4 takes place at the defined location.
  • the plasma moves in the direction of the coupling device 5 to open the bottle 2.
  • the lance 10 is moved out of the hollow body 2 again.
  • a switch-off device 13 for example a light sensor
  • the lance 10 By designing the lance 10 as a hollow rod, one or more additives can be injected directly into the plasma zone through the lance 10.
  • the lance 10 can also be used after the treatment to fill the packaging.
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a device for the external treatment of hollow bodies 2, consisting of a wave-guiding hollow structure 1, coupling device 5, treatment chamber 9, ignition device 11, device for supplying 12 the atmosphere required for the treatment, switch-off device 13 for the Plasma 4, device 15 for generating the microwaves and their modulation.
  • the structure of the device shown in FIG. 2 is basically identical to that of the device shown in FIG. However, the ignition 3 of the plasma 4 takes place here by means of an ignition device 11 at a defined location outside the object 2 to be treated (bottle), but within the cavity now produced between the bottle 2 and the waveguide hollow structure 1, so that the plasma 4 is located within this cavity moved over the bottle outer surface of bottle 2.
  • FIG. 3 shows the structure of a device for the external treatment of objects 2.
  • the structure of this device is in principle identical to the structure of the devices shown in FIGS. 1 and 2.
  • the device shown in FIG. 3 contains only an additional boundary 6 made of dielectric material in the treatment chamber 9
  • a targeted plasma treatment on selected surfaces of the object to be treated is possible by creating defined cavities over the surfaces to be treated and plasma ignition 3 taking place in such a way that the plasma 4 runs over these surfaces.
  • an additional limitation can also be introduced for the purpose that certain parts of the surface are covered by the additional limitation so that plasma treatment of these parts of the surface does not take place.
  • FIG. 4 shows the basic structure of a treatment chamber 9 in section, in which the wave-guiding hollow structure 1 is formed from a fixed part 7 (casing) and a moving part 8.
  • the treatment chamber 9 as a wave-guiding hollow structure 1 is designed in such a way that the bottles run continuously. Depending on the required fla- number of cycles, the arrangement of one or more treatment chambers 9 is possible.
  • the treatment chambers 9 are arranged on the moving part 8 such that the outer side of the treatment chamber 9 is open in order to ensure the smooth entry and exit of the bottles into and out of the treatment chambers 9.
  • the open side is delimited by a fixed part 7 (outer wall), past which the chambers 9 are guided, so that the wave-guiding part is guided during the rotational movement of the movable part 8
  • Hollow structure 1 of the treatment chambers 9 is permanently preserved in the area of the fixed part 7.
  • FIG. 5 shows the basic structure of a system for plasma treatment of objects in the form of strips, plates or prisms, e.g. for plasma cleaning of glass plates before the coating process.
  • the structure of this system is basically identical to the structure of the systems shown in FIGS. 1 and 2.
  • the wave-guiding hollow structure 1 here has two opposing openings 14 between the ignition device 11 and the coupling device 5, through which the sheet, plate or prism-shaped objects 2 to be treated are guided continuously or discontinuously through the treatment chamber 9 during the plasma treatment. In this way, a cavity is formed between the surface of the object 2 to be treated and the wave-guiding hollow structure 1, through which the plasma 4 runs over the surface to be treated.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine technische Lösung zum Behandeln und Beschichten von Oberflächen aus nichtleitenden, dielektrischen Materialien mittels mikrowellenangeregter Plasmen, bei der a) die für die Bildung des Plasmas (4) notwendige Energie der wellenleitenden Hohlstruktur (1), in der sich der zu behandelnde Gegenstand (2) befindet und die allseitig mikrowellentechnisch verschlossen ist, durch einen Mikrowellengenerator (15) mittels modulierter Mikrowellen zugeführt wird, b) die Zündung (3) des Plasmas (4) mittels einer Zündvorrichtung (11) an einem vorbestimmten Ort, räumlich getrennt von der Mikrowelleneinspeisung (5) erfolgt, c) das laufende, sich selbst fortbewegende, lokalisierte Plasma (4) sich innerhalb der wellenleitenden Hohlstruktur (1) vom Ort der Zündung (3) über die zu behandelnden Oberflächen in Richtung auf die Mikrowelleneinspeisung (5) bewegt, wobei in der Behandlungskammer (9) ein für den Plasmalaufausreichender Hohlraum über der zu behandelnden Oberfläche vorhanden ist, d) die Plasmabehandlung im Bereich des atmosphärischen Luftdrucks und darüber durchgeführt wird mit einer für die Plasmabehandlung geeigneten Atmosphärenzusammensetzung, die mittels einer Vorrichtung (12) zugeführt wird, e) das laufende Plasma (4) durch eine Vorrichtung (13) unterbrochen wird, sobald es die zu behandelnde Oberfläche überstrichen hat.

Description

VERFAHRENUNDVORRICHTUNGZUMBEHANDELNUND
BESCHICHTENVON OBERFLÄCHENAUSNICHTLEITENDEN,
DIELEKTRISCHENMATERIALIENMITTELS
MIKROWELLENANGEREGTERPLASMEN
[Beschreibung]
[Stand der Technik]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln und Beschichten von Oberflachen aus nichtleitenden, dielektri- sehen Materialien mittels mikrowellenangeregter Plasmen und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens.
Bekannt ist die Innenbeschichtung von elektrisch leitenden Hohlkörpern mittels laufender Plasmen in einer Niederdruckat- mosphare (EP 0568049 AI) .
Bekannt ist weiterhin die Behandlung von Flaschen zwecks Desinfektion (Sterilisierung) mit sich stationär ausbreitendem großvolumigen Plasma, welches den gesamten Hohlraum mit einem möglichst gleichmaßigen Plasma ausfüllt. Die Erzeugung des Plasmas erfolgt dabei über Masseelektroden mittels Hochfrequenz (DE 197 19 911, DE 196 15 735) unter Normaldruck, vorzugsweise unter Zufuhrung eines geeigneten Fremdgases oder unter Vakuum.
Diese Losungen erfordern einen hohen technischen Aufwand im Zusammenhang mit der Vakuumerzeugung und lassen ein gleichmaßiges Plasma im gesamten Hohlraum, besonders bei langgestreckten Hohlkörpern mit einer kleinen Öffnung nicht zu bzw. fuh- ren, bedingt durch eine sehr hohe Energiezufuhr, zu Schädigungen der zu behandelnden Oberflachen. Eine Innenbeschichtung bzw. Innenbehandlung und/oder Außenbehandlung von langge¬ streckten Hohlkörpern und Gegenstanden aus nichtleitenden, dielektrischen Materialien ist mit den genannten Vorrichtungen bzw. Verfahren unter Normaldruckatmosphare nicht möglich.
[Aufgabe der Erfindung]
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Behandlung oder Beschichtung von Oberflachen an langge- streckten Hohlkörpern oder Gegenstanden aus nichtleitenden, dielektrischen Materialien mittels einem modulierten, mikro¬ wellenangeregten, laufenden Plasma im Bereich des atmosphäri¬ schen Luftdrucks und darüber zu ermöglichen, ohne daß es zu einer thermischen Schädigung der zu behandelnden Materialien kommt .
Gelost wird diese Aufgabe durch eine technische Losung, bei der a) die für die Plasmabildung notwendige Energie einer wel- lenleitenden Hohlstruktur, m der sich der zu behandelnde
Gegenstand befindet und die allseitig mikrowellentech- nisch verschlossenen ist, mittels modulierter Mikrowellen zugeführt wird, b) die Plasmazundung an einem vorbestimmten Ort, raumlich getrennt von der Mikrowelleneinspeisung erfolgt, c) das laufende, sich selbst fortbewegende, lokalisierte Plasma sich innerhalb der wellenleitenden Hohlstruktur vom Ort der Zündung über die zu behandelnden Oberflachen in Richtung auf die Mikrowelleneinspeisung bewegt, wobei ein für den Plasmalauf ausreichender Hohlraum über der zu behandelnden Oberflache vorhanden ist, d) die Plasmabehandlung im Bereich des atmosphärischen Luft¬ drucks und darüber durchgeführt wird, e) das laufende Plasma unterbrochen wird, sobald es die zu behandelnde Oberflache überstrichen hat, f) die für eine Plasmabehandlung geeignete Atmospharenzusam- mensetzung genutzt wird, g) die Plasmabehandlung so oft wiederholt wird, bis ein gewünschtes Arbeitsergebnis erreicht ist, h) die Zündung des Plasmas am definiertem Ort selbsttätig erfolgt, i) durch Einbringen einer zusatzlichen Begrenzung aus nichtleitendem, dielektrischen Material in die Behandlungska - mer eine gezielte Behandlung mittels laufender Plasmen an definierten Oberflachen von Behaltern und Gegenstanden realisiert wird.
Die gesteuerte stabile Bewegung (Lauf) des Plasmas wird dadurch erzielt, daß die Zündung an einem vorher bestimmten Ort innerhalb der Behandlungskammer erfolgt, der eine genügend raumliche Distanz zur Mikrowelleneinspeisung aufweist und daß diese Mikrowellenenergie moduliert ist, so daß sich das Plasma innerhalb der definierten Hohlräume zum Ort der Mikrowelleneinspeisung hin bewegt.
Das Plasma ist durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. Mikrowel- lenabschaltung durch Zeitsteuerung oder Lichtsensor zu unterbrechen, sobald das laufende Plasma die zu behandelnde Oberflache überstrichen hat. Durch erneutes Starten des Behandlungsvorganges kann der Plasmalauf beliebig oft wiederholt werden, bis der gewünschte Effekt erreicht ist.
Die Zündung des Plasmas erfolgt mit bekannten Zündvorrichtungen, wie z.B.: feldstarkesteuerndes Element Zusatzentladung/Zusatzplasma - Zundflamme Laserstrahl - UV-Strahlung sonstige energiereiche Strahlung
Durch Variation in der Modulation der eingespeisten Mikrowellenenergie, z.B. in Form von 100 Hz Sinushalbwellen, und Variation der Frequenz, durch Veränderung der Druckverhältnisse auch oberhalb des atmosphärischen Luftdrucks und/oder der Gaszusammensetzung werden Laufgeschwindigkeit, Große, Wirkzeit, Temperatur, Energiegehalt und somit die Wirkung des laufenden Plasmas auf die zu behandelnde Oberflache verändert.
Durch Änderungen in der Geometrie der wellenleitenden Hohlstruktur ist eine Steuerung des Plasmas in Gleichmäßigkeit und Anpassung an die Geometrie des zu behandelnden Gegenstandes möglich.
Zusatzlich können, je nach gewünschter Wirkung, dem Plasma Zusatzstoffe in gasformiger, fester und flussiger Form, einzeln oder in Gemischen zugeführt werden.
Die Plasmabehandlung kann angewendet werden für jede Art von:
- Keimabtotung (Sterilisierung) von Oberflachen, Gasen und Gasgemischen,
Glättung von nichtmetallischen Oberflachen durch kurzzeitiges Anschmelzen einer dünnen Oberflachenschicht, wobei der Energieeintrag derart gesteuert ist, daß ein thermischer Glattungseffekt einsetzt, ohne daß schädigende Wirkungen bezuglich der vorgesehenen Verwendung des zu glattenden Objektes/Gegenstandes eintreffen,
- Reinigung von Oberflachen, - Modifizierung der Oberflachenstruktur,
- Veränderung der Oberflacheneigenschaften,
- Beschichten von Oberflachen,
- Analyse und Diagnostik von in die Plasmabehandlung gelangenden Stoffen, z.B. Erkennung von Fremdstoffen in Getran- keflaschen durch Spektralanalyse.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens enthalt folgende Elemente: a) eine Behandlungskammer 9, die aus einer wellenleitenden Hohlstruktur 1 gebildet und allseitig mikrowellentechnisch verschlossenen ist, b) einen Mikrowellengenerator 15 einschließlich einer Vorrichtung zur Modulation der eingespeisten Mikrowellen, c) eine Koppelvorrichtung 5 zur Einspeisung der Mikrowellen in die Behandlungskammer 9, d) eine Zündvorrichtung 11, die das Plasmas an einem definierten Ort zündet, e) eine Vorrichtung 13 zum Abschalten des Plasmas.
Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen kann dadurch, daß f) eine Vorrichtung 12, mittels der der Behandlungskammer 9 die für die Plasmabehandlung erforderliche Gasatmosphäre zugeführt wird, g) in der Behandlungskammer 9 eine zusätzliche, den Plasmalauf führende Begrenzung 6 aus dielektrischem Material angeordnet ist, h) durch Änderungen der Geometrie der wellenleitenden Struktur 1 und/oder der Begrenzung 6 das Plasmas 4 an die Geometrie des zu behandelnden Gegenstandes 2 angepaßt wird, i) die Zündvorrichtung 11 aus einem feldstärkesteuernden Element besteht und an den zur Zündung 3 vorbestimmten Ort bewegt wird, j) die Zündvorrichtung 11 als feldstärkesteuerndes Element an der Spitze einer in und aus dem Hohlraum des zu behandelnden Gegenstandes 2 verfahrbaren Lanze 10 aus dielek- frischem Material angeordnet ist, k) die Lanze 10 hohl ist und durch sie dem Plasma flüssige und/oder feste und/oder gasförmige Stoffe zugeführt werden, 1) die Zündvorrichtung 11 aus einem feldstärkesteuernden Element besteht und im unteren Bereich der Behandlungskammer 9 angeordnet ist, m) die Behandlungskammer 9 als wellenleitende Hohlstruktur 1 in zwei Teile 7 und 8 geteilt ist, wobei Teil 8 bewegt wird und Teil 7 ortsfest ist, n) die wellenleitende Hohlstruktur 1 zwischen der Zündvorrichtung 11 und der Koppelvorrichtung 5 zwei gegenüberliegende Öffnungen 14 hat, durch die die zu behandelnden bahn-, platten- oder prismenfor igen Gegenstande 2 während der Plasmabehandlung durch die Behandlungskammer 9 hindurch gefuhrt werden, o) die Lanze 10 durch einen Hohlraum der Koppelvorrichtung 5 gefuhrt wird zweckmäßig ausgestaltet werden.
[Beispiele]
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Innenbehandlung eines Hohlkörpers, Figur 2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Außenbehandlung eines Hohlkörpers, Figur 3: eine schematische Darstellung zur Behandlung von Oberflachen eines Körpers durch Anordnung einer zusatzlichen Begrenzung Figur 4: den prinzipiellen Aufbau einer Anlage mit feststehendem und beweglichem Teil der wellenleitenden Hohlstruktur, Figur 5: den prinzipiellen Aufbau einer Anlage zur
Behandlung von band-, platten- oder prismen¬ formigen Gegenstanden aus dielektrischem Material.
In Fig.l ist der schematische Aufbau einer Vorrichtung zur In- nenbehandlung von Hohlkörpern 2 dargestellt, bestehend aus ei¬ ner wellenleitenden Hohlstruktur 1, Koppelvorrichtung 5, Be¬ handlungskammer 9, Lanze 10, Zündvorrichtung 11, Vorrichtung zur Zufuhrung 12 der für die Behandlung erforderlichen Atmo¬ sphäre, Abschaltvorrichtung 13 für das Plasma 4, Einrichtung 15 zur Erzeugung der Mikrowellen und deren Modulation. Bei einer beispielsweise verwendeten Speisefrequenz von 2,45 GHz, moduliert mit 100 Hz Sinushalbwellen, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 Hohlkörper 2 (Flaschen) mittels laufender Plasmen 4 unter atmosphärischen Be- dingungen besonders vorteilhaft sterilisieren. Vorteilhafterweise steht der zu behandelnde Hohlkörper 2 aufrecht mit dem Boden nach unten, so daß die offene Mündung nach oben weist. Die Zündung 3 des modulierten mikrowellenangeregeten Plasmas 4 erfolgt im Bodenbereich innerhalb der zu behandelnden Flasche 2 mittels einer Zündvorrichtung 11 (hier ein feldstärkesteu- erndes Element) an der Spitze einer in die Flasche eintauchenden Lanze 10 aus dielektrischem Material. Dazu wird die Lanze 10 mit der Zündvorrichtung 11 an der Spitze bis in Bodennähe eingefahren und - sobald die Zündvorrichtung den Bodenbereich erreicht hat - die modulierten Mikrowellen zugeschaltet, so daß die Zündung 3 des Plasmas 4 am definierten Ort erfolgt. Nach erfolgter Plasmazündung 3 bewegt sich das Plasma zur Öffnung der Flasche 2 in Richtung der Einkoppelvorrichtung 5. Die Lanze 10 wird wieder aus dem Hohlkörper 2 ausgefahren. Sobald das Plasma 4 den Hals der Flasche 2 erreicht hat, wird es durch Ansprechen einer Abschaltvorrichtung 13 (z.B. eines Lichtsensors) gelöscht, indem die Energiezufuhr zum Mikrowellengenerator 15 unterbrochen wird. Der gesamte Vorgang kann bei Bedarf beliebig oft wiederholt werden.
Durch eine Ausführung der Lanze 10 als Hohlstab, können durch die Lanze 10 ein oder mehrere Zusatzstoffe direkt in die Plasmazone injiziert werden. Die Lanze 10 kann aber auch nach der Behandlung zum Befüllen der Verpackung genutzt werden.
In Fig. 2 ist der schematische Aufbau einer Vorrichtung zur Außenbehandlung von Hohlkörpern 2 dargestellt, bestehend aus einer wellenleitenden Hohlstruktur 1, Koppelvorrichtung 5, Behandlungskammer 9, Zündvorrichtung 11, Vorrichtung zur Zufüh- rung 12 der für die Behandlung erforderlichen Atmosphäre, Abschaltvorrichtung 13 für das Plasma 4, Einrichtung 15 zur Erzeugung der Mikrowellen und deren Modulation. Der Aufbau der m Figur 2 dargestellten Vorrichtung ist prinzipiell identisch mit dem der m Figur 1 dargestellten Vorrichtung. Allerdings erfolgt die Zündung 3 des Plasmas 4 hier mittels Zündvorrichtung 11 an definierter Stelle außerhalb des zu behandelnden Gegenstandes 2 (Flasche) , aber innerhalb des nun hergestellten Hohlraumes zwischen Flasche 2 und wellenlei- tender Hohlstruktur 1, so daß sich das Plasma 4 innerhalb dieses Hohlraumes über die Flaschenaußenflache der Flasche 2 be- wegt.
Figur 3 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zur Außenbehandlung von Gegenstanden 2. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist prinzipiell identisch mit dem Aufbau der m den Figuren 1 und 2 dar- gestellten Vorrichtungen. Die m Figur 3 gezeigte Vorrichtung enthalt m der Behandlungskammer 9 lediglich eine zusätzliche Begrenzung 6 aus dielektrischem Material
Durch das Einbringen dieser spezifischen, zusatzlichen Begren- zung 6 aus dielektrischem Material m die Behandlungskammer 9 ist eine gezielte Plas abehandlung an ausgesuchten Oberflachen des zu behandelnden Gegenstandes möglich, indem definierte Hohlräume über den zu behandelnden Oberflachen geschaffen werden und die Plasmazundung 3 so erfolgt, daß der Lauf des Plas- mas 4 über diese Oberflachen erfolgt.
Das Einbringen einer zusätzlichen Begrenzung kann aber auch zu dem Zweck erfolgen, daß bestimmte Teile der Oberflache durch die zusatzliche Begrenzung so abgedeckt werden, daß eine Plas- mabehandlung an diesen Teilen der Oberflache nicht erfolgt.
Fig.4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Behandlungskammer 9 im Schnitt, bei der die wellenleitende Hohlstruktur 1 aus einem feststehenden Teil 7 (Mantel) und einem bewegten Teil 8 gebildet wird. Die Behandlungskammer 9 als wellenleitende Hohlstruktur 1 ist so ausgeführt, daß ein kontinuierlicher Lauf der Flaschen realisiert wird. Je nach geforderter Fla- schendurchlaufzahl, ist die Anordnung einer oder mehrerer Behandlungskammern 9 möglich. Die Behandlungskammern 9 sind auf dem bewegten Teil 8 so angeordnet, daß die äußere Seite der Behandlungskammer 9 offen ist, um den reibungslosen Ein- und Auslauf der Flaschen in und aus den Behandlungskammern 9 zu gewahrleisten. Zwecks Herstellung einer wellenleitenden Hohlstruktur 1 wird außerhalb des Ein- und Auslaufbereiches der Flaschen die offene Seite durch einen feststehenden Teil 7 (Außenwand) begrenzt, an dem die Kammern 9 vorbei gefuhrt wer- den, so daß wahrend der Drehbewegung des beweglichen Teils 8 die wellenleitende Hohlstruktur 1 der Behandlungskammern 9 im Bereich des feststehenden Teils 7 permanent erhalten bleibt.
In Fig.5 wird der prinzipielle Aufbau einer Anlage zur Plasma- behandlung von band-, platten- oder prismenformigen Gegenstanden dargestellt, z.B. zum Plasmareinigen von Glasplatten vor dem Beschichtungsprozeß . Der Aufbau dieser Anlage ist grundsatzlich identisch mit dem Aufbau der m den Figuren 1 und 2 dargestellten Anlagen.
Die wellenleitende Hohlstruktur 1 hat hier zwischen der Zündvorrichtung 11 und der Koppelvorrichtung 5 zwei gegen berliegende Offnungen 14, durch die die zu behandelnden bahn-, platten- oder prismenformigen Gegenstande 2 wahrend der Plasmabe- handlung kontinuierlich oder diskontinuierlich durch die Behandlungskammer 9 hindurch gefuhrt werden. Auf diese Weise entsteht zwischen der zu behandelnden Oberflache des Gegenstandes 2 und der wellenleitenden Hohlstruktur 1 ein Hohlraum, durch den das Plasma 4 über die zu behandelnde Oberflache lauft. [Bezugszeichenliste]
1 wellenleitende Hohlstruktur 2 zu behandelnder Hohlkörper/Gegenstand
3 Ort der Plasmazündung
4 Plasma
5 Koppelvorrichtung
6 zusätzliche Begrenzung 7 feststehender Teil der wellenleitenden
Hohlstruktur (Wand)
8 bewegter Teil der wellenleitenden Hohlstruktur
9 Behandlungskammer
10 Lanze 11 Zündvorrichtung
12 Vorrichtung zur Zuführung der für die
Behandlung erforderlichen Atmosphäre
13 Abschaltvorrichtung für das Plasma
14 Durchführöffnung 15 Vorrichtung zur Erzeugung der Mikrowellen und deren Modulation

Claims

[Patentansprüche]
1) Verfahren zum Behandeln und Beschichten von Oberflachen aus nichtleitenden, dielektrischen Materialien mittels mikrowel¬ lenangeregter Plasmen, dadurch gekennzeichnet, daß a) die für die Plasmabildung notwendige Energie einer wel¬ lenleitenden Hohlstruktur, m der sich der zu behandelnde Gegenstand befindet und die allseitig mikrowellentechnisch verschlossenen ist, mittels modulierter Mikrowellen zugeführt wird, b) die Plasmazundung an einem vorbestimmten Ort, raumlich getrennt von der Mikrowelleneinspeisung erfolgt, c) das laufende, sich selbst fortbewegende, lokalisierte Plasma sich innerhalb der wellenleitenden Hohlstruktur vom Ort der Zündung über die zu behandelnden Oberflachen in Richtung auf die Mikrowelleneinspeisung bewegt, wobei ein für den Plasmalauf ausreichender Hohlraum über der zu behandelnden Oberflache vorhanden ist, d) die Plasmabehandlung im Bereich des atmosphärischen Luft¬ drucks und darüber durchgeführt wird, e) das laufende Plasma unterbrochen wird, sobald es die zu behandelnde Oberflache überstrichen hat. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine für die Plasmabehandlung geeignete Atmospharenzusammenset- zung genutzt wird.
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Plasmabehandlung so oft wiederholt wird, bis ein gewünschtes Arbeitsergebnis erreicht ist.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Zündung des Plasmas am definierten Ort selbsttätig erfolgt.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß durch Einbringen einer zusatzlichen Begrenzung aus nichtleitendem, dielektrischen Material in die Behand¬ lungskammer eine gezielte Behandlung mittels laufender Pias- men an definierten Oberflachen von Behaltern und Gegenständen realisiert wird. 6) Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus a) einer Behandlungskammer 9, die aus einer wellenleitenden Hohlstruktur 1 gebildet und allseitig mikrowellentechnisch verschlossenen ist, b) einem Mikrowellengenerator 15 einschließlich einer Vorrichtung zur Modulation der eingespeisten Mikrowellen, c) einer Koppelvorrichtung 5 zur Einspeisung der Mikrowellen in die Behandlungskammer 9, d) einer Zündvorrichtung 11, die das Plasma an einem definierten Ort zündet, e) einer Vorrichtung 13 zum Abschalten des Plasmas. 7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Vorrichtung 12 der Behandlungskammer 9 die für die Plasmabehandlung erforderliche Gasatmosphare zugeführt wird.
8) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß in der Behandlungskammer 9 eine zusatzliche, den Plasmalauf führende Begrenzung 6 aus dielektrischem Material angeordnet ist.
9) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderungen der Geometrie der wellenlei- tenden Struktur 1 und/oder der Begrenzung 6 das Plasmas 4 an die Geometrie des zu behandelnden Gegenstandes 2 angepaßt wird.
10) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung 11 aus einem feldstarke- steuernden Element besteht und an den zur Zündung 3 vorbe¬ stimmten Ort bewegt wird.
11) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung 11 als feldstarkesteuern- des Element an der Spitze einer in und aus dem Hohlraum des zu behandelnden Gegenstandes 2 verfahrbaren Lanze 10 aus dielektrischem Material angeordnet ist. 12) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze 10 hohl ist und durch sie dem Plasma flussige und/oder feste und/oder gasformige Stoffe zugeführt werden. 13) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung 11 aus einem feldstarke- steuernden Element besteht und im unteren Bereich der Behandlungskammer 9 angeordnet ist.
14) Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeich- net, daß die Behandlungskammer 9 als wellenleitende
Hohlstruktur 1 in zwei Teile 7 und 8 geteilt ist, wobei Teil 8 bewegt wird und Teil 7 ortsfest ist.
15) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenleitende Hohlstruktur 1 zwischen der Zündvorrichtung 11 und der Koppelvorrichtung 5 zwei gegenüberliegende Offnungen 14 hat, durch die die zu behandelnden bahn-, platten- oder prismenformigen Gegenstande 2 während der Plasmabehandlung durch die Behandlungskammer 9 hindurch gefuhrt werden. 16) Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze 10 durch einen Hohlraum der Koppelvorrichtung 5 gefuhrt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2503023A3 (de) * 2003-03-12 2013-11-06 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Gasversorgungselement für eine Mikrowellenplasmabearbeitungsvorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3222189A1 (de) * 1982-06-12 1984-01-26 Hans Dr.Rer.Nat. 5370 Kall Beerwald Plasmaverfahren zur innenbeschichtung von rohren mit dielektrischem material
DE3820237C1 (de) * 1988-06-14 1989-09-14 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften Ev, 3400 Goettingen, De
EP0415122A2 (de) * 1989-08-03 1991-03-06 Yuzo Mori Verfahren und Vorrichtung zur Filmbildung mittels Hochdruckmikrowellenplasma chemischer Dampfphasenabscheidung
EP0568049A1 (de) * 1992-04-30 1993-11-03 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren und Einrichtung zur PECVD-Innenbeschichtung eines Hohlkörpers mittels eines Mikrowellenplasmas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3222189A1 (de) * 1982-06-12 1984-01-26 Hans Dr.Rer.Nat. 5370 Kall Beerwald Plasmaverfahren zur innenbeschichtung von rohren mit dielektrischem material
DE3820237C1 (de) * 1988-06-14 1989-09-14 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften Ev, 3400 Goettingen, De
EP0415122A2 (de) * 1989-08-03 1991-03-06 Yuzo Mori Verfahren und Vorrichtung zur Filmbildung mittels Hochdruckmikrowellenplasma chemischer Dampfphasenabscheidung
EP0568049A1 (de) * 1992-04-30 1993-11-03 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren und Einrichtung zur PECVD-Innenbeschichtung eines Hohlkörpers mittels eines Mikrowellenplasmas

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2503023A3 (de) * 2003-03-12 2013-11-06 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Gasversorgungselement für eine Mikrowellenplasmabearbeitungsvorrichtung
US8680424B2 (en) 2003-03-12 2014-03-25 Toyo Seikan Kaisha, Ltd. Microwave plasma processing device

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