用于連續材料的等離子處理設備制造技術

本發明專利技術涉及一種用于連續材料（１）的等離子處理的設備，包括至少一個可抽真空的放電室（３ａ），連續材料（１）可以穿過該放電室被連續運送，其中供能裝置（３０）將放電能輸送到放電路徑（Ｇ），所述放電路徑界定于各放電室的外電極（５，５１－５７）與作為內電極的連續材料之間。所述供能裝置設計為以脈沖形式釋放放電能的固有電流源，該電流源包括至少一個用作儲能元件的電感（３２），所述儲能元件和與之配屬的放電路徑（Ｇ）相連，或和與之配屬的多個放電路徑依次相連。該設備分別大大地提高了能量轉換和處理的均一性，并且能夠處理受污染并非常熱的連續材料。能夠使多個放電室串聯并且不與連續材料接觸，由此可以進行敏感的物理等離子處理。通過圍繞連續材料（１）施加強磁場（Ｍ），功率的轉換以及處理的均一性得到進一步提高。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及 一 種用于連續材料的等離子處理設備，包括至少 一 個 可抽真空的》文電室，連續材料被連續地運送穿過該放電室，各放電 室具有外電極，所述外電極相對連續材料電絕緣設置，還包括一個 用于設定至少一個放電室內的氣氛的裝置和用于將放電能輸送到放 電路徑的供能裝置，所述放電路徑界定于各個獨立的放電室的外電 極與作為內電極的連續材料之間。
技術介紹
采用輝光放電等離子的等離子處理常用于在負壓下對工件或連 續材料進行全包圍式處理，所述處理例如包括加熱、凈化、(脫) 氧化、脫脂、汽相淀積和賊射等。等離子的物理效應和化學效應均 可使用。所有這些處理的共同之處在于，需要放電灼燒經過處理的工件表 面或連續材料表面的整個區域。為了節約，需要處理時間盡可能短， 隨之導致需要盡可能高的處理強度(盡可能高的功率密度)。在粘 滯真空范圍內的處理壓力下(其中的氣體微粒的自由行程明顯小于 其容器尺寸)，能量的傳輸通常存在限制，因為當功率密度太高時， 具有輝光或類輝光特性的放電易于轉變成電弧放電。通常，阻止所 述輝光放電轉變成電弧放電是在負壓范圍內對等離子處理過程和裝 置進行改進的最重要的目標之一，從而不必進行(例如焊接時的) 逐點處理。實現上述目標的一個重要舉措是引入電壓源作為供能裝 置，用于放電能量的功耗，該裝置在脈沖直流電壓下工作。電弧的 形成需要時間。由于電壓放電模式中的周期性中斷，因此在產生強 烈的局部加熱之前電弧就會消散。在一個脈沖內，電流通常在開始時以近似線性的方式單調上升，隨后，上升的速率下降。在多數應 用中，由于技術原因， 一個脈沖內的電壓保持基本恒定。例如，從PCT申請WO 2004/073009 A2中已知一種用于連續材料的等離子處 理設備，其中采用脈沖恒壓源作為供能裝置。例如在文獻US 2004/0026412 Al中所述，4吏用另外一種瞬間電 壓曲線代替脈沖直流電壓，從而使電弧在形成初期即被熄滅。然而， 在放電的過程中，若使用這種電壓曲線代替脈沖直流電壓增大了技 術上的消耗，卻不具有明顯優勢時，其技術意義就不大了。盡管脈沖電源供應已經給等離子技術帶來了很大的進步，但還是 存在許多不足。特別是，目前不能令人滿意地解決下述問題和缺點1. 在恒壓脈沖的過程中，輝光放電轉變成電弧放電的可能 性隨著時間急劇升高。三個因素能夠促使向電弧放電轉變電流、 電壓和時間。從這方面看，在脈沖期間內，所述因素中的兩個(電 流和時間)升高，僅第三個因素(電壓)保持不變是不利的。弧放電的轉變。已經開發出了用于檢測上述阻抗發生下降的控制系 統，并且在這種情況下，中斷電壓一段時間以使電弧熄滅。然而， 檢測阻抗的下降和切斷電源電壓都需要 一 定的響應時間，該時間不 能任意縮短。在所述的響應時間內，電流增大且電壓基本恒定，因 此能量增大，導致不期望產生的電弧加熱。這樣，可能形成具有很 大能量的電弧，這種電弧很難(通過中斷幾個脈沖)被"吹散，，。3. 特別是在低熔點材料中，電弧的出現可能立即導致表面 損傷。4. 當放電空間內的氣體成分不恒定時，另一個主要問題產 生了。特別是在使用等離子凈化材料時，以及電極表面將物質釋放 到氣相中時，這種情況經常出現。由于待處理的材料通常受到不同 程度的污染，并且等離子也不具有完全一致的處理強度，因此由等 離子從材料表面帶入氣相的雜質數量隨時間而改變。這種改變既不 能預測也無法控制，并且因此會導致放電室內的氣體成分發生無法控制的變化。在等離子中，有兩個過程始終相互對抗，其中一個對放電本身和放電穩定性都有利，而另一個對兩者都有害在輝光放電等離子中， 電子在負壓下加速直至撞擊到氣體微粒。在有利的情況下，電子可 以使被撞擊的氣體微粒發生電離，從而形成新的電子-離子對。在不 利的情況下，電子由于激發了被撞擊的氣體微粒而損失能量。單個 的原子(尤其是惰性氣體原子，在更小的范圍內也包括小分子)特 別是能量較低時具有分散的、量子力學容許的能級，這些能級彼此 遠離，以致電子撞擊了這種原子并將其激發，由此釋放其能量給該 原子的可能性非常小。反之亦然，分子，尤其是典型地含有雜質的 較大的有機分子，具有更多的量子力學容許能態，他們中的很多都 處于低能態。如果電子撞擊到這樣的分子，很可能會激發所述分子， 由此從電子中吸取能量。在電學中，放電空間里存在這樣的分子會使放電路徑中的阻抗升 高。如果微粒被運送到氣相中，所述氣相不僅從電子中吸取電能， 還會從等離子中吸收電子本身，則阻抗升高更明顯。因為在基于輝光放電的等離子處理設備中也產生基質提純，對高 氣體速度進行調節以用于去除雜質，所述雜質由放電傳入氣相，并 且進入到氣相的雜質數量極快地瞬間變化，氣體成分因此迅速并無 法控制地變化，阻抗和放電電流隨之變化。尤其是在連續操作中對 連續材料進行處理時，所述阻抗發生變化如此之快，以至于即使非 常快的電壓源控制裝置，也不能在保持放電功率或放電電流不變的 情況下，重新調整放電的電參數。然而，這對連續處理是非常重要 的，因為連續材料在放電區域內的部分的滯留時間短，處理過程沒 有有效的瞬間平均值。5. 在對表面不干凈的材料進行處理的過程中，產生了另一 個破壞放電恒定性的類似問題，這是由于放電受到陰極(通常由待 處理材料構成)上二次電子發射的嚴重影響。如果所述材料受到不 均勻的污染，由此二次電子發射和阻抗相應地發生變化。 一方面，7這種影響與上面已經說明的類似，另一方面，促使待處理的表面上 方被不均勻的等離子覆蓋，導致局部密集放電，并且由此形成電弧。 例如，由于除了陰極上的少量雜質之外，在處理效率極低時放電也 會轉變為電弧放電，因此根本無法使用現有技術的設備對覆蓋有一 定雜質的表面進行處理。6. 然而，特別是用高處理強度處理待加工的連續材料時， 出現了另外一個問題。通常適宜移動連續材料穿過多個連續的放電 區域，從而能夠耦合更多能量，而不會在轉變成電弧放電過程中將 全部大功率集中在一點上，而只是分別集中各個處理單元的功率。 每個放電區域都可以具有一個單獨的供氣和供能裝置。因此，由于 熱力原因，只能在第一個處理單元之前和最后一個處理單元之后接 觸用作;改電電極的連續材料，以;改走》文電電流。即使為每個》文電區 域提供獨立的供壓和供氣裝置，處理區域之間的相互作用也可以使 處理過程非常的不穩定。如果仍給各處理區域供入強電流，在連續 材料中將會再次產生 一 個很大的電壓降，這是由于這些電流朝處理 區域外的接合處釋放。在使用脈沖恒壓源作為放電能源的等離子處 理設備中，連續材料上的各點的電勢是未知的，所述各點與下一個 接合處的距離至少為一個放電路徑。通常，相對接合處電勢的較小 電勢差就足以使電壓源和放電過程在加工線路中心變得不穩定。7. 在要求非常高溫度的連續材料處理過程中(如高溫材料退 火)，又一個問題出現了。如果接觸連續材料表面的溫度接近產生電 子自發輻射的溫度，將不再可能進行均勻地處理，這是因為二次電 子的產生大大地提高了溫度。因此，等離子對連續材料上較熱點的 處理強度更大，就導致了在這些點上產生過度加熱的對處理過程有 害的結果。補救辦法是將處理線路分成小段，對各段獨立供電。這 樣，每段僅會導致連續材料的溫度輕微升高。所需要的處理溫度越本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于連續材料的等離子處理設備，包括至少一個可抽真空的放電室（３ａ），連續材料（１）被連續地運送穿過該放電室，各放電室（３ａ）具有外電極（５，５１－５７），所述的外電極相對連續材料電絕緣設置，還包括用于設定至少一個放電室內的氣氛的裝置和用于將放電能輸送到放電路徑（Ｇ）的供能裝置（３０），所述的放電路徑界定于各個獨立的放電室的外電極與作為內電極的連續材料之間，其特征在于，供能裝置（３０）是一個以脈沖形式釋放放電能的固有電流源，該電流源包括至少一個用作儲能元件的電感（３２），所述儲能元件和與之配屬的放電路徑（Ｇ）相連，或依次和與之配屬的多個放電路徑相連。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彼得齊格，普利莫茲艾澤爾特，
申請(專利權)人：彼得齊格，普利莫茲艾澤爾特，
類型：發明
國別省市：AT[奧地利]