一种带有定转电极组的等离子体引发聚合装置的制作方法

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种等离子体引发聚合装置。

背景技术：

等离子体聚合是利用放电把有机类气态单体等离子体化，使其产生各类活性种，由这些活性种之间或活性种与单体之间进行加成反应形成聚合物的方法。等离子体聚合可分为等离子体态聚合和等离子体引发聚合两种形式，它们的区别是：等离子体态聚合整个反应过程中单体完全暴露于等离子体环境，而等离子体引发聚合中气体只在短时间内通过辉光放电形成的等离子体，使单体蒸汽发生气相反应生成活性中心，引发单体蒸汽在长时间无等离子体的后续过程中进行聚合反应。与等离子体态聚合产物存在结构复杂，反应重现性差，处理效果随时间衰减的问题相比，等离子体引发聚合方式可以较少破坏单体的结构，保留单体优良性能，使聚合产物结构较为单一，易于形成线性大分子产物；另一方面，通过与材料表面发生接枝反应，能够增强表面的附着力，使涂层效果不随时间衰减。

可见，实现等离子体引发聚合的必要条件是等离子体周期性的燃灭过程。现有的等离子体引发聚合技术是通过脉冲调制高频辉光放电实现的，例如文献《表面涂层》(cn1190545c)公开了一种疏水和/或疏油基材，其中包括利用脉冲调制高频辉光放电制备聚合物涂层的方法；文献《通过低压等离子体工艺施加保形纳米涂层的方法》(cn201180015332.1)也涉及利用脉冲调制高频辉光放电制备聚合物涂层的方法。这些现有技术均采用脉冲调制高频辉光放电，是因为采用高频放电能够避免由于电极被聚合产物绝缘所造成的放电终止，高频放电即使电极被聚合产物绝缘的情况下也可以维持，而采用脉冲调制使高频放电周期性开启/关断是为了满足等离子体引发聚合所需要的短时间放电和长时间无放电聚合。然而，现有技术所采用的脉冲调制高频辉光放电的方法需要使用具有脉冲调制功能的高频电源，其缺点是：脉冲调制高频电源结构复杂、价格高、不易调试；脉冲调制高频放电产生的等离子体稳定性较差；对放电电极结构和加工装配精度要求高，工艺重复性较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种带有定转电极组的等离子体引发聚合装置，以解决现有等离子体引发聚合装置存在的脉冲调制高频电源结构复杂、价格高、不易调试；等离子体稳定性较差；工艺重复性较差等问题。

本发明技术方案是：

一种带有定转电极组的等离子体引发聚合装置，其特征在于：该装置包括真空室、固定电极、转动电极；所述真空室上安装有载体气体和单体蒸汽管路及排气管，待处理的基材放置于真空室内转动电极围成的空间内；

所述固定电极包括一组固定金属直杆、一组绝缘基座和导线，固定金属直杆通过绝缘基座沿真空室轴向等间距固定连接在真空室内壁上，固定金属直杆经导线串联连接构成固定电极；

所述转动电极包括一组转动金属直杆和金属转架，所述金属转架的旋转轴与真空室的中心轴同轴，金属转架可绕旋转轴转动；所述转动金属直杆沿真空室轴向等间距固定连接在金属转架上，构成转动电极；

固定金属直杆和转动金属直杆数量可以一样，也可以不一样，由于两组金属杆都是等间距，如果数量一样，放电在一对金属杆间会同时发生同时熄灭，如果数量不一样，两组金属杆有的靠近有的远离，靠近的放电，离开的熄灭，放电具有空间上的不对称性，但随时间积累效果也是空间均匀的，对镀膜结果没有影响。

所述固定电极与转动电极构成定转电极组。

所述真空室侧部的室体内壁任一横截面为相同直径的圆或相同边长的正多边形，所述正多边形边数至少为6边；所述真空室的顶盖和底盖为与真空室的侧部室体内壁横截面匹配的平板或拱形结构。

所述排气管竖直安装于真空室内的中心轴上，排气管一端伸出真空室后与真空泵连接，所述排气管的管壁上开孔。

所述排气管内径为25-100mm，其管壁上均匀开孔，孔径为2-30mm，孔间隔为2-100mm。

所述固定电极连接高频电源输出端，所述转动电极接地；所述高频电源的频率范围为10khz-100mhz，所述高频电源输出的电压波形为正弦波或方波。

所述固定电极所在的柱面与转动电极所在的柱面之间的距离为1-5cm。该距离是两组金属杆能够靠近的最小距离，该距离1-5cm是通常等离子体镀膜气压0.1-100pa下的放电距离，保证能够可靠放电，距离近了或远了都不能放电或激发电弧。

所述固定金属直杆和转动金属直杆的直径范围为1-20mm，材质为铜、铝或铁。固定金属直杆和转动金属直杆的直径越小，其能够产生的电场越强，更加容易放电，放电空间局域性也越好，但是其刚性较弱，该直径范围是综合考虑放电空间局域性和刚性得到的最优范围值。

所述相邻两根固定金属直杆或相邻两根转动金属直杆之间的间距大于15cm。上述大于15cm的间距是通常等离子体镀膜气压0.1-100pa下放电能够熄灭的距离，小于这个距离，放电将很可能不能熄灭。

转动电极的转速改变的是放电和熄灭的频率，转速对镀膜效果的影响实际上就是放电周期的影响，根据具体应用在不同材料的镀膜上，可以采用不同优化的转速。

本发明的带有定转电极组的等离子体引发聚合装置工作时，将待处理的基材放在转动电极围成的空间内，将载体气体和单体蒸汽经管路通入真空室，开启高频电源使之连续输出高频功率，并使转动电极转动。转动电极转动使其转动金属直杆周期性靠近和远离固定电极的固定金属直杆，靠近时放电产生等离子体，远离时等离子体熄灭，从而产生周期性燃灭的等离子体，使单体蒸汽发生引发聚合反应并沉积在基材表面形成聚合物涂层。

本发明的有益效果是：

(1)本发明结构简单、价格低、调试容易，其中采用的高频电源不需要脉冲调制，脉冲调制功能的高频电源，其缺点是：脉冲调制高频电源结构复杂、价格高、不易调试；脉冲调制高频放电产生的等离子体稳定性较差；对放电电极结构和加工装配精度要求高，工艺重复性较差。本发明正是通过机械旋转运动的方式实现断续的等离子体的产生，原理和结构都比较简单。

(2)本发明装置产生的等离子体具有等离子体稳定性好、放电电极结构和加工装配精度要求较低、工艺重复性好等优点。

目前的脉冲调制高频放电需要精确的匹配同步，同一批设备之间放电电极结构、加工装配以及同步信号传输线的延迟时间稍有不同，就会产生高频匹配的差异，引起放电效果较大的差别，也使同一工艺参数下的镀膜效果产生较大的差别，从而使工艺重复性较差。本发明专利的等离子体聚合装置采用机械旋转运动的方式实现断续的等离子体的产生，高频电源连续输出，不需要精确的匹配同步，放电电极结构和加工装配精度要求较低、因此即使存在一定的加工公差，其对等离子体放电影响也不是很显著，所以等离子体稳定性好、工艺重复性好。

附图说明

图1为本发明一种带有定转电极组的等离子体引发聚合装置的俯视结构示意图。

图2为图1中沿直径的纵截面的剖视结构示意图。

图中，1、真空室，2、固定金属直杆，3、绝缘基座，4、导线，5、转动金属直杆，6、金属转架，7、高频电源，8、基材，9、载体气体和单体蒸汽管路，10、排气管。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1和图2所示的一种带有定转电极组的等离子体引发聚合装置。该装置包括真空室1、固定电极、转动电极；所述真空室上安装有载体气体和单体蒸汽管路9及排气管10，待处理的基材8放置于真空室内转动电极围成的空间内；

固定电极包括一组固定金属直杆2、一组绝缘基座3和导线4，固定金属直杆2通过绝缘基座沿真空室轴向等间距固定连接在真空室内壁上，固定金属直杆2经导线串联连接构成固定电极；

所述转动电极包括一组转动金属直杆5和金属转架6，所述金属转架的旋转轴与真空室的中心轴同轴，金属转架可绕旋转轴转动；所述转动金属直杆5沿真空室轴向等间距固定连接在金属转架上，构成转动电极；

所述固定电极与转动电极构成定转电极组。

真空室侧部的室体内壁任一横截面为相同直径的圆，所述真空室的顶盖和底盖为与真空室的侧部室体内壁横截面匹配的平板结构。

排气管10竖直安装于真空室内的中心轴上，排气管一端伸出真空室后与真空泵连接，所述排气管的管壁上开孔。排气管内径为25mm，其管壁上均匀开孔，孔径为2mm，孔间隔为50mm。

固定电极连接高频电源7输出端，所述转动电极接地；所述高频电源的频率范围为10khz，所述高频电源输出的电压波形为正弦波。

固定电极所在的柱面与转动电极所在的柱面之间的距离为1cm。

固定金属直杆和转动金属直杆的直径范围为1mm，材质为铁。

相邻两根固定金属直杆之间的间距为15.5cm；

相邻两根转动金属直杆之间的间距为15.5cm。

实施例2

该实施例与实施例1的基本结构相同，不同的技术参数如下：

(1)、真空室侧部的室体内壁任一横截面为相同边长的正多边形，所述正多边形边数为6边；所述真空室的顶盖和底盖为与真空室的侧部室体内壁横截面匹配的拱形结构。

(2)排气管内径为45mm，其管壁上均匀开孔，孔径为12mm，孔间隔为100mm。

(3)高频电源的频率范围为1mhz，所述高频电源输出的电压波形为方波。

(4)固定电极所在的柱面与转动电极所在的柱面之间的距离为5cm。

(5)固定金属直杆和转动金属直杆的直径范围为6mm，材质为铝。

相邻两根固定金属直杆之间的间距为20cm；相邻两根转动金属直杆之间的间距为25cm。

实施例3

该实施例与实施例1的基本结构相同，不同的技术参数如下：

(1)、真空室侧部的室体内壁任一横截面为相同边长的正多边形，所述正多边形边数为8边；所述真空室的顶盖和底盖为与真空室的侧部室体内壁横截面匹配的平板结构。

(2)排气管内径为78mm，其管壁上均匀开孔，孔径为20mm，孔间隔为80mm。

(3)高频电源的频率范围为25mhz，所述高频电源输出的电压波形为方波。

(4)固定电极所在的柱面与转动电极所在的柱面之间的距离为15cm。

(5)固定金属直杆和转动金属直杆的直径范围为13mm，材质为铜。

相邻两根固定金属直杆之间的间距为30cm；相邻两根转动金属直杆之间的间距为40cm。

实施例4

该实施例与实施例1的基本结构相同，不同的技术参数如下：

(1)、真空室侧部的室体内壁任一横截面为相同直径的圆；所述真空室的顶盖和底盖为与真空室的侧部室体内壁横截面匹配的拱形结构。

(2)排气管内径为100mm，其管壁上均匀开孔，孔径为30mm，孔间隔为100mm。

(3)高频电源的频率范围为100mhz，所述高频电源输出的电压波形为正弦波。

(4)固定电极所在的柱面与转动电极所在的柱面之间的距离为20cm。

(5)固定金属直杆和转动金属直杆的直径范围为20mm，材质为铜。

相邻两根固定金属直杆之间的间距为35cm；相邻两根转动金属直杆之间的间距为50cm。