专利名称：用于介质阻挡放电等离子体方法的电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括电极的装置(或设备)，所述电极用于在用包括介质阻挡放电(DBD)的方法处理和/或制备表面的范围中使用，特别是用于尤其在连续生产的情况下涂覆大块玻璃。本发明还涉及该装置中这种电极的制造方法以及这种电极。
背景技术：
用等离子体处理表面特别是在玻璃工业领域中但也在塑料薄膜领域中是公知的。 其在于在至少两个电极之间产生等离子体，在该等离子体中注入前驱物质，使得通过反应和/或电离产生作用于待处理表面的反应物。问题是电极经受非常严峻的工作条件等离子体的高温；注入和/或产生的物质的高反应性；电压、电流和频率条件在电极表面会引起静电力和出现电弧，该静电力和出现电弧可造成电极局部击穿，乃至完全损坏。在电极布置在用于处理大尺寸表面例如大块玻璃的表面的生产线中的情况下，这些问题甚至更为严重。用于减少这些问题的一个公知的方法是，在面对着待处理表面的电极表面上布置
一电绝缘层。但是，制造这种复合电极，本身存在一系列不易解决的技术问题。在圆柱形电极的情况下，电介质则可制成套筒的形式，从而在几何学上解决其保持在电极表面上的问题。但是，工作表面沿着圆柱体的母线之一而定，因此非常小，这意味着前送速度比较缓慢和/或电极元件增多。平面电极也会出现问题，如果平面电极尺寸很大则尤其如此平表面因其固有的几何形状而不能用作连接件。此外，电介质和平面电极的材料(通常为金属)具有往往极其不同的膨胀系数，从而使其难于制造和使用。不同的技术可用于连接电极与电介质层。W02004/001790和US2005/0226802使用粘接。未提供关于粘合剂的性质的情况。在第一份文献中，电极之一是多孔的。在第二份文献中，电极的使用情况是产生化学物质。在涉及嗅觉危害的W02007/038256中，一个金属网用含硅酮粘合剂粘接于电介质。在US2006/0196424中，借助于在电极的金属部分和电介质之间引入导电流体或导电的粘合聚合物，使其之间实现紧密接触。在US2007/0182327中，接合通过阳极化进行。US2005/0179395要求喷涂。W000/718866要求电化学沉积。US6692704中述及化学气相淀积。US6692704使用浸涂。US2008/179286A1公开了制造DBD电极的几何形状说明，未提及其接合的方式。W002/35576A1涉及DBD电极冷却装置，但却未提及任何聚合物中间层
发明内容
本发明的首要目的在于提供用于DBD方法的很大尺寸的平面电极。本发明的另一目的在于这种电极具有良好的耐久性。本发明的又一目的在于这种电极防止形成局部电弧。本发明的再一目的在于这种电极比较容易制造，且具有合理的成本。本发明的第一目标是用于表面的DBD等离子体处理的平面电极，所述电极用于提高到高压，包括金属壳体，所述壳体包括工作部分，所述工作部分能够布置成平行于待处理表面，所述工作部分在外部覆以绝缘材料板，所述电极的特征在于，绝缘材料板由一中间聚合物层固定于工作部分。有利地,工作部分的内表面与金属壳体一起形成热交换器，所述热交换器适于连接于冷却回路，载热流体或也称为冷却流体的制冷剂在该冷却回路中流通。本发明的另一目的在于一种包括用于表面的DBD等离子体处理的平面电极的装 置，所述电极连接于至少一个冷却回路，且用于提高到高压，所述电极包括金属壳体，所述壳体包括工作部分，所述工作部分能够布置成平行于待处理表面，所述工作部分在外部覆以绝缘材料板，其特征在于，所述绝缘材料板由一中间聚合物层固定于所述工作部分，所述工作部分的内表面与所述金属壳体一起形成热交换器，所述热交换器连接于载热流体在其中流通的至少一个冷却回路。有利地，中间聚合物层在裂开之前的伸长率与线性热膨胀系数差相容，对于O至100°C的温度范围，该线性热膨胀系数差为O. 01 X 10_6/°C至1000X 10_6/°C。这允许绝缘材料板和电极的工作部分之间良好的附着，避免任何热机械损坏，例如一个相对于另一个的断裂或剪切。根据一个有利的实施方式，中间聚合物层在以下组中进行选择由现场化学反应产生的聚合物，热固性聚合物，热塑性聚合物，EVA (乙烯乙酸乙烯酯共聚物)，PVB (聚乙烯醇缩丁醛)。有利地，该层的厚度为O. 3至O. 7mm,因为该层需要厚度承受绝缘材料板和工作部分的尺寸变化。根据一个优选实施方式，中间层为PVB (聚乙烯醇缩丁醛)。根据一个优选实施方式，制冷流体是水。这种水优选地略含矿物质，以构成低传导率流体。电极特别有利地用既具有良好的导电系数也具有良好的导热系数的材料制成。通常，用既具有I至80m/ (Qmm2)之间的导电系数也具有50至400W/ (mK)的导热系数的材料制造金属壳体。金属材料有利地是铜。电介质层例如由氧化铝板、石英板或玻璃陶瓷板、或其它具有相同功能性的适当材料形成。优选地，在所述装置中，电极连接于一次冷却回路和二次冷却回路这两个冷却回路，其分别配有第一热交换器和第二热交换器。第二热交换器通过用低电导率材料制成的导管使一次冷却回路连接于二次冷却回路，这些导管的长度和截面计算成这些导管构成的绝缘电阻足以使该第二热交换器能够接地，仅产生可以忽略不计的漏泄电流。该实施方式的优点是，可对冷却回路进行任何操作，而不影响人员安全。根据一个有利的实施方式，二次冷却回路的供给导管和回流导管卷绕在一个卷筒上。该实施方式的一个优点是，不管导管长度如何，制冷系统在地面占用很小的地方。优选地，二次冷却回路的供给导管和回流导管并排布置在卷筒上。二次冷却回路还可包括控制系统，所述控制系统周期性地测定冷却流体的传导率。这种装置的有利的优选实施方式是上述关于电极的实施方式。本发明的另一方面是用于表面的DBD等离子体处理的平面电极的制造方法，其包括以下操作步骤(a)制造能被提高到高压的金属壳体，该壳体包括外部平面部分和能够使冷却流体在其中流通的内部空间；(b)在平面部分的外表面上布置一个聚合物薄片；
( c )将绝缘材料板定位在该聚合物层上；(d)加热电极，直至聚合物薄片软化；(e)使如此构成的电极组合件处于负压，直至可能的气泡消失；(f)使如此构成的电极组合件承压；(g)逐渐冷却电极。在步骤(a)，该壳体可制成多个部分，其按照现有技术人员公知的不同方法加以组装。在步骤(b)，用一聚合物层对该平面壳体的外表面(或外部部分)进行热涂覆。也可在两个预定位的表面之间注入聚合物。在步骤(e)和(f)将如此构成的电极置于负压腔室然后置于超压腔室的优点在于避免形成气泡，所述气泡容易产生局部电弧。根据一个有利的实施方式，聚合物层由聚乙烯醇缩丁醛(简称为PVB)构成。本发明的一个优点是，聚乙烯醇缩丁醛虽然在极高温下强度不大，但是，由于工作部分和绝缘材料的热膨胀系数之间的差异，其允许差异非常大的伸长率。
本发明的这些方面和其它方面在参照附图对本发明的具体实施方式
所作的详述中不出，在附图中图I是本发明的电极的局部等距投影剖视图；图2是图I所示的电极的供给卷绕装置的剖视图；图3是沿图2所示的卷绕装置的平面111-111的示意性剖面图；图4是包括两个冷却回路的整个电极的示意图。
具体实施例方式附图未按比例绘制(尤其是，厚度予以放大，以便于理解)。一般来说，类似元件在附图中用类似的附图标记标示。图I是本发明的电极的示意图。已研制出尤其用于大尺寸的大块玻璃的表面处理和/或涂覆的这种电极1，通常可以接近四米长，因此其被截断示出。这种电极I通常面对着另一个电极安装，由于在这些电极之间施加超高压高频电场，等离子体在分开这两个元件的间隙中产生。电极的“工作”部分，即朝向该第二电极36的部分，是这里示出其朝下的一个基本上呈平面的表面2 (图4)。现有技术人员面临的问题之一是在电离气体中出现火花的危险性。其排放强电流，不仅导致能量损失，而且也导致待处理表面中的缺陷和电极的损坏。为了避免这种现象，在电极之间的间隙中布置一电介质层4，其例如由氧化铝板、石英板或玻璃陶瓷板或其它适当的材料形成。间置这种电介质层4能解决击穿问题，但是，会带来其它限制，例如电极I的工作部分2和电介质层4之间的粘合。由于这两种材料具有难以相容的性质，因此，一般采用极为复杂的粘接技术，通常间置不同材料的中间层，这会增加电极的生产成本。此外，特别有利地，电极由导电性极佳的材料构成，尤其是为了减少焦耳效应损耗，这意味着要使用金属，例如铜、银等。不过，这些金属相对于绝缘材料通常具有高膨胀系数。因此，粘合层经受很大的剪切作用。因此，为了进行这种粘合，可考虑使用一中间层6代替公知技术(焊接、相容的分子涂覆、完全粘接)。但是，适当的中间材料的选择并非显而易见。该中间层6必须在待接合材料的表面之间具有严格的平行度，并且实际上必须能 够获得均匀接合，例如，通过避免形成容易产生电介质绝缘缺陷的小气泡。中间层6必须具有在异常应力状态下(温度和压力)可使两种材料保持在一起的附着性能。中间层6必须在裂开之前具有很大的伸长率，以应对由待接合材料的热膨胀差产生的机械应力。因此，该伸长率与待接合材料的线性热膨胀系数差相容，对于O至IOO0C的温度范围来说，该线性热膨胀系数为O. 01 X10—7°C至1000X 10_6/°C，优选地，为O. I X 10-6/。。至 100X 10-6/°C，更优选地，为 5X10-6/°C至 50X IO^V0C O所述中间层6还必须在很大的温度范围具有极佳的化学惰性，其可连续使用的最大温度可达80°c。根据一个优选实施方式，中间层是一聚合物层6，其具有“弹性”性能(例如弹性体)，或“粘弹性”性能，在断裂之前经得起很大的变形。所选中间层6不必是准备好使用的商品材料，其可现场用化学法形成，以适应上述需求。特别是，在适合这些机械标准的聚合物范围中，可考虑使用一种非常规粘合材料，即聚乙烯醇缩丁醛材料层6，主要因其透明性，这是一种通常用于制造挡风玻璃或防弹玻璃的聚合物。这样使用聚乙烯醇缩丁醛似乎有些不合逻辑，因为其光学性能在这里是绝对不重要的，而且其并不用于粘合玻璃层(显然不存在膨胀系数差问题)，而是进行金属和电介质之间的粘合。意想不到的是，试验结果是有说服力的，除非聚乙烯醇缩丁醛与等离子体室中遇到的温度范围完全不相容。应当知道，等离子体内的温度容易达到至少200°C，通常为200°C至600°C。因此，有必要研发出一种特定技术，能够限制粘合层6中温度升高。构成平表面2的一部分的电极主体是中空的，构成一个封闭的壳体8，冷却流体10在其中流通，从而构成第一热交换器2、8。该冷却流体从输入管12进入电极I中，从排出管14出离。壳体8配有有利于向冷却流体10散热的部件，例如导流板16。此外，应该不妨碍冷却流体10快速流通，因为旨在在电极I的整个表面上获得约30W/cm2的耗散。聚乙烯醇缩丁醛层6的厚度(附图中予以放大)计算成容易地承受由两个接合表面之间的伸长系数差产生的应力。此外，不能间置一太厚的层，其会减弱热能向冷却系统的传输和电能向等离子体的传输。良好的折衷方案是厚度约为O. 7mm。因此，必须研发出一种特定技术，以避免在粘合层6中存在气泡。实际上，存在气泡有引起同一粘合层中击穿的危险。因此，以下面的方式进行接合电极布置在一个密封腔室中，在聚乙烯醇缩丁醛薄片布置在平面部分的外表面上并且覆以一绝缘材料板之后，力口热电极，直至聚乙烯醇缩丁醛薄片软化。然后，使密封腔室处于负压下，以便于聚乙烯醇缩丁醛薄片脱气。因此，包封的微小气泡在粘性聚合物中向外转移，在此它们被去除，直至全部消失。然后，密封腔室增压，以便在接合的部件之间预加应力和进行紧密接触，最后，所述接合的部件被冷却。如上所述，很大的优点在于，电极能够尽可能快速地排放从等离子体传递的热能。因此，很大的优点在于其制成一个整体件。但是，这不排除其工作表面2和起热交换器2、8作用的密封壳体8接合的实施方式。电极I接合后，尚须安装在等离子体产生设备中，在此其被提高 到超高压。为避免电压分布不均匀，电极通过一个多点连接器18被供电，其使电极的不同区域并联。另一方面，由于使用聚乙烯醇缩丁醛而必须进行冷却，必须使载热流体在通常约40000伏的超高压下流通。这通常意味着，要在设备中安装与地绝缘的热交换器，因此，交换回路更复杂且体积庞大，从而增大发生事故的危险性。因此，力求研制一种比较简单、潜在危险性不大的系统。不是进行过载绝缘，而是选择在电极和接地之间间置一个高数值电阻元件，以使由此形成的漏泄电流取一个可以忽略不计的数值。因此，使用一种似乎不合逻辑的但具有一系列物理优点的载热流体纯水。实际上，略含矿物质的水是一种传导性极差的流体。这种水由两个用聚合物材料制成的本质上绝缘的长导管20和22输送到电极和离开电极。所需的电阻应用公式R=P . Ι/s计算，其中P=IO9Qm (蒸馏水的电阻率)I (m) =每个导管的长度s (m2) =每个导管的截面因此，通过确定导管20和22的足够长度和适当的截面，获得适当的电阻，使漏泄电流限制在一个容许值。如图2和3示意地示出，通过将这些导管卷绕在卷筒24上，这些导管的体积问题得以解决。为了避免在两个导管20和22之间、在其本身的管圈之间或在其相应的管圈之间发生短路，两个导管20和22具有相同的长度，且并排卷绕，以便在它们之间获得接近零的AV0此外，两个相邻的管圈26之间的AV始终极小。这样，当到达两个导管的端部时，其可无危险地连接至由一个普通热交换器构成的接地，此时，其与接地的电位差接近零。图4示意地示出安装在DBD设备中的电极。电极I布置成面对着待处理基底27。二次冷却回路34的从卷筒24出离的进入导管12和排出导管14接地(产生可以忽略不计的漏泄电流)，且连接于第二个热交换器28。该热交换器28的一次冷却回路32连接于制冷器组30，该热交换器28的二次冷却回路34通过卷筒24连接于电极I。电极I本身连接于高压(和高频)电路的一个极，另一个极连接于本身接地的反电极36。
对于现有技术人员来说，显然，本发明不局限于所述和所示的实施例。本发明具有每个新特征及其组合。附图标记的存在不能看作是限制性的。术语“具有或包括”的使用绝不能理解为排除上述元件以外的其它元件的存在。用于介绍一个元件的定冠词“一个或一”的使用不排除存在多个这些元件。本发明参照具体 的实施方式加以说明，所述实施方式完全是示例性的，不应视为限制性的。
权利要求
1.用于表面的介质阻挡放电等离子体处理的平面电极(1)，所述平面电极(I)用于提高到高压，包括金属壳体(8)，所述金属壳体(8)包括工作部分(2)，所述工作部分能够布置成平行于待处理表面(27)，所述工作部分(2)在外部覆以绝缘材料板(4)，所述平面电极(O的特征在于，所述绝缘材料板(4)由一中间聚合物层(6)固定于所述工作部分(2)。
2.根据权利要求I所述的平面电极，其特征在于，所述工作部分(2)的内表面与所述金属壳体(8) —起形成热交换器(2，8)。
3.根据权利要求2所述的平面电极，其特征在于，所述热交换器(2，8)适于连接于载热流体(IO )在其中流通的冷却回路(34 )。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的平面电极，其特征在于，所述中间聚合物层(6)在裂开之前的伸长率与线性热膨胀系数差相容，对于O至100°C的温度范围，所述线性热膨胀系数差为 O. Ol XlO-fVt^ 1000X 10-6/。。。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的平面电极，其特征在于，所述中间聚合物层(6)的材料在以下组中进行选择由现场化学反应产生的聚合物、热固性聚合物、热塑性聚合物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物EVA，聚乙烯醇缩丁醛PVB。
6.根据权利要求5所述的平面电极，其特征在于，所述中间聚合物层(6)用聚乙烯醇缩丁醛PVB制成。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的平面电极，其特征在于，载热流体是水，有利地，所述水略含矿物质，以构成低传导率流体。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的平面电极，其特征在于，所述金属壳体(8)用既具有I至80m/ ( Qmm2)的导电系数也具有50至400W/ (mK)的导热系数的材料制成。
9.根据权利要求8所述的平面电极，其特征在于，所述金属材料是铜。
10.包括用于表面的介质阻挡放电等离子体处理的平面电极(I)的装置，所述平面电极连接于至少一个冷却回路(34)，且用于提高到高压，所述平面电极(I)包括金属壳体(8)，所述金属壳体(8)包括工作部分(2)，所述工作部分能够布置成平行于待处理表面(27)，所述工作部分(2)在外部覆以绝缘材料板(4)，其特征在于，所述绝缘材料板(4)由一中间聚合物层(6)固定于所述工作部分(2)，所述工作部分(2)的内表面与所述金属壳体(8)—起形成热交换器(2，8)，所述热交换器连接于载热流体(10)在其中流通的至少一个冷却回路(34)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述平面电极连接于一次冷却回路(32)和二次冷却回路(34)这两个冷却回路，所述一次冷却回路和二次冷却回路分别配有第一热交换器(2，8)和第二热交换器(28)，所述第二热交换器(28)通过用低电导率材料制成的导管(20，22)将所述一次冷却回路(32)连接于所述二次冷却回路(34)，这些导管(20，22)的长度和截面计算成，这些导管(20，22)构成绝缘电阻，所述绝缘电阻足以使所述第二热交换器(28)能够接地，仅产生可以忽略不计的漏泄电流。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述二次冷却回路(34)的供给导管(20)和回流导管(22)卷绕在卷筒(24)上。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述二次冷却回路(34)的供给导管(20)和回流导管(22)并排布置在所述卷筒(24)上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述二次冷却回路(34)包括控制系统(38)，所述控制系统周期性地测定所述载热流体(10)的传导率。
全文摘要
一种用于表面的DBD等离子体处理的平面电极，所述平面电极包括提高到高压的金属壳体(8)，所述壳体配有工作部分(2)，所述工作部分用于布置成平行于待处理表面(27)。该工作部分(2)在外部覆以绝缘材料板(4)，所述绝缘材料板由一聚合物层(6)固定于工作部分。工作部分(2)的内表面与金属壳体(8)一起形成热交换器，所述热交换器连接于冷却流体(10)在其中流通的二次冷却回路(34)。
文档编号H05H1/24GK102859638SQ201180021657
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年4月30日
发明者E·蒂克霍, E·米歇尔, J·勒克莱尔克 申请人:旭硝子欧洲玻璃公司