WO2011161251A1

WO2011161251A1 - Dispositif pour la generation d'un jet de plasma

Info

Publication number: WO2011161251A1
Application number: PCT/EP2011/060637
Authority: WO
Inventors: Serguei Mikhailov; Sergey Goloviatinski; Sheleh Yauheni
Original assignee: Nci - Swissnanocoat Sa
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2011-12-29
Also published as: FR2962004B1; EP2586276A1; JP2013535080A; FR2962004A1

Abstract

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

Description

DISPOSITIF POUR LA GENERATION D'UN JET DE PLASMA

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un dispositif pour la génération d'un jet de plasma et, plus particulièrement, un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré.

Etat de la technique

[0002] La demande de brevet allemand DE 195 32 412 Al décrit un tel dispositif destiné au prétraitement de la surface de pièces à fabriquer. Ce dispositif comporte en amont un boîtier avec un axe longitudinal, le long duquel une électrode de décharge est logée. Le boîtier comporte un orifice radial pour l'injection d'un gaz porteur permettant la création d'un tourbillonnement de ce gaz porteur le long de l'axe longitudinal. En aval du dispositif, une buse d'émission entourée d'une contre électrode définissant une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré est prévue. La buse d'émission est couplée au boîtier .

[0003] Lors d'une mise en service du dispositif de la DE 195 32 412 Al, un gaz porteur tel que l'air est injecté par l'orifice radial dans le boîtier et un courant électrique est appliqué à l'électrode de décharge et la contre électrode. Ainsi, une décharge électrique est générée qui résulte dans la création d'un arc électrique adapté à la génération d'un jet de plasma à partir du gaz porteur. Ce jet de plasma généré est émis par l'embouchure de la buse d'émission sur la surface d'une pièce à fabriquer pour le prétraitement de cette surface.

[0004] L' inconvénient du dispositif de la DE 195 32 412 Al est le nombre de composants nécessaires à sa fabrication. De plus, ce dispositif n'a qu'un champ d'application bien limité, car le jet de plasma généré n'a qu'une puissance de sortie limitée.

Divulgation de l'invention

[0005] La présente invention a pour but de proposer un nouveau dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur ayant un nombre de composants réduit et un champ d'application élargi.

[0006] Ce but est atteint par un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur, comportant une chambre de décharge ayant un axe longitudinal et une buse d'émission liée à ladite chambre de décharge, ladite buse d'émission étant pourvue d'une embouchure pour l'émission d'un jet de plasma généré. Ladite chambre de décharge et ladite buse d'émission ont une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma. Dans d'autres modes de réalisation le dispositif comprend plusieurs chambres de décharge et plusieurs buses d'émission. Ceci permet d'élargir la zone du traitement da la surface. Il est également possible d'utiliser plusieurs gaz porteurs provenant de plusieurs buses, c.à.d. chaque buse utilise un gaz différent afin de permettre l'exécution des opérations successives .

[0007] La présente invention permet donc d'élargir le champ d'application d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur en permettant d'augmenter ou de réduire la puissance de sortie d'un jet de plasma généré par un réglage adapté de la longueur de la chambre de décharge et de la buse d'émission du dispositif. [0008] Le dispositif selon l'invention comporte préférablement une électrode de décharge et une contre électrode associée, adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur. La contre électrode est préférablement réalisée par la buse d'émission et la décharge électrique est susceptible de créer un arc électrique nécessaire à la génération d'un jet de plasma entre l'électrode de décharge et l'embouchure de la buse d'émission. Des impulsions électriques de courtes durées sont applicables à l'électrode de décharge et la contre électrode. Les impulsions peuvent avoir différentes polarités, constantes ou variables, dans toutes les gammes de fréquence.

[0009] Ainsi, en utilisant la buse d'émission en tant que contre électrode, le nombre de composants nécessaires à la réalisation du dispositif peut avantageusement être réduit.

[0010] Selon un mode d'exécution de l'invention, l'électrode de décharge est arrangée sur l'axe longitudinal de la chambre de décharge et de manière déplaçable le long de cet axe afin de permettre un réglage de la longueur de la chambre de décharge et la buse d'émission. L'embouchure de la buse d'émission comporte préférablement un diamètre réglable en fonction de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma.

[0011] La présente invention permet donc un réglage rapide et. facile de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma par un réglage de la longueur de la chambre de décharge et de la buse d'émission et/ou un réglage du diamètre de l'embouchure de la buse d'émission.

[0012] De préférence, au moins un orifice radial est prévu permettant une injection du gaz porteur dans la chambre de décharge dans une direction approximativement perpendiculaire à l'axe longitudinal afin de créer un tourbillonnement du gaz porteur le long de l'axe longitudinal dans la direction de l'embouchure de la buse d'émission. Selon un mode d'exécution, au moins un orifice radial est réalisé de manière à permettre une accélération du gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.

[0013] Ainsi, la génération du jet de plasma à partir du gaz porteur peut avantageusement être améliorée.

[0014] Selon un mode d'exécution, le dispositif comporte au moins un orifice axial permettant l'injection d'un gaz réactif susceptible d'être malaxé avec le gaz porteur pour la génération du jet de plasma. L'orifice axial est préférablement adapté à permettre un tourbillonnement du gaz réactif le long de l'axe longitudinal dans la direction de l'embouchure de la buse d'émission.

[0015] La présente invention permet donc la création de différents jets de plasma ayant des caractéristiques et des champs d'application différents.

[0016] De préférence, le gaz porteur est de l'air.

[0017] Ainsi, un gaz porteur bien disponible et peu coûteux peut être utilisé .

[0018] Selon un mode d'exécution, l'embouchure de la buse d'émission est réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.

[0019] La présente invention permet donc un refroidissement rapide et efficace du jet de plasma à la sortie du dispositif.

[0020] L'embouchure de la buse d'émission comporte préférablement au moins une ouverture radiale permettant l'émission angulaire du jet de plasma.

[0021] Ainsi, un élargissement supplémentaire des champs d'application du jet de plasma généré est avantageusement possible .

Brève description des dessins

[0022] Les détails de réalisation et les avantages du dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon l'invention ressortiront de la description détaillée suivante des différents modes d'exécution, donnée à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés qui montrent schématiquement :

[0023] Fig. 1 une vue en coupe longitudinale d'une partie en aval d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un mode d'exécution de l'invention;

[0024] Fig. 2 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un mode d'exécution de l'invention;

[0025] Fig. 3 une vue en coupe transversale de la partie en amont du dispositif de la Fig. 2 selon un autre mode d'exécution;

[0026] Fig. 4 une vue schématique d'une distribution radiale de température mesurée dans la chambre de décharge et dans la buse d'émission selon Fig. 1 et 2;

[0027] Fig. 5 une vue schématique d'une distribution radiale d'une pression mesurée dans la chambre de décharge et dans la buse d'émission selon Fig. 1 et 2;

[0028] Fig. 6 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur et d'un gaz réactif selon un autre mode d'exécution de l'invention;

[0029] Fig. 7 une vue en coupe transversale de la partie en amont du dispositif de la Fig. 6;

[0030] Fig. 8 une vue en coupe longitudinale d'une partie en amont d'un dispositif pour la génération d'un jet de plasma à partir d'un gaz porteur selon un autre mode d'exécution, avec une électrode supplémentaire en face de l'électrode de décharge;

[0031] Fig. 9 et 10 des vues schématiques d'un fonctionnement exemplaire en régime à base d' impulsions courtes du courant électrique appliqué au dispositif des figures précédentes;

[0032] Fig. 11 et 12 des vues en coupe longitudinale d'embouchures préférables de la buse d'émission selon les figures précédentes ; [0033] Fig. 13 une vue schématique du dispositif des figures précédentes avec des orifices radiaux prévus à l'embouchure de la buse d'émission;

[0034] Fig. 14 une vue schématique d'un dispositif comprenant une multiplicité de chambres de décharge et des buses d'émission pour le traitement de la surface intérieure de tubes ayant un diamètre intérieur relativement grand;

[0035] Fig. 15 une vue schématique en coupe d'un dispositif selon les figures précédentes, adapté à titre d'exemple au traitement d'une surface intérieure d'un volume fermé;

[0036] Fig. 16 et 17 une vue schématique en coupe d'un dispositif exemplaire de redirection d'un jet de plasma généré pour un traitement de surfaces intérieures des objets sous forme d'anneau ou de tube;

[0037] Fig. 18 une vue schématique en coupe d'un dispositif exemplaire pour la redirection d'un jet de plasma généré permettant un traitement simultané de deux surfaces latérales d'un objet prédéterminé. Mode (s) de réalisation de l'invention

[0038] Dans la description détaillée suivante des dessins annexés, les éléments identiques sont désignés par des références d'identification identiques. De manière générale, ces éléments et leurs fonctionnalités sont décrits une seule fois pour raisons de brièveté et afin d'éviter des répétitions.

[0039] Fig. 1 illustre à titre d'exemple le côté en aval d'un dispositif 10 pour la génération d'un jet de plasma 11, comportant une chambre de décharge 12 ayant un axe longitudinal 13 et une buse d'émission 14 liée à la chambre de décharge 12. La buse d'émission 14 est pourvue d'une embouchure 15 pour l'émission du jet de plasma 11. Le dispositif 10 comporte en outre une électrode de décharge 16 et une contre électrode réalisée à titre d'exemple par la buse d'émission 14. Pour l'illustration, l'électrode de décharge 16 est réalisée sous forme d'une goupille arrangée sur l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12. L'électrode de décharge 16 et la contre électrode associée sont préférablement adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération du jet de plasma 11 par la création d'un arc électrique 17 entre l'électrode de décharge 16 et l'embouchure 15 de la buse d'émission 14. La génération du jet de plasma 11 se fait à partir d'un gaz porteur, tel que l'air, injecté dans la chambre de décharge 12, par exemple, par des orifices (par exemple 82 dans Fig. 8) prévus entre l'électrode de décharge 16 et la buse d'émission 14, comme illustré par des flèches 19.

Selon un mode d'exécution, la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 ont une longueur réglable en fonction d'une puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma 11. Autrement dit, la régulation de cette longueur permet la régulation de la longueur de l'arc électrique 17 et ainsi la régulation de la puissance de sortie du jet de plasma 11 généré. Pour ce faire, l'électrode de décharge 16 est arrangée selon un mode d'exécution de manière déplaçable le long de l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 afin de permettre un réglage indirect de la longueur de la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14.

Plus en détail, la puissance de sortie du jet de plasma 11 généré en appliquant un courant électrique fixe à l'électrode de décharge 16 et la contre électrode associée dépend de la chute de tension de l'arc électrique 17. Cette chute dépend directement de la longueur de décharge L de l'arc électrique 17, et donc de la longueur de la chambre de décharge 12 et de la buse d'émission 14, et de la pression d'un gaz porteur injecté dans le dispositif 10 comme illustré dans la Fig. 2. Ainsi, le changement de la longueur de la chambre de décharge 12 et de la buse 14 permet de régler la puissance mise dans le jet de plasma 11 avec la fixation des autres paramètres, notamment la pression du gaz porteur. [0042] Selon un mode d'exécution, l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 est réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma 11 d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. De plus, elle comporte préférablement un diamètre d' ouverture Dl réglable en fonction de la puissance de sortie prédéterminée du jet de plasma 11. Plus en détail, la régulation du diamètre Dl de l'embouchure 15 permet d'augmenter la chute de la tension de l'arc électrique et en conséquence d'augmenter la puissance mise dans le jet de plasma 11. Dans le cas d'un rétrécissement du diamètre Dl, une augmentation de la pression à l'intérieur de la chambre de décharge 12 et de la buse 14 apparaît. Ainsi, la régulation du diamètre Dl de l'embouchure 15 permet d'intensifier la pression hydrodynamique du jet de plasma 11 à l'embouchure 15.

[0043] Fig. 2 illustre à titre d'exemple un côté en amont du dispositif 10 de la Fig. 1. Comme l'illustre la Fig. 2, la buse d'émission 14 comporte un mur de clôture 22 pourvu d'une ouverture 24 susceptible de recevoir l'électrode de décharge 16 et au moins un orifice radial 25 ayant un diamètre d'ouverture D2. Celui-ci définit la vitesse du flux du gaz porteur et dans certaines limites aussi celle du jet de plasma 11. L'électrode de décharge 16 comporte selon un mode d'exécution un orifice axial 27.

[0044] L'orifice axial 27 est préférablement adapté pour l'injection d'un gaz réactif, par exemple le tétrafluorméthane (CF4), comme illustré par une flèche 23. L'au moins un orifice radial 25 est préférablement adapté pour l'injection d'un gaz porteur vers la surface intérieure 29 de la buse d'émission 14 réalisant la contre électrode, c'est-à-dire dans une direction approximativement perpendiculaire à l'axe longitudinal 13, comme illustré par une flèche 21. Ceci permet de créer un tourbillonnement circulaire du gaz porteur le long de cet axe longitudinal 13 dans la direction de l'embouchure (15 dans Fig. 1) de la buse d'émission 14, comme illustré par une flèche 26. Ce tourbillonnement est nécessaire à la stabilisation de l'arc électrique 17 sur toute sa longueur (L dans Fig. 1) et du jet de plasma 11 (Fig. 1) . Le gaz porteur est susceptible d'être malaxé avec le gaz réactif pour la génération du jet de plasma 11.

[0045] Fig. 3 illustre une vue sur le mur de clôture 22 du côté en amont du dispositif 10 de la Fig. 2 selon un autre mode d'exécution. Comme l'illustre la Fig. 3, plusieurs orifices radiaux 25 pour l'injection du gaz porteur sont prévus. Ainsi, une augmentation du flux total du gaz porteur dans la chambre de décharge (12 dans Fig. 2) peut être obtenue tout en préservant la vitesse de propagation du gaz dans la chambre.

[0046] De préférence, au moins un des orifices radiaux 25 est réalisé de manière à permettre une accélération du gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. Par exemple, un des orifices 25 peut avoir la forme d'une buse de Laval. Ainsi, un refroidissement net du gaz porteur peut être obtenu lors de son injection, permettant un refroidissement de l'électrode de décharge 16 et une réduction de son érosion.

[0047] Fig. 4 illustre une distribution radiale 40 de température T mesurée en dépendance du rayon r dans la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 selon les figures 1 et 2 lors de la génération du jet de plasma (11 dans Fig. 1 & 2) . Comme l'illustre la Fig. 4, un chauffage ohmique principal s'effectue le long de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) de la chambre de décharge 12 de Fig. 1 et 2.

[0048] Fig. 5 illustre une distribution radiale d'une pression P mesurée en dépendance du rayon r dans la chambre de décharge 12 et la buse d'émission 14 selon les figures 1 et 2 lors de la génération du jet de plasma (11 dans Fig. 1 & 2) . Comme l'illustre la Fig. 5, la pression P est réduite dans une zone de la chambre de décharge 12 qui se situe près de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) de la chambre de décharge 12 de Fig. 1 & 2 à l'insu du tourbillonnement circulaire (26 dans la Fig. 2) du gaz porteur le long de l'axe longitudinal (13 dans Fig. 1 & 2) . Ainsi, en introduisant ou injectant le gaz réactif à travers l'orifice axial (27 dans Fig. 2), ce dernier peut facilement être chauffé et les transformations nécessaires pour des réactions plasma chimiques subséquentes peuvent avoir lieu.

[0049] Fig. 6 illustre à titre d'exemple le côté en amont du dispositif 10 selon la Fig. 2, dans lequel un gaz réactif est introduit ou injecté par l'orifice axial 27 prévu dans l'électrode de décharge 16. Ce gaz réactif est préférablement injecté avec une turbulence propre illustrée par une flèche 61. Ainsi, deux flux à gaz tournant, c'est-à-dire le flux du gaz réactif et le flux du gaz porteur, le long de l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 assurent une stabilisation hydrodynamique et permettent un malaxage des gaz sur une grande longueur, c'est-à-dire la longueur L de la Fig. 1.

[0050] Fig. 7 illustre schématiquement une migration du point de départ 72 de l'arc électrique (17 dans Fig. 1, 2 & 6) . Comme le montre une flèche 74, ce point de départ 72 migre sur la circonférence de l'électrode de décharge 16 dans le sens des aiguilles d'une montre due aux flux des gaz tournants, c'est- à-dire du gaz réactif et du gaz porteur tourbillonnants comme illustré dans la Fig. 6. Ainsi, l'érosion de l'électrode de décharge 16 peut avantageusement être réduite en augmentant considérablement son temps de vie.

[0051] Fig. 8 montre le dispositif 10 de la Fig. 1 avec un mur de clôture 81 définissant pour l'illustration des orifices axiaux 82 avec l'électrode de décharge 16 pour l'injection du gaz porteur, comme expliqué à la Fig. 1. Axialement opposé à l'électrode de décharge 16, et donc en face de celle-ci, est arrangé une électrode supplémentaire 89 ayant une liaison électrique directe avec la chambre de décharge 12 et la buse d'émission (14 dans Fig. 1) selon un mode d'exécution. [0052] La disposition sur l'axe longitudinal 13 de la chambre de décharge 12 de l'électrode supplémentaire 89 augmente la stabilité de la décharge électrique et donc de l'arc électrique 17 et, donc, de sa longueur possible. De plus, l'électrode supplémentaire 89 permet au jet de plasma 11 de sortir de l'embouchure 15 sous différents angles par rapport à l'axe longitudinal 13.

[0053] Fig. 9 et 10 illustrent des impulsions électriques 90, 100 de courtes durées applicables à l'électrode de décharge 16 et la contre électrode 14 des figures 1, 2, 6 et 8 permettant un soi-disant «fonctionnement en régime d'impulsions courtes» du dispositif 10 de ces figures. L'application de ces impulsions électriques permet une augmentation du plasma hors équilibre en comparaison avec la génération du plasma lors d'un fonctionnement en régime continu, c'est-à-dire pendant l'application d'un courant continu aux électrodes, et l'accélération des réactions plasma chimiques. Comme le montrent les Fig. 9 et 10, les impulsions 90, 100 peuvent avoir différentes polarités, constantes ou variables, dans toutes les gammes de fréquence.

[0054] Fig. 11 et 12 illustrent deux différents modes d'exécution de l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 du dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8. Plus particulièrement, l'embouchure 15 peut être réalisée de manière à permettre une accélération du jet de plasma généré 11 d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique. Pour ceci, l'embouchure peut par exemple avoir une forme proche d'une buse de Laval, assurant ainsi un refroidissement net et rapide du jet de plasma 11 lors de sa sortie de la buse d'émission 14 et, en cas de besoin, un déplacement net de la température augmentée par les réactions plasma chimiques susmentionnées .

[0055] Fig. 13 montre un arrangement 130 illustrant le dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8, dans lequel l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 comporte au moins une ouverture radiale 132 permettant l'émission angulaire du jet de plasma 11 ou d'une partie de ce dernier.

[0056] Fig. 14 montre un arrangement 140 comportant pour l'illustration plusieurs chambres de décharge 12 et des buses d'émission 14 associées, qui génèrent différents jets de plasma 11. Un traitement d'une surface intérieure 133 (Fig. 13) d'un objet étendu 135, tel qu'un tube ou un anneau, peut alors être effectué en déplaçant les différents jets de plasma générés 11 par rapport à la surface 133, comme illustré par une flèche 149. Ainsi, une zone de traitement de la surface intérieure 133 des objets étendus 135 peut être élargie permettant, par exemple, des exécutions successives des opérations technologiques suivantes: un nettoyage de la surface 133, son activation, ou une déposition du plasma transporté par le jet de plasma 11 sur la surface 133 afin de créer une couche fonctionnelle ou décorative.

[0057] Fig. 15 montre un arrangement 150 illustrant un traitement d'une surface intérieure 153 d'un volume fermé 154 d'un boîtier 155 avec le dispositif 10 selon les figures 1, 2, 6 et 8 comportant des ouvertures radiales 132 dans l'embouchure 15 de la buse d'émission 14 selon la Fig. 13. Pour comprendre le fonctionnement de l'arrangement 150, il faut savoir que des radicaux libres et d'autres particules sorties du jet de plasma 11 gardent leur énergie pendant un certain temps. Ceci permet après l'introduction du jet de plasma 11 dans le volume fermé 154 en utilisant le dispositif 10, par exemple une activation de la surface intérieure 153. Pour cela, il suffit de donner au gaz actif 159 généré par le jet de plasma 11 un temps suffisant pour interagir avec la surface intérieure 153. De plus, l'utilisation de l'azote au lieu de l'air en tant que gaz porteur intensifie l'effet du traitement par le gaz actif 159, car les radicaux actifs libres de l'azote ont une durée de vie beaucoup plus élevée que les radicaux libres de l'oxygène contenu dans l'air. [0058] Fig. 16 montre un arrangement 160 comportant un objet 162, tel qu'un tube ou un anneau, ayant une surface intérieure à traiter 164 et un objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 émit par le dispositif 10 tel que décrit ci-dessus en faisant référence aux figures 1 à 15 vers la surface 164.

L'objet 165 est réalisé sous forme de cône et positionné approximativement sur l'axe de l'objet 162. L'objet 165 est adapté à rediriger le jet de plasma 11 vers la surface 164 de l'objet 162 afin d'augmenter un angle d'attaque correspondant du jet de plasma 11. Pour l'augmentation de l'angle d'attaque du jet de plasma 11, la surface extérieure de l'objet 165 peut avoir une forme quasiment hyperbolique.

[0059] Selon un mode d'exécution, lors du fonctionnement du dispositif 10 le jet de plasma 11 arrive sur l'objet 165 qui le redistribue de manière régulière sur la surface à traiter

164 selon sa circonférence. Pour le traitement p. e. des tubes longs, le dispositif 10 et l'objet 165 se déplacent ou ensemble ou l'un par rapport à l'autre, comme illustré par une flèche 169.

[0060] Fig. 17 montre un arrangement 170 qui est une variante de l'arrangement 160 de la Fig. 16 et dans lequel la connexion électrique de l'objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 et celle de la buse d'émission 14, c'est-à-dire de la contre électrode, est une connexion de masse. De préférence, l'objet 165 et l'électrode de décharge 16 sont disposés sur l'axe longitudinal 13 de la buse d'émission 14. Ainsi, l'arc électrique 17 peut s'étirer de l'électrode de décharge 16 jusqu'à l'objet 165 en déplaçant la zone de la génération des particules du jet de plasma 11 vers la surface à traiter 164 en augmentant son efficacité.

[0061] Fig. 18 montre un arrangement 180 qui est une variante de l'arrangement 170 de la Fig. 17, dans lequel l'objet 165 pour la redirection du jet de plasma 11 est réalisé sous forme de prisme et l'objet 162 ayant la surface intérieure à traiter 164 est réalisé par deux planches 182, 184 ayant deux faces latérales à traiter 183, 185. Dans cet arrangement 180, il est possible de diriger le jet de plasma 11 sur un côté du prisme 165 afin de traiter uniquement la surface d'une des planches

182, 184. Par exemple, le jet de plasma 11 peut être dirigé sur un côté 189 du prisme 165 et ainsi traiter uniquement la surface latérale 185 de la planche 184. Afin d'augmenter l'angle d'attaque du jet de plasma 11, la coupe transversale du prisme 165 peut avoir une forme quasiment hyperbolique. Notez aussi que lors d'un traitement des surfaces latérales

183, 185, les planches 182, 184 et le prisme 165 peuvent être déplacés relativement l'un par rapport à l'autre dans deux plans respectifs, comme illustré par des flèches 187, 188.

[0062] À titre indicatif, divers exemples de réalisation du dispositif pour la génération d'un jet de plasma selon l'invention sont donnés ci-dessous.

[0063] Exemple 1:

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 1.

Paramètres :

• source d'énergie courant continue

• courant électrique appliqué 1 A

• gaz porteur air

• débit du gaz porteur 50 1/min

• pression extérieure atmosphérique

• diamètre d' électrode de décharge 3 , 2 mm

• diamètre de la chambre de décharge 7 mm

• diamètre de l'embouchure de la buse 2 , 2 mm

• longueur d'une première buse utilisée 60 mm

• longueur d'une seconde buse utilisée 110 mm

Résultat: La puissance consommée par le plasma lors de

1 ' utilisation de la première buse est de 1500 W, avec la seconde buse de 2300 W. Ainsi, l'allongement de la buse augmente la puissance consommée par le plasma.

[0064] Exemple 2: Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 1 Paramètres :

• source d'énergie courant continue

• courant électrique appliqué 1 A

• gaz porteur air

• débit du gaz porteur 50 1/min

• pression extérieure atmosphérique

• diamètre d' électrode de décharge 3 , 2 mm

• diamètre de la chambre de décharge 7 mm

• diamètre de l'embouchure d'une première buse utilisée 2 , 2 mm

• diamètre de l'embouchure d'une seconde buse utilisée 2,0 mm

• longueur des première et seconde buses utilisée 60 mm

Résultat : La puissance consommée par le plasma lors de l'utilisation de la première buse est de 1500 W, avec la seconde buse de 1700 W. Ainsi, la diminution du diamètre de l'embouchure de la buse augmente la puissance consommée par le plasma. La pression mesurée dans la première buse est d'environ 4,5 bar et dans la seconde buse d'environ 5 bar. Exemple 3:

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon les figures 2 et 6.

Paramètres :

• source d'énergie courant alternatif 24 kHz

• courant électrique appliqué 1,5 A

• gaz porteur azote

• débit du gaz porteur 25 1/min

• gaz réactif CF4

• débit du gaz réactif 0,2 1/min

• pression extérieure atmosphérique

diamètre d' électrode de décharge 4 mm • diamètre de l'orifice axial dans l'électrode de décharge 1 , 5 mm

• diamètre de la chambre de décharge 7 mm

• diamètre de l'embouchure de la buse utilisée 2,2 mm

• longueur de la buse utilisée 60 mm

• quantité d'orifices radiaux pour l'injection du gaz porteur 2

Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de gravures d'une couche photorésistante.

[0066] Exemple 4:

Cet exemple utilise le dispositif 10 en mode d'opération selon les figures 9 et 10.

Paramètres :

• source d'énergie courant à impulsions courtes

• courant électrique des impulsions 2,0 A

• fréquence des impulsions variable, 50 à 2000 Hz

• durée des impulsions variable, 5 à 95%

• courant électrique continu appliqué 0,1 A

• gaz porteur air

• débit du gaz porteur 40 1/min

• pression extérieure atmosphérique Résultat: Cette configuration avec fonctionnement en régime d'impulsions courtes permet d'obtenir une augmentation de la vitesse et du niveau d'activation d'une surface à traiter comparé à l'utilisation du courant électrique continue susceptible de provoquer une consommation d'énergie identique.

[0067] Exemple 5:

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 12. Paramètres :

• source d'énergie courant continu

• courant électrique appliqué 1,5 A

• gaz porteur air

• débit du gaz porteur 80 1/min

• pression extérieure atmosphérique • diamètre extérieur de la buse utilisée 4 mm

• quantité d'orifices radiaux dans l'embouchure de la buse utilisée 8

• diamètre de chacun de ces orifices 1,2 mm

· diamètre intérieur des tubes à traiter variable, 30 à

50 mm

• vitesse relative de balayage variable, 50 à 500 mm/ s

Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de nettoyages et d' activation ( s ) de la surface intérieure des tubes à traiter.

[0068] Exemple 6:

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 13. Paramètres :

· source d'énergie courant continu courant électrique appliqué par jet de plasma 1,5 A gaz porteur air débit du gaz porteur par jet de plasma 50 1/min pression extérieure atmosphérique · diamètre extérieur de la buse utilisée 20 mm quantité de buses utilisées 12 diamètre intérieur des tubes à traiter 1420 mm distance entre les buses utilisées sur la longueur du tube à traiter 20 mm

· vitesse de rotation 6 t/min

vitesse linéaire relative de balayage 1,44 m/min

Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession de nettoyages fins et d' activation ( s ) de la surface intérieure des tubes à traiter.

[0069] Exemple 7:

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 13. Paramètres :

• source d'énergie courant continue

• courant électrique appliqué par jet de plasma 1,5 A quantité des buses utilisées 3

pression extérieure atmosphérique premier gaz porteur air

débit du premier gaz porteur 50 1/min second gaz porteur N2 (92%) / H2 (8%) débit du second gaz porteur 20 1/min troisième gaz porteur + réactif N2 + vapeur de HMDSO débit du troisième gaz porteur 20 1/min vitesse linéaire relative de balayage 12 m/min

Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une succession d'opérations technologiques en un cycle: un nettoyage fin et une activation d'une surface à traiter, ainsi qu'une réduction d'oxydes et une déposition d'une couche mince de SiOx sur cette surface.

[0070] Exemple 8 :

Cet exemple utilise le dispositif 10 réalisé selon la Fig. 14. Paramètres :

source d'énergie courant alternatif courant électrique appliqué 1,5 A

· gaz porteur air

débit du gaz porteur 40 1/min pression extérieure atmosphérique durée d'impulsions 0,6 s

volume fermé à traiter bouteille, 0,5 1 · quantité d'impulsions par bouteille 3

durée de pause avant soufflage par air 2 min Résultat: Cette configuration permet d'obtenir une activation de la surface intérieure de la bouteille par le plasma et le gaz actif correspondant qui reste dans la bouteille pendant 2 min. L'énergie de la surface peut être augmentée de 35 à 38 mN/m avant le traitement par plasma jusqu'à 56 à 72 mN/m.

[0071] Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière, elle est susceptible de modifications ou adaptations sans sortir de son cadre.

Claims

Revend!cations

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

Dispositif selon la revendication 1, comportant une électrode de décharge et une contre électrode associée adaptées à générer une décharge électrique permettant la génération dudit jet de plasma à partir dudit gaz porteur.

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ladite contre électrode est réalisée par ladite buse d'émission, ladite décharge électrique étant susceptible de créer un arc électrique nécessaire à la génération dudit jet de plasma entre l'électrode de décharge et ladite embouchure de ladite buse d'émission.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite électrode de décharge est arrangée sur l'axe longitudinal de ladite chambre de décharge et de manière déplaçable le long de cet axe afin de permettre un réglage de ladite longueur de ladite chambre de décharge et ladite buse d' émission .

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission comporte un diamètre réglable en fonction de ladite puissance de sortie prédéterminée dudit jet de plasma. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un orifice radial est prévu permettant une injection dudit gaz porteur dans ladite chambre de décharge dans une direction approximativement perpendiculaire au dit axe longitudinal afin de créer un tourbillonnement du gaz porteur le long dudit axe longitudinal dans la direction de ladite embouchure de ladite buse d'émission.

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un orifice radial est réalisé de manière à permettre une accélération dudit gaz porteur d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique.

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un orifice axial permettant l'injection d'un gaz réactif susceptible d'être malaxé avec ledit gaz porteur pour la génération dudit jet de plasma.

Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ledit orifice axial est adapté à permettre un tourbillonnement dudit gaz réactif le long du dit axe longitudinal dans la direction de ladite embouchure de ladite buse d'émission.

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit gaz porteur est de l'air.

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission est réalisé de manière à permettre une accélération dudit jet de plasma d'une vitesse subsonique à une vitesse approximativement supersonique . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite embouchure de ladite buse d'émission comporte au moins une ouverture radiale permettant l'émission angulaire dudit jet de plasma.

Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs chambres de décharge et des buses d'émission.