專利名稱：具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于等離子體應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體 裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體裝置無論是真空狀態(tài)下的輝光放電型，或是大氣狀態(tài)下的 電暈防電型，普遍存在等離子體區(qū)中的等離子體密度不高的問題。如何提高等離子體 區(qū)內(nèi)等離子體的密度，從而提高等離子體的應(yīng)用性能和效果， 一直是本領(lǐng)域中倍受關(guān) 注的課題。
發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題
提供一種具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，能將等離子體約束在一定的磁場區(qū) 域內(nèi)，提高等離子體區(qū)內(nèi)等離子體的密度，從而提高等離子體的應(yīng)用性能和效果。 采用的技術(shù)方案-
具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，具有等離子體裝置的基本結(jié)構(gòu)組成，包括驅(qū) 動電源、電極及機(jī)架，以及裝在機(jī)架上的帶動被等離子體作用的基材連續(xù)或間歇式通 過等離子體區(qū)的機(jī)構(gòu)，其特征在于還具有能將等離子體約束在一定的磁場區(qū)域內(nèi)， 提高等離子體區(qū)內(nèi)等離子體密度的磁場增強(qiáng)裝置，所述磁場增強(qiáng)裝置主要是以永久性 磁體組成的磁塊組合體，并且固定在相應(yīng)配套的支架上，支架裝在機(jī)架上；磁場增強(qiáng) 裝置引入磁場的強(qiáng)度為10~1000mT。
有益效果
由于等離子體被約束在一定的磁場區(qū)域內(nèi)，因而能提高等離子體區(qū)內(nèi)等離子體的
密度；用于真空放電裝置，如等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)裝置，以化學(xué)單體的 氣體組分為工作氣體，可在基材表面沉積聚合成具有納米級厚度的納米薄膜，所述納 米薄膜致密度高、阻隔氣體分子性能好，不易脫落，所述納米薄膜功能優(yōu)異，應(yīng)用廣 泛；用于大氣放電裝置，依據(jù)等離子體裝置，尤其是放電電極結(jié)構(gòu)的不同，可用于對 物料的改性處理，或者用于對物體表面的改性處理；能提高等離子體的應(yīng)用性能和效. 果，并且速度快。

圖1、具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖2、與弧型電極配套對應(yīng)的弧狀磁塊組合體12的結(jié)構(gòu)示意圖3、與平板型電極配套對應(yīng)的平板狀磁塊組合體12的結(jié)構(gòu)示意圖4、磁塊組合體12的磁塊排組結(jié)構(gòu)示意圖，
(a) 磁塊的N-S兩極以電極的縱向延伸而縱向排列；
(b) 磁塊的N-S兩極以電極的橫向延伸而橫向排列；具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖進(jìn)一步祥加說明；
所述磁場增強(qiáng)裝置中的磁塊組合體12的結(jié)構(gòu)為，與相應(yīng)的電極結(jié)構(gòu)配套對應(yīng)，如 圖1所示，對轉(zhuǎn)輥狀電極型的左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3而言，其配套對應(yīng)的磁塊組合體12 為在左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3的上方和/或下方具有的以轉(zhuǎn)輥電極的軸向延伸而呈帶開口的 筒狀體——即外磁塊組合體13，同時在左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3的內(nèi)腔里具有與外磁塊組 合體13相對應(yīng)的內(nèi)磁塊組合體14;或者如圖2所示，對弧狀電極型的上、下弧型電極 22、 23而言，其配套對應(yīng)的磁塊組合體12為在上弧型電極22之上的上弧狀磁塊組合 體24，及在下弧型電極23之下的下弧狀磁塊組合體25;或者如圖3所示，對平板狀 電極型的上、下平板型電極26、 27而言，其配套對應(yīng)的磁塊組合體12為在上平板型 電極26之上的上平板狀磁塊組合體28，及在下平板型電極27之下的下平板狀磁塊組 合體29:圖中黑點(diǎn)聚集區(qū)示為等離子體區(qū)4。
如圖4所示，磁塊組合體12中的磁塊排組規(guī)則為，依據(jù)磁塊間N、 S兩極異性相 吸原理緊密吸合、縱列橫行N、 S相間式排組在一起；如圖4 (a)所示，各磁塊的N-S 兩極以電極的縱向(圖中O—O'所示方向)延伸而縱向排列，縱列中各磁塊等寬m, 橫行中各磁塊N-S兩極等長L,各磁塊的厚度為S;或者如圖4 (b)所示，各磁塊的 N々兩極以電極的橫向(圖中S—S'所示方向)延伸而橫向排列，縱列中各磁塊N-S 兩極等長L,橫行中各磁塊等寬m，各磁塊的厚度為S;各磁塊的厚度S相等為好， 一般磁塊選用規(guī)格為LXraX 5=100X50X20mm。 。
如圖1所示，所述具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，為真空輝光放電型的等離 子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)裝置，具有真空室l、工作氣體引入機(jī)構(gòu)，其特征在于 還具有帶動柔性薄膜基材連續(xù)巻繞式通過等離子體區(qū)的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有裝在真空室1 外的承載薄膜基材5的基材轉(zhuǎn)輥6，薄膜基材5，經(jīng)1號中間轉(zhuǎn)輥8，并經(jīng)左轉(zhuǎn)輥電極 2拖帶進(jìn)入真空室1，通過等離子體區(qū)4后出真空室1，然后經(jīng)2#中間轉(zhuǎn)輥9后再次返 回并穿過真空室l,之后，再經(jīng)3號中間轉(zhuǎn)輥10，并經(jīng)右轉(zhuǎn)輥電極3拖帶再次進(jìn)入真 空室l,并再次通過等離子體區(qū)4后再出真空室1，再經(jīng)4號中間轉(zhuǎn)輥11，最后巻繞在 成品轉(zhuǎn)輥7上；磁場增強(qiáng)裝置中的磁塊組合體12,為在左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3的上方和 /或下方具有的以轉(zhuǎn)輥電極軸向延伸而呈帶開口的筒狀體——即外磁塊組合體13，同時 在左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3的內(nèi)腔里具有與外磁塊組合體13相對應(yīng)的內(nèi)磁塊組合體14， 外、內(nèi)磁塊組合體13、 14分別排組固定在相應(yīng)配套的外、內(nèi)支架15、 16上，夕卜、內(nèi) 支架15、 16均裝在機(jī)架上；工作氣體引入機(jī)構(gòu)為，盛放化學(xué)單體用的密閉容器17裝 在真空室1外，并通過引入管18與真空室1連通；載氣則通過間接導(dǎo)管19與密閉容
器17連通，同時還具有引入其他工作氣體的組分(如氧氣)所需的直接導(dǎo)管20與真 空室1直接連通；左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3可同時接驅(qū)動電源21的兩個輸出端，也可一 個接地，另一個接輸出端，左、右轉(zhuǎn)輥電極2、 3也可以是雙套或多套并行；薄膜基材 5，往返于真空室1及通過等離^體區(qū)4的路徑，可通過調(diào)整中間轉(zhuǎn)輥的數(shù)量及在機(jī)架 上的安裝位置而調(diào)整。
如圖1所示的具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體化學(xué)氣相沉積裝置中，所述工作氣體 為化學(xué)單體材料氣化后的氣相組分，還可含有其他組分，如氧氣，工作氣體放電后，
可在基材表面沉積形成功能納米保護(hù)薄膜，如有機(jī)硅化學(xué)單體，六甲基二硅氧垸 (C6H18OSi2)或四甲基二硅氧垸(C4H14OSU)，可自揮發(fā)式或以載氣攜帶式進(jìn)入真空 室1，放電后在薄膜基材5的表面快速沉積聚合而形成具有優(yōu)異功能的有機(jī)硅納米薄膜， 該種薄膜的其厚度為l-1000mn，對氧氣的透過率小于50ml/cm2/24h，對水蒸汽的透過 率為小于10g/m2/24h;也可直接使用其他氣體作為工作氣體，沉積具有不同功能特性 的納米薄膜，基材通過有效等離子體區(qū)的時間——即放電時間為2~200秒；真空室的 放電氣壓為0.05 20Pa;等離子體驅(qū)動電源頻率為1KH2M3.56MHZ。 磁場增強(qiáng)裝置引入的磁場強(qiáng)度一般為50~500mT。
載氣——即在等離子體化學(xué)氣相沉積裝置中攜帶引入化學(xué)單體的氣體組分進(jìn)入真 空室的氣體，如氬氣、氦氣。
以SG—3—A型數(shù)字特斯拉計(jì)測量引入磁場的強(qiáng)度，測量位置在兩電極之間的中 央?yún)^(qū)域，引入磁場的強(qiáng)度越高，則越有利于增強(qiáng)放電的強(qiáng)度，有利于等離子體的產(chǎn)生， 并有利于將等離子體約束在一定的磁場區(qū)域內(nèi)。
以真空輝光放電裝置為例，普通真空輝放放電裝置中，等離子體區(qū)內(nèi)等離子體的 密度為1.0xl0、1.0xl0^nA本發(fā)明的真空輝光放電裝置中、等離子體區(qū)內(nèi)等離子體的 密度為1.0xl010~1.0xl0"/cm3。
所述等離子體區(qū)，是指放電產(chǎn)生正、負(fù)電荷相等的氣體放電區(qū)域。
所述有效等離子體區(qū)，是指磁場增強(qiáng)裝置的磁力主要集中作用的等離子體區(qū)，該 區(qū)內(nèi)氣體放電產(chǎn)生的電子、離子的密度等于或大于1.0xl0lfl~1.0xlO"/Cm3。
所述"約束"，是指磁場將放電產(chǎn)生的正、負(fù)電荷約束集中在一定的磁場區(qū)域內(nèi)， 避免或減少等離子體的"外逸"，并對氣體放電有增強(qiáng)的作用，從而提高等離子體區(qū)內(nèi) 等離子體的密度。
權(quán)利要求1、具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，具有等離子體裝置的基本結(jié)構(gòu)組成，包括驅(qū)動電源、電極及機(jī)架，以及裝在機(jī)架上的帶動被等離子體作用的基材連續(xù)或間歇式通過等離子體區(qū)的機(jī)構(gòu)，其特征在于還具有能將等離子體約束在一定的磁場區(qū)域內(nèi)，提高等離子體區(qū)內(nèi)等離子體密度的磁場增強(qiáng)裝置，所述磁場增強(qiáng)裝置主要是以永久性磁體組成的磁塊組合體，并且固定在相應(yīng)配套的支架上，支架裝在機(jī)架上；磁場增強(qiáng)裝置引入磁場的強(qiáng)度為10～1000mT。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，其特征在于磁塊 組合體(12)的結(jié)構(gòu)為，與相應(yīng)的電極結(jié)構(gòu)配套對應(yīng)，對轉(zhuǎn)輥狀電極型的左、右轉(zhuǎn)輥 電極(2)、 (3)而言，其配套對應(yīng)的磁塊組合體(12)為在左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、 (3) 的上方和/或下方具有的以轉(zhuǎn)輥電極的軸向延伸而呈帶開口的筒狀體——即外磁塊組合 體(13)，同時在左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、 (3)的內(nèi)腔里具有與外磁塊組合體(13)相對 應(yīng)的內(nèi)磁塊組合體(14);對弧狀電極型的上、下弧型電極(22)、 (23)而言，其配套 對應(yīng)的磁塊組合體(12)為在上弧型電極(22)之上的上弧狀磁塊組合體(24),及在 下弧型電極(23)之下的下弧狀磁塊組合體(25);對平板狀電極型的上、下平板型電 極(26)、 (27)而言，其配套對應(yīng)的磁塊組合體(12)為在上平板型電極(26)之上 的上平板狀磁塊組合體(28),及在下平板型電極(27)之下的下平板狀磁塊組合體(29)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，其特征在于磁塊 組合全中的磁塊排組規(guī)則為，依據(jù)磁塊間N、 S兩極異性相吸原理緊密吸合、縱列橫行. N、 S相間式排組在一起；各磁塊的N-S兩極以電極的縱向延伸而縱向排列，縱列中各 磁塊等寬(m),橫行中各磁塊N-S,兩極等長(L)，各磁塊的厚度為(S);或者，各 磁塊的N-S兩極以電極的橫向延伸而橫向排列，縱列中各磁塊N-S兩極等長(L),橫 行中各磁塊等寬(ra),各磁塊的厚度為(5 )。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，為真空輝光放電型 的等離子體化學(xué)氣相沉積裝置，具有真空室(1)、工作氣體引入機(jī)構(gòu)，其特征在于 還具有帶動柔性薄膜基材連續(xù)巻繞式通過等離子體區(qū)的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有裝在真空室(1) 外的承載薄膜基材(5)的基材轉(zhuǎn)輥(6),薄膜基材(5)，經(jīng)l號中間轉(zhuǎn)輥(8)， 并經(jīng)左轉(zhuǎn)輥電極(2)拖帶進(jìn)入真空室(1)，通過等離子體區(qū)(4)后出真空室(1)， 然后經(jīng)2號中間轉(zhuǎn)輥(9)后再次返回并穿過真空室(1)，之后，再經(jīng)3號中間轉(zhuǎn)輥(10), 并經(jīng)右轉(zhuǎn)輥電極(3)拖帶再次進(jìn)入真空室(1)，并再次通過等離子體區(qū)(4)后再出 真空室(1)，再經(jīng)4號中間轉(zhuǎn)輥(11)，最后巻繞在成品轉(zhuǎn)輥(7)上；磁場增強(qiáng)裝置 中的磁塊組合體(12)，為在左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、 (3)的上方和/或下方具有的以轉(zhuǎn)輥 電極軸向延伸而呈帶開口的筒狀體一即外磁塊組合體(13),同時在左、右轉(zhuǎn)輥電極(2) 、 (3)的內(nèi)腔里具有與外磁塊組合體(13)相對應(yīng)的內(nèi)磁塊組合體(14)，夕卜、內(nèi)磁塊組合體(13)、 (14)分別排組固定在相應(yīng)配套的外、內(nèi)支架(15)、 (16)上，夕卜、 內(nèi)支架(15)、 (16)均裝在機(jī)架上；工作氣體引入機(jī)構(gòu)為，盛放化學(xué)單體用的密閉容 器(17)裝在真空室(1)外，并通過引入管(18)與真空室(1)連通；載氣則通過 間接導(dǎo)管(19)與密閉容器(17)連通，同時還具有引入其他工作氣體組分所需的直 接導(dǎo)管(20)與真空室(1)直接連通；左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、 (3)可同時接驅(qū)動電源(21)的兩個輸出端，也可一個接地，另一個接輸出端，左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、 (3) 也可以是雙套或多套并行；薄膜基材(5)，往返于真空室(1)及通過等離子體區(qū)(4) 的路徑，可通過調(diào)整中間轉(zhuǎn)輥的數(shù)量及在機(jī)架上的安裝位置而調(diào)整。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置，其特征在于磁塊 組合全中的磁塊排組規(guī)則為，依據(jù)磁塊間N、 S兩極異性相吸原理緊密吸合、縱列橫行 N、 S相間式排組在一起；各磁塊的N-S兩極以電極的縱向延伸而縱向排列，縱列中各 磁塊等寬(m),橫行中各磁塊N-S兩極等長(L),各磁塊的厚度為(S );或者，各 磁塊的N-S兩極以電極的橫向延伸而橫向排列，縱列中各磁塊N-S兩極等長(L),橫 行中各磁塊等寬(m)，各磁塊的厚度為(S )。
專利摘要具有磁場增強(qiáng)裝置的等離子體裝置屬于等離子體應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，用于提高等離子體區(qū)內(nèi)等離子體的密度；采用磁場增強(qiáng)裝置，將等離子體約束在一定的磁場區(qū)域內(nèi)；磁場增強(qiáng)裝置為與電極結(jié)構(gòu)配套的永久性磁體組成的磁塊組合體(12)，引入磁場的強(qiáng)度為10～1000mT；在適宜基材連續(xù)卷繞工藝的等離子體化學(xué)氣相沉積裝置中，磁塊組合體(12)，由與左、右轉(zhuǎn)輥電極(2)、(3)相應(yīng)的外、內(nèi)磁塊組合體(13)、(14)組成；有益效果，用于等離子體化學(xué)氣相沉積，可于基材表面沉積聚合成納米級厚的功能保護(hù)膜，致密度高，阻隔性好；用于大氣放電裝置，對物料改性處理及對物體表面改性處理；能提高等離子體的應(yīng)用性能和效果，并且速度快。
文檔編號H05H1/10GK201066954SQ20072016992
公開日2008年5月28日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者付亞波, 孫運(yùn)金, 張躍飛, 楊麗珍, 強(qiáng) 陳 申請人:北京印刷學(xué)院