一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法，屬于等離子體技術領域。該裝置中，在真空室的頂部或側面安裝圓柱形放電腔；放電腔外部安裝電磁線圈或永久磁鐵；放電腔遠離真空室的一端安裝有微波源，在真空室內放置待處理的基材；通入載體氣體和單體蒸汽；微波源產生的微波在放電腔內與電磁線圈或永久磁鐵的磁場共同作用發生放電，使單體發生聚合并沉積在基材表面形成聚合物涂層，微波源連續輸出微波進行等離子體態聚合表面涂層，微波源斷續輸出微波進行等離子體引發聚合表面涂層。通過本發明專利技術的裝置及方法通入的載體氣體壓力低，單體擴散良好，從而使得制備的等離子體聚合表面涂層更加均勻。

Magnetic field microwave discharge plasma polymerization surface coating device and method

The invention relates to a magnetic field microwave discharge plasma polymerization surface coating device and a method thereof, belonging to the plasma technology field. In the device, in a vacuum chamber at the top or side mounted cylindrical discharge chamber; installation of electromagnetic coil or permanent magnet external discharge cavity; the discharge cavity end away from the vacuum chamber equipped with a microwave source, placing a substrate to be processed in a vacuum chamber; the carrier gas and steam monomer; microwave source discharge occurs in interaction of discharge chamber with the electromagnetic coil or permanent magnet magnetic field, the monomer to polymerize and deposited polymer coating on the substrate surface by plasma polymerization, surface coating of microwave source continuous output microwave, microwave source of discontinuous microwave output of plasma polymerization coating. Through the device and the method of the invention, the carrier gas passing through is low and the monomer diffusion is good, thus the prepared plasma polymerized surface coating is more uniform.

【技術實現步驟摘要】
一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法
本專利技術屬于等離子體
，具體涉及到一種等離子體聚合表面涂層裝置及方法。
技術介紹
等離子體聚合是利用放電把有機類氣態單體等離子體化，使其產生各類活性種，由這些活性種之間或活性種與單體之間進行加成反應形成聚合物的方法。等離子體聚合可分為等離子體態聚合和等離子體引發聚合兩種形式，它們的區別是：等離子體態聚合整個反應過程中單體完全暴露于等離子體環境，而等離子體引發聚合中氣體只在短時間內通過輝光放電形成的等離子體,使單體蒸氣發生氣相反應生成活性中心，引發單體蒸氣在長時間無等離子體的后續過程中進行聚合反應。等離子體態聚合與等離子體引發聚合有各自的優缺點。幾乎所有的單體都可以發生等離子體態聚合，但等離子體態聚合產物存在結構復雜，反應重現性差，處理效果隨時間衰減等問題。另一方面，等離子體引發聚合方式可以較少破壞單體的結構，保留單體優良性能，使聚合產物結構較為單一，易于形成線性大分子產物，還能夠通過與材料表面發生接枝反應增強表面的附著力，使涂層效果不隨時間衰減，但只有特定的單體能夠發生等離子體引發聚合。等離子體態聚合與等離子體引發聚合在不同方面有各自的應用價值。等離子體態聚合一般通過連續輝光放電實現，這為相關領域技術人員所熟知。現有的等離子體引發聚合技術通過脈沖調制高頻輝光放電實現。例如文獻《表面涂層》(CN1190545C)公開了一種疏水和/或疏油基材，其中包括利用脈沖調制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法；文獻《通過低壓等離子體工藝施加保形納米涂層的方法》(CN201180015332.1)也涉及利用脈沖調制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法。這些現有技術，無論是等離子體態聚合技術還是等離子體引發聚合技術，都需要充入1-1000Pa的載體氣體來維持放電，其缺點是：所充入的載體氣體壓力較高，單體擴散不良，從而造成批處理涂層均勻性不良。對于實際工業應用，批處理涂層的均勻性是衡量產品質量的一項重要指標。隨著目前聚合物涂層應用的擴展，涂層均勻性要求越來越高，現有技術已不能滿足這些應用對涂層均勻性的要求。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置及方法，以解決現有技術載體氣體壓力較高，單體擴散不良，從而造成批處理涂層均勻性不良的問題。本專利技術所采用的技術方案如下：一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：在真空室的頂部或側面安裝圓柱形放電腔；放電腔外部安裝電磁線圈或永久磁鐵；放電腔遠離真空室的一端安裝有微波窗口，微波窗口與微波波導一端連接，微波波導另一端連接微波源；載體氣體管路一端連接載體氣體源，另一端連接放電腔，并在放電腔遠離真空室的一端開口；單體蒸汽管路一端連接單體蒸汽源，另一端連接真空室并在真空室內靠近放電腔處開口；真空排氣管設置在真空室遠離放電腔的一側，且連接真空泵。所述放電腔的直徑為13cm-20cm，材質為金屬。所述微波源產生的微波頻率為0.3-6GHz。所述微波源能夠連續輸出微波或斷續輸出微波，微波源斷續輸出微波時，微波輸出時間為2-100μs，微波中斷時間為1-100ms。所述電磁線圈或永久磁鐵的磁感應強度B(T)滿足公式B(T)＝0.0357f(GHz)，其中f(GHz)是微波頻率；滿足上述公式的磁場和微波的作用下，電子回旋運動頻率等于微波頻率，電子對微波電場能量吸收效率最高。一種利用所述的磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置進行表面涂層的方法，其特征在于：主要包括以下步驟：(1)、在真空室內放置待處理的基材，在常溫下開啟真空泵，將真空室及放電腔內真空度抽到10-4-10-3Pa；(2)、打開載體氣體源和單體蒸汽源，通入載體氣體和單體蒸汽，維持真空室及放電腔內的真空度為10-2-1Pa；(3)、打開微波源，微波源產生的微波與電磁線圈或永久磁鐵的磁場在放電腔內共同作用發生放電，使單體蒸汽發生聚合并沉積在基材表面形成聚合物涂層；微波源連續輸出微波進行等離子體態聚合表面涂層，微波源斷續輸出微波進行等離子體引發聚合表面涂層。所述步驟(2)中的載體氣體為氬氣或氦氣中的一種或兩種的混合物，氣壓在10-2-1Pa之間。本專利技術的上述技術方案與現有技術相比具有以下優點：現有技術利用電極間電場直線加速電子使氣體電離。由于電子加速區間為電極間距，距離短，為了達到電離所需的碰撞概率，氣壓不能低于1Pa。通過本專利技術的裝置及方法，電子吸收微波電場能量獲得加速，在磁場作用下做回旋運動，引起氣體放電產生等離子體。本專利技術利用磁場和微波共同作用使電子回旋加速，從而大幅延長電子運動路程，在10-2-1Pa的低氣壓下也能達到電離所需的碰撞概率，引起氣體放電產生等離子體。通入的載體氣體壓力低，規避了由于高壓力造成單體擴散速度過慢、擴散不均勻問題，也規避了納米薄膜聚合、沉積厚薄不均問題。低壓力可以讓單體擴散的速度和化學氣相沉積的速度保持良好的適應性和匹配性，從而使得制備的涂層更加均勻。附圖說明圖1是實現本專利技術方法的裝置示意圖。圖中：1、真空室，2、放電腔，3、電磁線圈，4、微波窗口，5、微波波導，6、微波源，7、載體氣體管路，8、載體氣體源，9、單體蒸汽管路，10、單體蒸汽源，11、真空排氣管，12、真空泵，13、基材。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例詳細說明本專利技術，但本專利技術并不局限于具體實施例。實施例1如圖1所示，在真空室1的頂部或側面安裝圓柱形放電腔2；放電腔2外部安裝電磁線圈3，所述電磁線圈3的磁感應強度B(T)滿足公式B(T)＝0.0357f(GHz)，其中f(GHz)是微波頻率；放電腔2遠離真空室的一端安裝有微波窗口4，微波窗口4與微波波導5一端連接，微波波導5另一端連接微波源6，微波源6產生的微波頻率為0.3GHz，微波源6能夠連續輸出微波或斷續輸出微波，微波源6斷續輸出微波時，微波輸出時間為2μs，微波中斷時間為1ms；載體氣體管路7一端連接載體氣體源8，另一端連接放電腔2，放電腔2的直徑為13cm，材質為金屬，并在放電腔2遠離真空室1的一端開口；單體蒸汽管路9一端連接單體蒸汽源10，另一端連接真空室1并在真空室1內靠近放電腔2處開口；真空排氣管11設置在真空室1遠離放電腔2的一側，且連接真空泵12。實施例2一種利用實施例1所述的磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置進行表面涂層的方法，其特征在于：主要包括以下步驟：(1)、在真空室內放置待處理的基材，在常溫下開啟真空泵，將真空室及放電腔內真空度抽到10-3Pa；(2)、打開載體氣體源，使載體氣體經載體氣體管路進入放電腔及真空室，載體氣體為氬氣，維持真空室及放電腔內的氣壓在1Pa；打開單體蒸汽源使單體蒸汽經單體蒸汽管路進入真空室，所述單體蒸汽含有至少一個不飽和碳碳鍵，其中一個不飽和碳原子上不含取代基，所述單體的結構中可以含有鹵素官能團或其他官能團，所述鹵素官能團為F,Cl,Br,I中一種或多種，其他官能團為羥基，羧基，環氧基團，硅氧基團中一種或多種，例如單體為二甲基乙烯基乙氧基硅烷；(3)、給電磁線圈供電使其在放電腔內建立磁場；打開微波源產生微波，微波經微波波導進入放電腔與電磁線圈的磁場共同作用發生放電，使單體蒸汽發生聚合并沉積在基材表面形成聚合物涂層；微波源連續輸出微波進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：在真空室(1)的頂部或側面安裝圓柱形放電腔(2)；放電腔(2)外部安裝電磁線圈(3)或永久磁鐵；放電腔(2)遠離真空室的一端安裝有微波窗口(4)，微波窗口(4)與微波波導(5)一端連接，微波波導(5)另一端連接微波源(6)；載體氣體管路(7)一端連接載體氣體源(8)，另一端連接放電腔(2)，并在放電腔(2)遠離真空室(1)的一端開口；單體蒸汽管路(9)一端連接單體蒸汽源(10)，另一端連接真空室(1)并在真空室(1)內靠近放電腔(2)處開口；真空排氣管(11)設置在真空室(1)遠離放電腔(2)的一側，且連接真空泵(12)。

【技術特征摘要】
2016.08.30 CN 20161079837221.一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：在真空室(1)的頂部或側面安裝圓柱形放電腔(2)；放電腔(2)外部安裝電磁線圈(3)或永久磁鐵；放電腔(2)遠離真空室的一端安裝有微波窗口(4)，微波窗口(4)與微波波導(5)一端連接，微波波導(5)另一端連接微波源(6)；載體氣體管路(7)一端連接載體氣體源(8)，另一端連接放電腔(2)，并在放電腔(2)遠離真空室(1)的一端開口；單體蒸汽管路(9)一端連接單體蒸汽源(10)，另一端連接真空室(1)并在真空室(1)內靠近放電腔(2)處開口；真空排氣管(11)設置在真空室(1)遠離放電腔(2)的一側，且連接真空泵(12)。2.根據權利要求1所述的一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：所述放電腔(2)的直徑為13cm-20cm，材質為金屬。3.根據權利要求1所述的一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：所述微波源(6)產生的微波頻率為0.3-6GHz。4.根據權利要求1所述的一種磁場微波放電等離子體聚合表面涂層裝置，其特征在于：所述微波源(6)能夠連續輸出微波或斷續輸出微波，微波源(6)斷續輸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宗堅，
申請(專利權)人：無錫榮堅五金工具有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32