专利名称：等离子体辅助消除结晶的制作方法
技术领域：
本发明涉及使物体消除结晶的方法和装置，尤其涉及使用等离子体来使物体消除结晶。
背景技术：
常规的消除结晶一般包括在一段时间内对给定材料施加足够的热量。通常，所施加的热量用来在给定材料和材料化合物中，至少在其表面退火、熔化或产生相变。这种热处理一般熔化物体表面或使其不结晶。
这种消除结晶方法受到限制，部分原因在于费时和耗能，部分原因在于这种复杂的相变需要产生关键的陶瓷，例如BaTiO3。为了产生BaTiO3，例如混合并加热BaCO3和TiO2，需要在1000摄氏度或更高的温度下加热数十小时。甚至在这样长的热处理之后，只能观测到BaTiO3一种相，并且这种相既不是玻璃也不是非晶。
另一项已公布的消除结晶技术是用微波能在约700摄氏度下大概几分钟内产生多相BaTiO3。然而，这项技术需要大量的连续微波能并且将样本置于特殊的微波热点处(即高磁场强度区域)。
发明内容
本发明提供了等离子体辅助消除结晶的装置和方法。在一个实施例中，通过把物体表面暴露在等离子体中一段足够长的时间以使表面至少部分消除结晶而使物体表面消除结晶。例如，可以通过在等离子体催化剂存在的情况下使气体受到一定的电磁辐射而在腔中形成消除结晶等离子体。
在根据本发明的一个实施例中，消除结晶的方法包括使气体流入处理腔(例如多模式腔)并使腔中的气体受到频率低于约333GHz电磁辐射而激发等离子体，可选择地在等离子体催化剂存在的情况下。在等离子体激发期间或之后，可以使物体表面暴露在等离子体中。
本发明还提供了等离子体辅助消除结晶的系统。该系统包括在其中形成有腔的容器，与所述腔相连的电磁辐射源以便在消除结晶过程中将电磁辐射引入所述腔，与所述腔相连的气源以便在消除结晶过程中气体可以流入所述腔，以及等离子体控制器，按程序控制所述辐射和所述气体中的至少一个来产生足量等离子体以使所述表面消除结晶。该系统还包括位于辐射中(例如位于腔中或附近)的至少一种等离子体催化剂。
本发明还提供了一种用于激发、调节和维持等离子体的等离子体催化剂。等离子体催化剂可以是惰性或活性的。根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而元需施加附加的能量。活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或高能波包。在惰性和活性这两种情况下，等离子体催化剂可以改善或放宽激发用于进行各种消除结晶处理的等离子体所需的环境条件。
本发明还提供了用于使物体消除结晶的用于激发、调节和维持等离子体的其它等离子体催化剂、方法和装置。
本发明的其它特征将通过下面结合附图的详细描述变得明显，其中相同的标号表示相同的部件，其中
图1表示根据本发明的等离子体辅助消除结晶系统的示意图；图1A表示根据本发明的部分等离子体辅助消除结晶系统的实施例，该系统通过向等离子体腔加入粉末等离子体催化剂来激发、调节或维持腔中的等离子体；图2表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的至少一种成分沿其长度方向具有浓度梯度；图3表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的多种成分沿其长度按比率变化；图4表示根据本发明的另一个等离子体催化剂纤维，该纤维包括内层核芯和涂层；图5表示根据本发明的图4所示的等离子体催化剂纤维沿图4的线5-5的截面图；图6表示根据本发明的等离子体系统的另一个部分的实施例，该等离子体系统包括延伸通过激发口的伸长型等离子体催化剂；图7表示根据本发明在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的
具体实施例方式
本发明涉及用于激发、调节和维持等离子体的方法和装置，用于各种消除结晶应用，包括例如增强汽车工业使用的金属合金的抗蚀性。本发明可以用于可控等离子体辅助消除结晶，其能够降低能耗并提高合金寿命和生产灵活性。
根据本发明的一种消除结晶方法可以包括向腔内加入气体、等离子体催化剂和电磁辐射，用于催化的消除结晶等离子体。在此所用的用于将一个或多个物体消除结晶的具有等离子体催化剂的等离子体是一种“催化的消除结晶等离子体”或者简称“消除结晶等离子体”。催化剂可以是惰性或者活性的。根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，如施加电压引起瞬间放电。另一方面，活性等离子体催化剂可以是任何粒子或高能波包，其能够在电磁辐射存在的情况下向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子。
在此引入下列共同拥有并同时申请的美国专利申请的全部内容作为参考美国专利申请No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0008)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0009)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0010)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0011)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0012)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0013)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0015)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0016)，
No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0018)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0020)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0021)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0023)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0024)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0025)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0026)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0027)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0028)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0029)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0030)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0032)，No.10/＿，＿(Atty.Docket No.1837.0033)。
等离子体辅助消除结晶系统的说明图1表示根据本发明的一个方面的等离子体辅助消除结晶系统10。在该实施例中，在位于电磁辐射腔(即辐射器(applicator))14内部的容器中形成腔12。在另一个实施例中(未示出)，容器12和电磁辐射腔14是同一个，从而不需要两个独立的部件。在其中形成有腔12的容器可包括一个或多个电磁辐射透射隔板，以改善其热绝缘性能使腔12无需显著地屏蔽电磁辐射。
在一个实施例中，腔12在由陶瓷制成的容器内形成。由于根据本发明的等离子体可以达到非常高的温度，处理的温度上限只受用来制造容器的陶瓷的熔点限制。例如在一个实验中，所用的陶瓷能够承受大约3000华氏度。例如，陶瓷材料可以包括重量百分比为29.8％的硅，68.2％的铝，0.4％的氧化铁，1％的钛，0.1％的氧化钙，0.1％的氧化镁，0.4％的碱金属，该陶瓷材料为Model No.LW-30，由Pennsylvania，New Castle的New CastleRefractories公司出售。然而本领域的普通技术人员可知，根据本发明也可以使用其它材料，例如石英以及那些与上述陶瓷材料不同的材料(如那些具有较高或较低熔化温度的材料)。
在一个成功的实验中，等离子体形成在部分开口的腔中，该腔在第一砖状物内并以第二砖状物封顶。腔的尺寸为约2英寸×约2英寸×约1.5英寸。在砖状物中至少具有两个与腔连通的孔一个用来观察等离子体，并且至少一个用来供给气体。腔的尺寸取决于需要进行的等离子体处理。此外，腔至少应该设置成能够防止等离子体上升/漂移从而离开主要处理区，即使等离子体可能没有接触到衬底。
腔12可以通过管线20和控制阀22与一个或多个气体源24(例如氩气、氮气、氢气、氙气、氪气等气体源)相连，由电源28提供能量。管线20可以是管状(例如在大约1/16英寸和大约1/4英寸之间，如大约1/8英寸)，但也可以是能够供气的任何装置。而且，如果需要，真空泵可以与腔相连来抽走在等离子体处理中产生的任何不需要的气体。
一个辐射泄漏探测器(未示出)安装在源26和波导管30附近，并与安全联锁系统相连，如果检测到泄漏量超过预定安全值时，例如由FCC和/或OSHA(例如5mW/cm2)规定的值，就自动关闭电磁幅射电源。
由电源28提供能量的电磁辐射源26通过一个或多个波导管30将电磁辐射引入腔14。本领域的普通技术人员应该理解电磁辐射源26可以直接连到腔14或腔12，从而取消波导管30。进入腔14或腔12的电磁辐射可以用来激发腔内的等离子体。通过对催化剂施加附加的电磁辐射可以充分调节或维持该催化的等离子体并将其限制在腔内。
通过循环器32和调谐器34(例如，3通短线(3-stub)调谐器)提供电磁辐射。调谐器34用来使作为改变激发或处理条件的函数的反射能减至最少，特别是在催化的等离子体形成之前，因为电磁辐射将在等离子体形成之后被等离子体强烈吸收。
如下面更详细的说明，如果腔14支持多模，尤其当这些模可持续或周期性地混合时，腔14内的电磁辐射透射腔12的位置并不重要。并如下面更详细的说明，马达36可以与模混合器38相连，使时间平均的电磁辐射能量分布在腔14内大致均匀。而且，窗口40(例如石英窗)可以设置在邻近腔12的腔14的一个壁上，使能用温度传感器42(例如光学高温计)来观察腔12内的处理。在一个实施例中，光学高温计输出值可以在温度升高时从0伏增加到追踪范围值之内。高温计可以用于探测两个或多个波长的辐射强度，并使用普朗克定律拟合这些强度值来测定工件温度。高温计也能通过监测在两个不连续跃迁中辐射强度激发态数量分布来建立存在于等离子体中物体的温度。
传感器42能够产生作为腔12中相关工件(未示出)的温度或者任意其它可监测的条件的函数的输出信号，并将该信号供给控制器44。也可采用双重温度感应和加热，以及自动冷却速度和气流控制。该控制器44又用来控制电源28的运行，其具有一个与上述电磁辐射源26相连的输出端和另一个与控制气流进入腔12的阀22相连的输出端。
尽管可以使用任何小于约333GHz频率的辐射，本发明采用由通讯和能源工业(CPI)提供的915MHz和2.45GHz电磁辐射源取得了同样的成功。2.45GHz系统持续提供从大约0.5千瓦到大约5.0千瓦的可变电磁辐射能。根据本发明的一个实施例，在消除结晶期间的电磁辐射能量密度可以在大约0.05W/cm3和大约100W/cm3之间，例如，大约2.5W/cm3。3通短线调谐器使得阻抗与最大能量传递相匹配，并且采用了测量入射和反射能量的双向连接器。还采用了光学高温计来遥感衬底温度。
如上所述，根据本发明可以使用任何小于大约333GHz频率的辐射。例如，可采用诸如能量线频率(大约50Hz至60Hz)这样的频率，尽管形成等离子体的气体压力可能降低以便有助于等离子体激发。此外，根据本发明，任何无线电频率或微波频率可以使用包括大于约100kHz的频率。在大多数情况下，用于这些相对高频的气体压力不需要为了激发、调节或维持等离子体而降低，因而在大气压和大气压之上能够实现多种等离子体处理。
该装置用采用LabVIEW6i软件的计算机控制，它能提供实时温度监测和电磁辐射能量控制。LabVIEW图形开发环境用于自动获取数据、仪器控制、测量分析和数据显示。LabVIEW来自于Austin，Texas的国家仪器公司(National Instruments Corporation)。
通过利用适当数量数据点的平均值平滑处理来降低噪音。并且，为了提高速度和计算效率，在缓冲区阵列中储存的数据点数目用移位寄存器和缓存区大小调整来限制。高温计测量大约1cm2的敏感区域温度，用于计算平均温度。高温计用于探测两个波长的辐射强度，并利用普朗克定律拟合这些强度值以测定温度。然而，应知道也存在并可使用符合本发明的用于监测和控制温度的其它装置和方法。例如，在共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿，＿(Attorney Dorket No.1837.0033)中说明了根据本发明可以使用的控制软件，在此引入其整个内容作为参考。
腔14具有几个具有电磁辐射屏蔽的玻璃盖观察口和一个用于插入高温计的石英窗。尽管不是必须使用，还具有几个与真空泵和气体源相连的口。
系统10还包括一个带有用自来水冷却的外部热交换器的封闭循环去离子水冷却系统(未示出)。在操作中，去离子水先冷却磁电管，接着冷却循环器(用于保护磁电管)中的装卸处，最后流过焊接在腔的外表面上的水通道冷却电磁辐射腔。
等离子体催化剂如前面所述，根据本发明的等离子体催化剂可包括一种或多种不同的物质并且可以是惰性或者活性的。在气体压力低于、等于或大于大气压力的情况下，等离子体催化剂可以在其它物质中激发、调节和/或维持消除结晶等离子体。
根据本发明的一种形成等离子体的方法可包括使腔内气体在惰性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射。根据本发明的惰性等离子体催化剂包括通过使根据本发明的局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，例如通过施加电压引起瞬间放电。
本发明的惰性等离子体催化剂也可以是纳米粒子或纳米管。这里所使用的术语“纳米粒子”包括最大物理尺寸小于约100nm的至少是半导电的任何粒子。并且，掺杂和不掺杂的、单层壁和多层壁的碳纳米管由于它们异常的导电性和伸长形状对本发明的激发等离子体尤其有效。该纳米管可以有任意合适的长度并且能够以粉末状固定在基板上。如果固定的话，当等离子体激发或维持时，该纳米管可以在基板的表面上任意取向或者固定到基板上(例如以一些预定方向)。
本发明的惰性等离子体也可以是粉末，而不必制成纳米粒子或纳米管。例如它可以形成为纤维、粉尘粒子、薄片、薄板等。在粉末态时，催化剂可以至少暂时地悬浮于气体中。如果需要的话，通过将粉末悬浮于气体中，粉末就可以迅速分散到整个腔并且更容易被消耗。
在一个实施例中，粉末催化剂可以加载到腔内并至少暂时地悬浮于载气中。载气可以与形成消除结晶等离子体的气体相同或者不同。而且，粉末可以在引入腔前加入气体中。例如，如图1A所示，电磁辐射源52可以对设置有等离子体腔60的电磁辐射腔55施加辐射。粉末源65将催化剂粉末70供给气流75。在一个可选实施例中，粉末70可以先以大块(例如一堆)方式加入腔60，然后以任意种方式分布在腔内，包括气体流动穿过或越过该块状粉末。此外，可以通过移动、搬运、撒下、喷洒、吹或以其它方式将粉末送入或分布于腔内，将粉末加到气体中用来激发、调节或维持消除结晶等离子体。
在一个实验中，通过在伸入腔的铜管中设置一堆碳纤维粉末来使消除结晶等离子体在腔内激发。尽管有足够的电磁(微波)辐射被引入腔内，铜管屏蔽粉末受到的辐射而不发生等离子体激发。然而，一旦载气开始流入铜管，促使粉末流出铜管并进入腔内，从而使粉末受到电磁辐射，腔内等离子体几乎瞬间激发。
根据本发明的粉末催化剂基本上是不燃的，这样它就不需要包括氧或者不需要在氧存在的情况下燃烧。如上所述，该催化剂可以包括金属、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物、有机无机复合物和其任意组合。
而且，粉末催化剂可以在等离子体腔内基本均匀的分布(例如悬浮于气体中)，并且等离子体激发可以在腔内精确地控制。均匀激发在一些应用中是很重要的，包括在要求等离子体暴露时间短暂的应用中，例如以一个或多个爆发(burst)的形式。还需要有一定的时间来使粉末催化剂本身均匀分布在整个腔内，尤其在复杂的多腔的腔内。因而，根据本发明的另一个方面，粉末等离子体可以通过多个激发口引入腔内以便在其中更快地形成更均匀的催化剂分布(如下)。
除了粉末，根据本发明的惰性等离子体催化剂还可包括，例如，一个或多个微观或宏观的纤维、薄片、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带、须或其任意混合物。在这些情况下，等离子体催化剂可以至少具有一部分，该部分的一个物理尺寸基本上大于另一个物理尺寸。例如，在至少两个垂直尺寸之间的比率至少为约1∶2，也可大于约1∶5或者甚至大于约1∶10。
因此，惰性等离子体催化剂可以包括至少一部分与其长度相比相对细的材料。也可以使用催化剂束(例如纤维)，其包括例如一段石墨带。在一个实验中，成功使用了一段具有大约三万股石墨纤维的、每股直径约为2-3微米的带。内部纤维数量和束长对激发、调节或维持等离子体来说并不重要。例如，用大约1/4英寸长的一段石墨带得到满意的结果。根据本发明成功使用了一种碳纤维是由Salt Lake City，Utah的Hexcel公司出售的商标为Magnamite的Model No.AS4C-GP3K。此外，还成功地使用了碳化硅纤维。
根据本发明另一个方面的惰性等离子体催化剂可以包括一个或多个如基本为球形、环形、锥形、立方体、平面体、圆柱形、矩形或伸长形的部分。
上述惰性等离子体催化剂包括至少一种至少是半导电的材料。在一个实施例中，该材料具有强导电性。例如，根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合体、导电硅橡胶弹性体、聚合纳米复合物、有机无机复合物或其任意组合。可以包括在等离子体催化剂中的一些可能的无机材料包括碳、碳化硅、钼、铂、钽、钨、氮化碳和铝，虽然相信也可以使用其它导电无机材料。
除了一种或多种导电材料以外，本发明的惰性等离子体催化剂还可包括一种或多种添加剂(不要求导电性)。如这里所用的，该添加剂可以包括使用者想要加入等离子体的任何材料。例如，如下详细描述，可以通过催化剂将一种或多种材料加入等离子体，用于使至少物体的表面消除结晶。因此，根据最终期望的等离子体复合物和使用等离子体的消除结晶处理，等离子体催化剂可以以任意期望的比率包括一种或多种添加剂和一种或多种导电材料。
惰性等离子体催化剂中的导电成分与添加剂的比率随着其被消耗的时间变化。例如，在激发期间，等离子体催化剂可以要求包括较大百分比的导电成分来改善激发条件。另一方面，如果在维持消除结晶等离子体时使用，催化剂可以包括较大百分比的添加剂。本领域普的通技术人员可知用于激发和维持等离子体的等离子体催化剂的成分比率可以是相同的，并且该比率可以被制定为沉积任意需要的消除结晶深度。
预定的比率分布可以用于简化许多等离子体辅助消除结晶处理。在一些常规的等离子体辅助非消除结晶处理中，等离子体中的成分是根据需要来增加的，但是这样的增加一般要求可编程装置根据预定计划来添加成分。然而，根据本发明，催化剂中的成分比率是可变的，因而等离子体本身的成分比率可以自动变化。这就是说，在任一特定时间等离子体的成分比率依赖于当前被等离子体消耗的催化剂部分。因此，在催化剂内的不同位置的催化剂成分比率可以不同。并且，当前等离子体的成分比率依赖于当前和/或在消耗前的催化剂部分，尤其在流过等离子体腔内的气体流速较慢时。
根据本发明的惰性等离子体催化剂可以是均匀的、不均匀的或渐变的。而且，整个催化剂中等离子体催化剂成分比率可以连续或者不连续改变。例如在图2中，比率可以平稳改变形成沿催化剂100长度方向的梯度。催化剂100可包括一股在段105含有较低浓度成分并向段110连续增大浓度的材料。
可选择地，如图3所示，在催化剂120的每一部分比率可以不连续变化，例如包括浓度不同的交替段125和130。应该知道催化剂120可以具有多于两段的形式。因此，被等离子体消耗的催化剂成分比率可以以任意预定的形式改变。在一个实施例中，当等离子体被监测并且已检测到特殊的添加剂时，可以自动开始或结束进一步的处理。
改变被维持的等离子体中的成分比率的另一种方法是通过在不同时间以不同速率引入具有不同成分比率的多种催化剂。例如，可以在腔中以大致相同位置或者不同位置引入多种催化剂。在不同位置引入时，在腔内形成的等离子体会有由不同催化剂位置决定的成分浓度梯度。因此，自动化系统可包括用于在等离子体激发、调节和/或维持以前和/或期间机械插入可消耗等离子体催化剂的装置。
根据本发明的惰性等离子体催化剂也可以被涂覆。在一个实施例中，催化剂可以包括沉积在基本导电材料表面的基本不导电涂层。或者，催化剂可包括沉积在基本不导电材料表面的基本导电涂层。例如图4和5表示了包括内层145和涂层150的纤维140。在一个实施例中，为了防止碳的氧化，等离子体催化剂包括涂覆镍的碳芯。
一种等离子体催化剂也可以包括多层涂层。如果涂层在接触等离子体期间被消耗，该涂层可以从外涂层到最里面的涂层连续引入等离子体，从而形成限时释放(time-release)机制。因此，涂覆等离子体催化剂可以包括任意数量的材料，只要部分催化剂至少是半导电的。
根据本发明的另一实施例，为了基本上减少或防止电磁辐射能泄漏，等离子体催化剂可以完全位于电磁辐射腔内。这样，等离子体催化剂不会电或磁连接于辐射腔、包括腔的容器、或腔外的任何导电物体。这可以防止在激发口的瞬间放电，并防止在激发期间和如果等离子体被维持可能在随后电磁辐射泄漏出腔。在一个实施例中，催化剂可以位于伸入激发口的基本不导电的延伸物末端。
例如，图6表示在其中可以设置有等离子体腔165的电磁辐射腔160。等离子体催化剂170可以延长并伸入激发口175。如图7所示，根据本发明的催化剂170可包括导电的末梢部分180(设置于腔160内)和不导电部分185(基本上设置于腔160外，但是可稍微伸入腔)。该结构防止了末梢部分180和腔160之间的电气连接(例如瞬间放电)。
在如图8所示的另一个实施例中，催化剂由多个导电片段190形成，所述多个导电片段190被多个不导电片段195隔开并与之机械相连。在这个实施例中，催化剂能延伸通过在腔中的一个点和腔外的另一个点之间的激发口，但是其电气不连续的分布有效地防止了产生瞬间放电和能量泄漏。
根据本发明的形成消除结晶等离子体的另一种方法包括使腔内气体在活性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射，产生或包括至少一个电离粒子。
根据本发明的活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能够向气态原子或分子传递足够能量来使气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或者高能波包。利用源，电离粒子可以以聚焦或准直射束的形式直接引入腔，或者它们可以被喷射、喷出、溅射或者其它方式引入。
例如，图9表示电磁辐射源200将辐射引入电磁辐射腔205。等离子体腔210可以设置于腔205内并允许气体流过口215和216。源220可以将电离粒子225引入腔210。源220可以用电离粒子可以穿过的金属屏蔽来保护，但也屏蔽了对源220的电磁辐射。如果需要，源220可以水冷。
根据本发明的电离粒子的实例可包括x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子、质子及其任意组合。因此，电离粒子催化剂可以是带电荷(例如来自离子源的离子)或者不带电荷并且可以是放射性裂变过程的产物。在一个实施例中，在其中形成有等离子体腔的容器可以全部或部分地透过电离粒子催化剂。因此，当放射性裂变源位于腔外时，该源可以引导裂变产物穿过容器来激发等离子体。为了基本防止裂变产物(如电离粒子催化剂)引起安全危害，放射性裂变源可以位于电磁辐射腔内。
在另一个实施例中，电离粒子可以是自由电子，但它不必是在放射性衰变过程中发射。例如，电子可以通过激发电子源(如金属)来引入腔内，这样电子有足够的能量从该源中逸出。电子源可以位于腔内、邻近腔或者甚至在腔壁上。本领域的普通技术人员可知可用任意组合的电子源。产生电子的常用方法是加热金属，并且这些电子通过施加电场能进一步加速。
除电子以外，自由能质子也能用于催化等离子体。在一个实施例中，自由质子可通过电离氢产生，并且选择性地由电场加速。
多模电磁辐射腔电磁辐射波导管、腔或室被设置成支持或便于至少一种电磁辐射模的传播。如这里所使用，术语“模”表示满足Maxwell方程和可应用的边界条件(如腔的)的任何停滞或传播的电磁波的特殊形式。在波导管或腔内，该模可以是传播或停滞电磁场的各种可能形式中的任何一种。每种模由其电场和/或磁场矢量的频率和极化表征。模的电磁场形式依赖于频率、折射率或介电常数以及波导管或腔的几何形状。
横电(TE)模是电场矢量垂直于传播方向的模。类似地，横磁(TM)模是磁场矢量垂直于传播方向的模。横电磁(TEM)模是电场和磁场矢量均垂直于传播方向的模。中空金属波导管一般不支持电磁辐射传播的标准TEM模。尽管电磁辐射似乎沿着波导管的长度方向传播，它之所以这样只是通过波导管的内壁以某一角度反射。因此，根据传播模，电磁辐射沿着波导管轴线(通常指z轴)具有一些电场成分或者一些磁场成分。
在腔或者波导管中的实际场分布是其中模的叠加。每种模可以用一个或多个下标(如TE10(“Tee ee one zero”))表示。下标一般说明在x和y方向上含有多少在导管波长的“半波”。本领域的普通技术人员可知波导管波长与自由空间的波长不同，因为波导管内的电磁辐射传播是通过波导管的内壁以某一角度反射。在一些情况下，可以增加第三下标来定义沿着z轴在驻波形式中的半波数量。
对于给定的电磁辐射频率，波导管的尺寸可选择得足够小以便它能支持一种传播模。在这种情况下，系统被称为单模系统(如单模辐射器)。在矩形单模波导管中TE10模通常占主导。
随着波导管(或波导管所连接的腔)的尺寸增加，波导管或辐射器有时能支持附加的高阶模，形成多模系统。当能够同时支持多个模时，系统往往表示为被高度模化(highly moded)。
一个简单的单模系统具有包括至少一个最大和/或最小的场分布。最大的量级很大程度上依赖于施加于系统的电磁辐射的量。因此，单模系统的场分布是剧烈变化和基本上不均匀的。
与单模腔不同，多模腔可以同时支持几个传播模，在叠加时其形成混合场分布形式。在这种形式中，场在空间上变得模糊，并因此场分布通常不显示出腔内最小和最大场值的相同强度类型。此外，如下的详细说明，可以用一个模混合器来“混合”或“重新分布”模(如利用电磁辐射反射器的机械运动)。这种重新分布有望提供腔内更均匀的时间平均场(并因此等离子体)分布。
根据本发明的多模消除结晶腔可以支持至少两个模，并且可以支持多于两个的多个模。每个模有最大电场矢量。虽然可以有两个或多个模，但是只有一个模占主导并具有比其它模大的最大电场矢量量级。如这里所用的，多模腔可以是任意的腔，其中第一和第二模量级之间的比率小于约1∶10，或者小于约1∶5，或者甚至小于约1∶2。本领域的普通技术人员可知比率越小，模之间的电场能量越分散，从而使腔内的电磁辐射能越分散。
腔内消除结晶等离子体的分布非常依赖于所施加的电磁辐射的分布。例如，在一个纯单模系统中只可以有一个电场最大值的位置。因此，强等离子体只能在这一个位置产生。在许多应用中，这样一个强局部化的等离子体会不合需要的引起不均匀等离子体处理或加热(即局部过热和加热不足)。
根据本发明无论使用单或多模腔来消除结晶，本领域的普通技术人员可知在其中形成等离子体的腔可以完全封闭或者半封闭。然而，在其它应用中，可能需要将气体流过腔，从而腔必须一定程度地打开。这样，流动气体的流量、类型和压力可以随时间而改变。这是令人满意的，因为便于形成等离子体的如氩气的特定气体更容易激发，但在随后的等离子体处理中不需要。
模混合在许多消除结晶应用中，需要腔内包括均匀的等离子体。然而，由于电磁辐射可以有较长波长(如在微波辐射下有几十厘米)，很难获得均匀分布。结果，根据本发明的一个方面，多模腔内的辐射模在在一段时间内可以混合或重新分布。因为腔内的场分布必须满足由腔的内表面设定的所有边界条件，可以通过改变内表面的任一部分的位置来改变这些场分布。
根据本发明的一个实施例中，可移动的反射表面位于电磁辐射腔内。反射表面的形状和移动在移动期间将联合改变腔的内表面。例如，一个“L”型金属物体(即“模混合器”)在围绕任意轴旋转时将改变腔内的反射表面的位置或方向，从而改变其中的电磁辐射分布。任何其它不对称形状的物体也可使用(在旋转时)，但是对称形状的物体也能工作，只要相对移动(如旋转、平移或两者结合)引起反射表面的位置和方向上的一些变化。在一个实施例中，模混合器可以是围绕非圆柱体纵轴的轴旋转的圆柱体。
多模腔中的每个模都具有至少一个最大电场矢量，但是每个矢量会周期性出现在腔内。通常，假设电磁辐射的频率不变，该最大值是固定的。然而，通过移动模混合器使它与电磁辐射相作用，就可能移动最大值的位置。例如，模混合器38可用于优化腔12内的场分布以便于优化等离子体激发条件和/或等离子体维持条件。因此，一旦激活等离子体，为了均匀的时间平均等离子体处理(如加热)，可以改变模混合器的位置来移动最大值的位置。
因此根据本发明，在消除结晶等离子体激发期间可以使用模混合。例如，当把导电纤维用作等离子体催化剂时，已经知道纤维的方向能够强烈影响最小等离子体激发条件。例如据报道说，当这样的纤维取向于与电场成大于60°的角度时，催化剂很少能改善或放松这些条件。然而通过移动反射表面进入或接近腔，电场分布能显著地改变。
通过例如安装在辐射器腔内的旋转波导管接头将辐射射入辐射器腔，也能实现模混合。为了在辐射腔内在不同方向上有效地发射辐射，该旋转接头可以机械地运动(如旋转)。结果，在辐射器腔内可产生变化的场形式。
通过柔性波导管将辐射射入辐射腔，也能实现模混合。在一个实施例中，波导管可固定在腔内。在另一个实施例中，波导管可伸入腔中。为了在不同方向和/或位置将辐射(如微波辐射)射入腔，该柔性波导管末端的位置可以以任何合适的方式连续或周期性移动(如弯曲)。这种移动也能引起模混合并有助于在时间平均基础上更均匀的等离子体处理(如加热)。可选择地，这种移动可用于优化激发的等离子体的位置或者任何其它随后的等离子体辅助消除结晶处理。
如果柔性波导管是矩形的，例如，波导管的开口末端的简单扭曲将使辐射器腔内的辐射的电场和磁场矢量的方向旋转。因而，波导管周期性的扭曲可引起模混合以及电场的旋转，这可用于辅助激发、调节或维持等离子体。
因此，即使催化剂的初始方向垂直于电场，电场矢量的重新定向能将无效方向变为更有效的方向。本领域的技术人员可知模混合可以是连续的、周期性的或预编程的。
除了等离子体激发以外，在后面的等离子体处理期间，例如在消除结晶期间，模混合可用来减少或产生(如调整)腔内的“热点”。当电磁辐射腔只支持少数模时(如少于5)，一个或多个局部电场最大值可产生“热点”(如在腔12内)。在一个实施例中，这些热点可设置成与一个或多个分开但同时的等离子体激发或消除结晶处理相一致。因此，在一个实施例中，等离子体催化剂可放在一个或多个这些激发或涂覆位置上。
多位置等离子体激发可使用不同位置的多种等离子体催化剂来激发消除结晶等离子体。在一个实施例中，可用多纤维在腔内的不同点处激发等离子体。这种多点激发在要求均匀等离子体激发时尤其有益。例如，当消除结晶等离子体在高频(即数十赫兹或更高)下调节，或在较大空间中激发，或两者都有时，可以改善等离子体的基本均匀的瞬态撞击和再撞击。可选地，当在多个点使用等离子体催化剂时，可以通过将催化剂选择性引入这些不同位置，使用等离子体催化剂在等离子体腔内的不同位置连续激发等离子体。这样，如果需要，在腔内可以可控地形成等离子体激发梯度。
而且，在多模腔中，腔中多个位置的催化剂的随机分布增加了如下可能性根据本发明的至少一种纤维或任何其它惰性等离子体催化剂优化沿电力线取向。但是，即使催化剂没有优化取向(基本上没有与电力线对准)，也改善了激发条件。
而且，由于催化剂粉末可以悬浮在气体中，可认为具有每个粉末颗粒具有位于腔内不同物理位置的效果，从而改善了腔内的激发均匀性。
双腔等离子体激发/维持根据本发明的双腔排列可用于激发和维持等离子体。在一个实施例中，如图1B所示，系统包括至少互相流体连通的激发腔280和等离子体处理(例如消除结晶)腔285。如图1所示，腔280和285可设置在，例如电磁辐射腔(即辐射器)14内。
为了形成激发等离子体，第一激发腔280中的气体选择性地在等离子体催化剂存在的情况下受到频率小于大约333GHz的电磁辐射。这样，接近的第一和第二腔可使腔280中形成的等离子体600激发腔285中的等离子体610，其可用附加的电磁辐射来维持。例如，附加的腔290和295是可选择的，并可以与腔285通过通道605保持流体连通。要被消除结晶的物体比如物体250，可以放在腔285、290或295的任意一个中，并且能被任意类型的支撑装置比如支撑物260支撑，其在消除结晶过程中选择性地移动或旋转物体250。
在本发明的一个实施例中，腔280可以非常小并主要或只设置用于等离子体激发。这样，只需很少的电磁辐射能来激发等离子体600，使激发更容易，尤其在使用根据本发明的等离子体催化剂时。还应知道用于本发明的等离子体系统的腔可以具有不定的尺寸，并且可使用控制器来控制腔的尺寸。
在一个实施例中，腔280基本上是单模腔，腔285是多模腔。当腔280只支持单模时腔内的电场分布会剧烈变化，形成一个或多个精确定位的电场最大值。该最大值一般是等离子体激发的第一位置，将其作为安放等离子体催化剂的理想点。然而应该知道，当等离子体催化剂用于激发等离子体600时，催化剂不需要设置在电场最大值之处，而且在大多数情况下，不需要取向于特定的方向。
消除结晶图11-15表示根据本发明的用于使物体的至少一部分消除结晶的方法和装置的其它实施例。如上文所述，图10表示双腔系统如何在一个腔中激发等离子体并在另一个腔中形成消除结晶等离子体。图10还表示如果需要其余的腔如何顺序添加。
图11表示等离子体辅助消除结晶方法645的流程图。根据本发明，该方法至少包括在步骤655中使物体表面暴露在等离子体中一段足够的时间以使表面至少部分消除结晶。在步骤650中采用任何简便的方法可以形成等离子体，例如使气体受到电磁辐射。可选择地，形成等离子体的方法包括使气体受到足量的电场或磁场或者使气体上升到足够高的温度。任何情况下，一旦形成等离子体，可以将要进行消除结晶的物体暴露于其中。
应该意识到，形成等离子体和使物体暴露在等离子体中基本上同时发生。在一个实施例中，物体可设置在等离子体腔中(例如参见图12和14)。在另一个实施例中，物体可以设置在等离子体腔附近，例如腔的开口附近。这样，腔中形成的等离子体可以溢出或经过开口从而形成等离子体喷射，这可以用来使物体(例如参见图13)暴露。
可以调节或维持等离子体以形成任何随时间变化的暴露分布。例如，为了连续或周期性的形成消除结晶等离子体，可以通过连续或周期性的把电磁辐射引入等离子体腔来暴露物体。可选择地，等离子体的形成和暴露可以安排在消除结晶之前。例如，根据本发明的等离子体辅助消除结晶装置可进一步包括控制等离子体形成和/或暴露的控制器(例如参见图1中控制器44)。
如前文所述，根据本发明可以在等离子体催化剂存在的情况下使气体受到辐射而产生等离子体。等离子体催化剂可以是惰性或活性的。可以选择地，等离子体可以通过其它方式例如包括瞬间放电激发。任何情况下，根据本发明的等离子体催化剂的使用可以减轻激发等离子体所需要的电能并改善等离子体调节中的触发和再触发周期。这样，可以提供有效的节省能量的消除结晶方法。等离子体催化剂可以设置在电磁辐射中任何合适的位置和方位。例如，等离子体催化剂可以设置在等离子体腔内部或外部。
在一个实施例中，激光束(例如，连续波或脉冲，未示出)在等离子体暴露期间被引到将要消除结晶的物体表面。激光束可以校准或聚焦以在物体表面产生非常强的激光辐射能量强度。如果该强度足够高，单凭激光束就可用来在物体表面形成等离子体。不同地，根据本发明激光束只能用来增强之前形成的等离子体消除结晶处理的效果。
可以通过改变流过等离子体腔的气体流量、腔中电磁辐射的密度等来根据任何预定的温度分布控制消除结晶处理的温度。在一个实施例中，辐射强度可以在消除结晶的物体表面附近进行控制。辐射可以引入腔中，但模混合器可用于连续或周期性的重新设置场分布，并因此重新设置等离子体分布。例如，通过周期性的移动模混合器(例如，摇动、振动等)，可以在物体表面形成等离子体，然后使等离子体周期性的离开物体表面，以及反过来进行。可选择地，引入腔的辐射量是可以改变的。当消除结晶涉及多个等离子体喷发暴露时这些方法尤其有用。
在一个实施例中，如上所述，可把偏压施加在物体上以产生更均匀和快捷的消除结晶。例如，如图12所示，通过电源275可以将电压差施加在电极270和物体250之间。例如，施加的电压可以是连续的或脉冲的直流或交流偏压。电压可以施加在辐射器14外部，并与微波过滤器结合来防止例如微波能泄漏。施加的电压可以吸引带电离子，活化带电离子，并促进消除结晶的速度和均匀性。应该意识到可通过使用支撑物260(例如转台)移动(例如旋转)物体250来增强消除结晶层251的均匀性。偏压的施加还可降低激发，调节或维持消除结晶等离子体所需要的电磁辐射量。
消除结晶层251不限于正好是物体250的上面和侧面，而是可位于暴露在等离子体中的物体250的任何表面。例如，这一点显示于物体250的三个表面上。消除结晶还可发生在物体250的前面和后面，但消除结晶的程度取决于等离子体的强度、远近和暴露时间。应该意识到，例如，有些消除结晶甚至发生在没有直接暴露于等离子体的情况下。
尽管没有示出，应该意识到为了在支撑任何形状的物体250，底座260可以特定设计将消除结晶限制在特定位置上。例如，如果要基本上只对物体250的上平面进行消除结晶，则底座260可以设计成杯子状(例如，带凹槽)以支撑物体250从而使得只有物体的上平面暴露在等离子体615中。
因此，底座260可以设计成使金属部件的一个或多个表面消除结晶(例如为了防腐)，同时保持其它结晶区域(例如在焊接或铜焊中增强粘度)。
在另一个实施例中，在腔开口内或开口处的等离子体分布可保持相对稳定，但物体可以移进或移出(连续、周期性或根据任何预定的顺序)等离子体。在一个例子中，可以在等离子体腔的开口处形成等离子体喷射并且物体可以穿过喷射移动。例如，图13表示等离子体喷射装置300如何用来使物体表面消除结晶的简化示意图。装置300可包括在腔壁312上形成至少一个开口310的腔305、等离子体催化剂315(例如设置在腔305的内部或附近)、用于把电磁辐射引入腔305的电磁辐射源320、以及把气体通过气体口330引入腔305的气源325。
一种形成等离子体喷射350的方法包括使气体从气源325流入腔305中，通过使气体在等离子体催化剂存在的情况下受到由辐射源320提供的电磁辐射而在腔305中形成等离子体340，并且使得至少一部分等离子体340经开口310流出腔305从而在腔305外在开口310附近形成等离子体喷射350。辐射可具有小于大约333GHz的任何频率。应该意识到根据本发明通过使用等离子体催化剂，等离子体可以在例如大气压或更高的压力下形成。
腔305、气源325、辐射源320和等离子体催化剂315可以和上面在图1-9中已经描述的任何腔、源和催化剂相似。并且，等离子体形成，包括使用等离子体催化剂在腔中激发、调节和维持这样的等离子体，在前文已经说明。因此，根据本发明前文描述的任何部件和操作均可用来产生等离子体喷射，在此不再赘述。
如图13所示，为了在腔305内的任何位置和/或方位安置催化剂315，等离子体催化剂315可以固定到支架335。如果需要，支架335可以是可移动的、一次性的和/或可代替的。因此，支架335可以是容纳或支撑等离子体催化剂315的可替换筒的形式。支架335由可以承受等离子体340产生的热的任何材料制成。如果需要，支架335还可被冷却。
本领域普通技术人员会意识到支架335不必包括图13所示的伸长部分，并且可以是任何合适的形状(例如，具备催化面的塞子，容纳催化剂的筒，等等)。当支架335延伸通过腔壁312时，在壁312上的这部分支架335可以基本上不透辐射以防止辐射源320引入腔305的辐射漏到腔305的外面。
在操作中，物体360(例如，一个管子或杆)可以带到等离子体喷射350的附近并且移动(例如，转动，平移，或两者都有)经过等离子体射流350，以进行部分所有物体360的消除结晶。应该意识到物体360不一定是管子或杆，也可以是任何需要进行消除结晶的物体。
图14表示根据本发明通过使物体经过等离子体辅助消除结晶腔而使物体暴露在等离子体中的另一个实施例。在这种情况中，腔292具有附加的开口(例如口)以使物体365通过。一旦暴露在等离子体620中，物体365可以部分或全部被消除结晶。应该意识到通过改变等离子体强度和暴露可以实现任何需要的消除结晶。其中改变暴露的一个方法是当物体365经过腔292时改变它的速度或位置。
因此，物体可以从挤压或其它连续的或批量生产中直接或间接拉长和供给。例如对于金属杆、线或管来说，它可以沿基本上平行于纵轴的方向移动经过腔并且暴露可以由杆移动的速度调节。应该意识到，辐射强度和气体流量是也可以被调节以获得希望的暴露分布的至少两个其它参数。
在一个实施例中，采用共轴型腔或辐射器来使物体消除结晶。管状腔可以在第一基本圆柱状物体的内表面和位于第一物体内部的第二基本圆柱状物体的外表面之间形成。因此，第一物体的内表面，第二物体的外表面，或二者可被这些表面之间形成的等离子体消除结晶。
在另一个实施例中，就在等离子体辅助消除结晶之前成形或切割金属物体。在一些成形或切割的操作中，物体会相对变热。因此，在物体冷却之前通过使其表面消除结晶，只需更少的辐射(例如微波)能或时间来达到希望的消除结晶水平。
完成希望的消除结晶水平所需的等离子体暴露量取决于许多因素，包括材料成分和温度，等离子体强度，等离子体温度等。而且，对根据本发明的钢体的等离子体辅助消除结晶在少于大约25分钟的时间内完成。通过改变这些因素，时间期限可小于约120秒、甚至小于约10秒。在一个实施例中，电磁辐射在等离子体中的时间平均能量密度为大于约1W/cm3，也可以为例如大于约10W/cm3。
尽管不必要，等离子体暴露可如此发生，即将要进行消除结晶的物体表面设置在磁场矢量最大值附近。在一个实施例中，该矢量的方向基本上与该表面垂直。例如，这样的暴露可在基本上单模或多模腔中发生。
可选择地，所述物体可以是需要消除结晶的任何部件，例如金属或金属合金部件。例如，物体可以是汽车部件，例如制动闸块、凸轮凸部、齿轮、座椅部件、钢轨撬杠、套筒固定器或停车制动部件。应该意识到，所述物体不限于成形的汽车部件。
图15表示根据本发明的一次成功的等离子体辅助消除结晶实验的x射线衍射数据。这种情况中，放置在石英板上的压缩的钨碳粉末的上表面暴露在消除结晶等离子体中。该实验中使用的等离子体腔的容积为大约205立方厘米，并且施加500W的微波辐射大约25分钟(等离子体中的时间平均微波能量密度大约为2.5W/cm3)。温度维持在大约1300摄氏度并且等离子体由氩气和氢气形成。样品的上表面的一部分被熔化，产生了至少大约2-3mm厚的无定型钨碳层。尽管上表面(暴露在等离子体中的)被熔化，下表面(没有暴露在等离子体中的)没有被熔化。
来自未暴露的部分(例如“下表面”)的x射线衍射数据505显示出表示结晶表面的大量峰。而从等离子体暴露部分(例如“上表面”)收集的x射线衍射数据510显示出表示基本上使表面消除结晶的极少数峰。
本领域普通技术人员会意识到，产生消除结晶可不需要表面的熔化。即，只要物体充分暴露在等离子体中即可。而且，如图12所示，当施加电压时可以加强等离子体暴露的有效性。
根据本发明尽管激发、调节或维持消除结晶等离子体可在大气压下发生(例如使用等离子体催化剂)，物体250的消除结晶可在任何需要的压力包括低于、处于或高于大气压下发生。而且，如果需要，等离子体的压力和温度均可改变。例如，采用一个系统(例如图10所示的系统)使得可在腔285中在大气压下调节或维持消除结晶等离子体610，而在另一个腔(例如，腔285，290或295)中在高于或低于大气压的压力下使物体250的表面消除结晶。例如，在复杂形状和材料的大规模制造过程中，这样的灵活性显得非常有意义。
在前述的实施例中，为了简化说明，各种特征被集合在单个实施例中。这种公开方法不意味着本发明权利要求书要求了比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如下列权利要求所述，创造性方面要比前述公开的单个实施例的全部特征少。因此，下列权利要求被加入到该具体实施方式
中，每个权利要求本身作为本发明的一个单独的优选实施例。
权利要求
1.一种使物体表面消除结晶的方法，该方法包括将所述表面暴露在等离子体中一段足够长的时间以使所述表面至少部分消除结晶。
2.如权利要求1所述的方法，还包括通过使气体受到频率低于约333GHz的电磁辐射而形成等离子体。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述形成步骤包括使所述气体在等离子体催化剂存在的情况下受到辐射。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述等离子体催化剂是惰性等离子体催化剂和活性等离子体催化剂中的至少一种。
5.如权利要求5所述的方法，其中所述催化剂包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合体、导电硅橡胶弹性体、聚合纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述催化剂包括碳纤维。
8.如权利要求4所述的方法，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
9.如权利要求4所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子、质子及其任意组合中的至少一种。
10.如权利要求4所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括电子和离子中的至少一种。
11.如权利要求3所述的方法，其中所述暴露步骤包括将电磁辐射引入所述腔，其中所述引入步骤选自连续引入、周期性引入、程序化引入及其任意组合。
12.如权利要求2所述的方法，其中所述引入步骤包括维持所述等离子体和调节所述等离子体中的至少一种。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述引入步骤包括沿一路径引入所述电磁辐射，从而等离子体催化剂位于所述路径中的某些点。
14.如权利要求11所述的方法，还包括通过改变流过所述腔的气体流量和所述物体表面附近的电磁辐射密度中的至少一个来根据预定的温度分布控制与所述等离子体相关的温度。
15.如权利要求1所述的方法，还包括在所述暴露期间将激光束引到所述表面。
16.如权利要求1所述的方法，其中在一个位置进行所述暴露步骤，所述方法还包括通过选自如下的移动方法相对所述位置移动所述表面连续移动、周期性移动、程序化移动及其任意组合。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述物体是金属，所述方法还包括在所述暴露步骤之前使金属成形。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述一段时间少于约5分钟。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述一段时间少于约120秒。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述一段时间少于约10秒。
21.如权利要求1所述的方法，其中在所述暴露期间，所述等离子体中的所述电磁辐射的时间平均能量密度大于约1W/cm3。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述时间平均能量密度大于约10W/cm3。
23.如权利要求1所述的方法，其中在所述物体的表面设置在磁场矢量最大值附近的情况下进行所述暴露步骤。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述矢量最大值的方向与所述表面基本上垂直。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述暴露步骤包括使所述表面暴露在多个等离子体爆发中。
26.如权利要求1所述的方法，其中在基本上单模腔中进行所述暴露步骤。
27.一种用等离子体使物体消除结晶的系统，该系统包括容器，在其中形成有腔；电磁辐射源，与所述腔相连，用于向所述腔提供频率低于约333GHz的电磁辐射；气源，与所述腔相连，用于向所述腔提供气体；以及等离子体控制器，按程序控制所述辐射和所述气体中的至少一个来产生足量等离子体以使所述物体的表面在暴露下消除结晶但没有明显熔化所述物体。
28.如权利要求27所述的系统，还包括位于所述辐射中的等离子体催化剂。
29.如权利要求28所述的系统，其中所述等离子体催化剂是惰性等离子体催化剂和活性等离子体催化剂中的至少一种。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述催化剂包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合体、导电硅橡胶弹性体、聚合纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
31.如权利要求30所述的系统，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述催化剂包括碳纤维。
33.如权利要求28所述的系统，其中所述材料的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
34.如权利要求28所述的系统，其中所述等离子体催化剂包括x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子、质子及其任意组合中的至少一种。
35.如权利要求28所述的系统，其中所述等离子体催化剂包括电子和离子中的至少一种。
36.如权利要求27所述的系统，其中所述容器基本上可透射电磁辐射。
37.如权利要求27所述的系统，其中所述容器具有一个入口、一个出口以及从所述入口到所述出口的腔长度，并且其中所述物体的表面可以通过所述入口进入所述容器并通过所述出口离开所述容器，从而使所述物体表面的尺寸大于所述腔长度。
38.如权利要求37所述的系统，还包括用于移动所述物体表面经过所述容器的输送器。
39.如权利要求27所述的系统，还包括一个监测器，用于监控所述物体表面的状态和产生表示所述状态的信号，其中所述控制器利用所述状态来调节所述暴露。
40.如权利要求27所述的系统，其中所述物体在处理期间相对于所述容器移动。
41.如权利要求27所述的系统，其中所述物体在消除结晶期间移进或移出所述容器。
42.如权利要求27所述的系统，其中所述容器包括基本上可透射电磁辐射并基本上不透气的材料。
43.如权利要求27所述的系统，还包括在其中放置有所述容器的辐射器，其中所述辐射器包括基本上不透射电磁辐射的材料。
44.如权利要求27所述的系统，其中所述腔具有可以防止所述等离子体从所述物体表面逸出的顶部。
45.如权利要求27所述的系统，其中所述辐射的波长为λ，并且所述腔的内表面设置成在所述腔和所述物体之间形成厚度小于约λ/4的间隙。
46.如权利要求27所述的系统，还包括连接到所述物体的电压源以在所述暴露期间施加电压。
全文摘要
本发明提供了用于使物体表面至少部分消除结晶而激发、调节和维持等离子体的方法和装置。在一个实施例中，提供了通过形成等离子体(例如使气体受到一定的电磁辐射，可选择在等离子体催化剂存在的情况下)并将物体表面暴露在等离子体中来使物体表面消除结晶的方法。
文档编号B01J37/34GK1653869SQ03810276
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月7日 优先权日2002年5月8日
发明者S·库马尔, D·库马尔 申请人:达纳公司