干燥及预钝化装置及方法与流程

本发明属于零部件处理领域，更具体地涉及一种干燥及预钝化装置及方法。

背景技术：

准分子激光器是紫外波段重要的激光器件，依靠受激混合气体形成的分子向基态跃迁产生激光，受激混合气体一般是由惰性气体和卤素气体组成，如氩气(ar)和氟气(f2)、氪气(kr)和氟气、氙气(xe)和氯气(cl2)等。准分子激光器的放电腔为气体放电提供了空间，放电腔由多种零部件组成的，如电极、腔壁、风机、导流结构、散热器等，包含了金属、陶瓷、橡胶等多种材料，而氟、氯等卤素介质对大多数材料都具有极强的腐蚀性，会使得放电腔内的零部件在使用过程中消耗卤素介质发生腐蚀，生成有害产物，从而降低激光器的输出能量及稳定性，限制准分子激光器的使用性能及应用范围。

为了减少有害成分的引入、降低准分子激光器运行过程中腐蚀反应的程度，放电腔中各零部件在装配前需要进行超声波清洗、干燥处理，装配后需要进行钝化处理。超声波清洗处理是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进/流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离，达到去除零部件表面的附着物和碳氧化反应层的目的；干燥处理是为了彻底去除零部件表面及内部的水分；装配后的钝化处理是准分子激光器放电腔运行前的重要工艺步骤，能够减轻放电腔各零部件在激光器运行过程中的腐蚀反应。通过在放电腔内通入稀有气体和卤素气体和混合气体，并辅助一定频率的放电，各零部件的表面物质将与卤素介质充分反应，从而消除零部件表面的污染物，生成稳定的卤化物保护层。

然而，在超声波清洗去除碳氧化反应层后，各零部件在干燥、装配等过程及其中间转移过程均会暴露在大气环境中，其表面将不可避免的再次发生碳氧化反应。研究表明，金属材料直接接触卤素介质会生成卤化反应层，反应层在大气中暴露后基本稳定，但是如果al、cu等材料表面存在碳氧化反应层后，再进入含卤素介质的环境，碳氧化物将抑制卤化反应的进行，钝化处理后各零部件表面层将是由卤化物和碳氧化物(可能是一种或几种，也可能是碳氢氧及卤素共同存在的化合物)共同组成的。此条件下，激光器运行过程中这种各零部件表面层仍会缓慢的与卤素介质反应，进一步消耗卤素介质并生成有害气体。又由于10ppm量级的hf、o2、cf4等气体即可显著影响激光的输出功率，因此这种各零部件表面层的存在将成为影响激光输出能量的重要问题。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种干燥及预钝化装置及方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出一种干燥及预钝化装置，包括气室及分别与气室连接的总控制单元、抽真空单元及钝化气体控制单元，其中：

气室，用于盛放需要干燥及预钝化的零部件；

抽真空单元，用于吸入/排出空气，使所述气室处于真空/常压状态；

钝化气体控制单元，用于在气室处于真空状态时，向气室内注入钝化气体以对零部件进行预钝化，还用于在预钝化完成后，气室处于常压状态时将钝化气体排出；

总控制单元，在气室内注入钝化气体对零部件进行预钝化时，用于根据气室内的温度信息，向气室提供热量。

在本发明的一些实施例中，上述干燥及预钝化装置用于干燥及预钝化放电腔中的零部件。

在本发明的一些实施例中，上述钝化气体为惰性气体和卤素气体的混合气体，以使放电腔中的零部件表面形成卤化反应层。

在本发明的一些实施例中，上述总控制单元包括温度传感器、信号处理及控制器件及加热元件，其中：

温度传感器，用于检测气室内的温度信息，并将检测得到的温度信息传输至信号处理及控制器件；

信号处理及控制器件，与加热元件连接，用于根据温度信息，向加热元件发送控制信号以向气室提供热量，使气室内的温度恒定。

在本发明的一些实施例中，上述抽真空单元包括：

抽真空器件，用于吸入/排出空气，以使气室处于真空/常压状态；

真空检测器件，用于实时监测气室的真空度；

在本发明的一些实施例中，上述抽真空器件包括真空泵或真空阀。

在本发明的一些实施例中，上述钝化气体控制单元包括：

进气阀，用于在气室处于真空状态时，向气室内注入钝化气体以对零部件进行预钝化；

排气阀，用于在预钝化完成后，气室处于常压状态时将钝化气体排出。

在本发明的一些实施例中，上述总控制单元包括气体循环器件，用于匀化气室中的气体和温度；在气室内注入钝化气体对零部件进行预钝化时，气室内的温度范围为100℃～150℃。

在本发明的一些实施例中，上述干燥及预钝化装置还包括位于气室中的样品台、样品台支架及嵌于气室外壁的移动导轨，样品台通过样品台支架置于移动导轨上。

在本发明的一些实施例中，上述样品台为篮网结构，该篮网结构包括网格密度不相等的若干单元；

在本发明的一些实施例中，上述气室的内侧壁包括保温及防腐层，用于防止热量的散失及钝化气体对气室侧壁的腐蚀。

在本发明的一些实施例中，上述气室的侧壁安装有一密封门，通过密封门放置/取出零部件。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出一种干燥及预钝化方法，采用上述的干燥及预钝化装置，包括以下步骤：

步骤1、放置经超声波清洗后的零部件至气室中；

步骤2、采用抽真空单元对气室抽真空，使气室处于真空状态；

步骤3、采用钝化气体控制单元向气室中注入钝化气体以对零部件进行预钝化，同时总控制单元向注入钝化气体后的气室提供热量；

步骤4、一段时间后，总控制单元停止向气室提供热量，待气室中的温度降至室温后，钝化气体控制单元将气室中的钝化气体排出，完成零部件的干燥及预钝化。

为了实现上述目的，作为本发明的再一个方面，本发明提出一种放电腔中零部件的处理方法，采用上述的干燥及预钝化方法，在步骤4后还包括：

步骤5、取出零部件，进行装配及装配后的钝化处理。

本发明提出的干燥及预钝化装置及方法，具有以下有益效果：

1、采用本发明提出的干燥及预钝化装置在真空条件下对零部件进行干燥和预钝化处理，使得零部件表面生成稳定保护层，防止零部件在后续加工和使用过程中被碳、氢、氧及其他元素污染，从而提高零部件的抗腐蚀能力和可靠性，延长零部件的使用寿命；

2、采用干燥及预钝化装置对准分子激光器放电腔中的零部件进行处理，使得零部件表面形成卤化反应层，此卤化反应层在暴露于大气后基本稳定，因此可有效避免通常对零部件的处理时，装配过程及其中间转移过程中零部件暴露于空气时发生碳氧化反应；从而可减少准分子激光器放电腔中的零部件在装配过程及准分子激光器运行过程中碳、氢、氧等有害组分的引入，保证放电腔中各零部件的表面能生成稳定的卤素钝化保护层；

3、由于提出的干燥及预钝化装置对准分子激光器放电腔中的零部件进行预钝化和干燥处理，即零部件的干燥及预钝化处理同时进行，因此可避免零部件在干燥过程中与空气的接触，从而可进一步避免干燥加热过程中零部件暴露于空气时发生碳氧化反应；且由于在对放电腔内的零部件进行钝化处理时，零部件已经进行了预钝化处理，因此可减少激光器运行前钝化处理的时间，有助于提高设备的装配效率；

4、由于该装置配置有气体循环器件，且在干燥和预钝化过程中气室内的温度恒定，因此可保证所有零部件都能够快速且充分的完成预钝化处理，预钝化生成的预钝化层成分、结构、厚度等相同；

5、本发明提出的装置及方法，可用于处理任何需要进行干燥和/或预钝化处理的零部件。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的干燥及预钝化装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提出的干燥及预钝化装置中样品台的结构示意图；

图3是本发明一实施例提出的干燥及预钝化方法的操作流程图；

图4是本发明一实施例提出的干燥及预钝化方法的详细流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种干燥及预钝化装置，包括气室及分别与气室连接的总控制单元、抽真空单元及钝化气体控制单元，其中：

气室，用于盛放需要干燥及预钝化的零部件；

抽真空单元，用于吸入/排出空气，使所述气室处于真空/常压状态；

钝化气体控制单元，用于在气室处于真空状态时，向气室内注入钝化气体以对零部件进行预钝化，还用于在预钝化完成后，气室处于常压状态时将钝化气体排出；

总控制单元，在气室内注入钝化气体对零部件进行预钝化时，用于根据气室内的温度信息，向气室提供热量。

本发明还公开了一种干燥及预钝化方法，采用上述的干燥及预钝化装置，包括以下步骤：

步骤1、放置经超声波清洗后的零部件至气室中；

步骤2、采用抽真空单元对气室抽真空，使气室处于真空状态；

步骤3、采用钝化气体控制单元向气室中注入钝化气体以对零部件进行预钝化，同时总控制单元向注入钝化气体后的气室提供热量；

步骤4、一段时间后，总控制单元停止向气室提供热量，待气室中的温度降至室温后，钝化气体控制单元将气室中的钝化气体排出，完成零部件的干燥及预钝化。

采用上述干燥及预钝化装置及方法，在超声波水洗后，在真空条件下对零部件同时进行干燥和预钝化处理，可使得零部件表面生成稳定保护层，从而防止零部件在后续装配、使用中被碳、氢、氧及其他元素污染，从而提高零部件的抗腐蚀能力和可靠性；

在本发明的一些实施例中，旨在提出一种干燥及预钝化装置及方法，以解决超声波水洗后，准分子激光器的放电腔中各零部件在干燥加热过程、装配过程及其中间转移过程中暴露在大气中时，再次发生碳氧化反应，使得在完成准分子激光器运行前的钝化处理后，各零部件表面层仍包含碳、氢、氧等有害组分，从而不能达到预期钝化效果，显著影响准分子激光器输出功率的问题。

因此，将准分子激光器的放电腔中的各零部件进行超声波清洗后，采用上述公开的干燥及预钝化装置及方法进行干燥及预钝化处理。其中的钝化气体采用惰性气体和卤素气体的混合气体，以使放电腔中的零部件表面形成卤化反应层。由于是在真空条件下加入了对放电腔中各零部件的预钝化处理，使得零部件表面能够生成卤化反应层，此卤化反应层在暴露于大气后基本稳定；且预钝化过程与干燥过程同时进行，因此可有效避免通常对零部件的处理时，干燥加热过程、装配过程及其中间转移过程中零部件暴露于空气时发生碳氧化反应，从而可减少准分子激光器激射过程中碳、氢、氧等有害组分的引入，且能够保证放电腔中各零部件在后续的钝化处理时，表面能生成稳定的卤素钝化保护层。

因此，本发明还公开了一种放电腔中零部件的处理方法，采用上述的干燥及预钝化装置，包括以下步骤：

步骤1、放置经超声波清洗后的零部件至气室中；

步骤2、采用抽真空单元对气室抽真空，使气室处于真空状态；

步骤3、采用钝化气体控制单元向气室中注入钝化气体以对零部件进行预钝化，同时总控制单元向注入钝化气体后的气室提供热量；

步骤4、一段时间后，总控制单元停止向气室提供热量，待气室中的温度降至室温后，钝化气体控制单元将气室中的钝化气体排出，完成零部件的干燥及预钝化。

步骤5、取出零部件，进行装配及装配后的钝化处理。

在本发明的一些实施例中，上述步骤4具体为：反应一段时间后总控制单元停止向气室提供热量，待气室温度降至室温附近时，通过钝化气体控制单元排出气室中的卤素气体，避免卤素气体直接排向大气造成危害；然后通过抽真空装置向气室中充入空气至常压后关闭；再次通过钝化气体控制单元排出此时气室中的气体至真空状态后关闭。多次重复上述操作，大约重复3～5次，从而保证气室中不再包含卤素气体

在本发明的一些实施例中，上述总控制单元包括温度传感器、信号处理及控制器件及加热元件，其中：

温度传感器，用于检测气室内的温度信息，并将检测得到的温度信息传输至信号处理及控制器件；

信号处理及控制器件，与加热元件连接，用于根据温度信息，向加热元件发送控制信号以向气室提供热量，使气室内的温度恒定。

由于在预钝化过程中，气室内的温度恒定，因此可保证气室中所有零部件都能够快速且充分的完成预钝化处理，因此可保证零部件与钝化气体反应时，反应过程充分且稳定，从而使得零部件表面生成均匀且稳定的保护层。

在本发明的一些实施例中，上述抽真空单元包括：

抽真空器件，用于吸入/排出空气，以使气室处于真空/常压状态；

真空检测器件，用于实时监测气室的真空度；

其中的抽真空器件包括真空泵或真空阀等。

在对气室进行抽真空过程中，根据实时监测的气室的真空度，决定是否完成抽真空，通常，气室内的真空度应保证低于100pa的预设值，从而避免了零部件在预钝化过程中与空气的接触。

在本发明的一些实施例中，上述述钝化气体控制单元包括：

进气阀，用于在气室处于真空状态时，向气室内注入钝化气体以对零部件进行预钝化；

排气阀，用于在预钝化完成后，气室处于常压状态时将钝化气体排出。

在本发明的一些实施例中，上述钝化气体为惰性气体和卤素气体的混合气体。

在本发明的一些实施例中，在气室内注入钝化气体对零部件进行预钝化时，气室内的温度范围为100℃～150℃。

在本发明的一些实施例中，上述总控制单元还包括气体循环单元，用于匀化所述气室中的气体和温度。

通过匀化气室中的气体和温度后，可使气室内的钝化气体保持一定的均匀度，从而可保证预钝化过程和干燥过程的均匀进行，使得生成的卤化反应层均匀度高，零部件充分干燥。

在本发明的一些实施例中，上述干燥及预钝化装置还包括位于气室中的样品台、样品台支架及嵌于气室外壁的移动导轨，该样品台通过样品台支架置于移动导轨上。其中，样品台可通过总控制单元的控制在移动导轨上移动，以方便待干燥和预钝化的零部件的放置和取出。

在本发明的一些实施例中，上述样品台为篮网结构，该篮网结构的样品台包括网格密度不相等的若干单元。

之所以为篮网结构，是为了增加钝化气体与零部件地面的接触，避免局部预钝化不足的缺陷；且由于包括网格密度不相等的若干单元，因此可将尺寸不同的零部件，放置样品台的不同网格密度的单元上，以使得本实施例的干燥及预钝化装置可应用于各种尺寸的零部件的干燥及预钝化。其中，样品台可根据需干燥及预钝化的零部件的尺寸，设置成相匹配的若干单元，或者更换为相匹配的样品台。

在本发明的一些实施例中，上述气室的内侧壁包括保温及防腐层，用于防止热量的散失及钝化气体对气室侧壁的腐蚀。

在本发明的一些实施例中，上述气室的侧壁安装有一密封门，通过密封门放置/取出零部件。

在本发明的一些实施例中，抽真空单元和钝化气体控制单元中的各种进出气管均采用耐卤素腐蚀的材料，从而延长干燥及预钝化装置的使用寿命，避免预钝化过程中其他物质的引入。

在本发明的一些实施例中，总控制单元嵌于气室的外侧壁，且与气室相通；抽真空单元、钝化气体控制单元中的各种气阀及气管与气室相通，以实现气室内真空/常压状态的改变、钝化气体的注入/排出。

在本发明的一些实施例中，整个干燥及预钝化装置外安装金属外壳进行固定和保护。

需要说明的是，本发明公开的干燥及预钝化装置及方法可用于对任何需要干燥和/或预钝化处理的零部件，进行干燥和/或预钝化。

以下以arf准分子激光器放电腔中的零部件为例，结合附图及具体实施例，对本发明提出的干燥及预钝化装置及方法进行进一步的详细描述。

实施例

本实施例提出一种干燥及预钝化装置及方法，用于对arf准分子激光器放电腔中的零部件进行干燥及预钝化。

如图1所示，其中干燥及预钝化装置包括气室1、抽真空单元2、钝化气体控制单元3、总控制单元4、样品台5、样品台支架6、移动导轨7、密封门8和金属外壳9；

其中气室1的内侧壁具有保温防腐层11，以防止卤素介质对气室壁的腐蚀及热量的散失。

抽真空单元包括气阀21、空气管22和真空度检测仪23，钝化气体控制单元3包括进气阀31、进气管32、排气阀33和排气管34；空气管22、进气管32及排气管34均采用耐卤素腐蚀的材料聚四氟乙烯。空气管22在气阀21打开且处于注入气体状态时，向气室1中注入空气；在气阀21打开且处于排出气体状态时，排出从气室1中抽取的空气。进气管32在进气阀31打开时，向气室1中注入钝化气体；排气管34在排气阀33打开时，排出从气室1中抽取的钝化气体。气阀21、进气阀31及排气阀33用于实现反应不同阶段对气室1内预钝化、真空及破真空的要求。

总控制单元4包括温度传感器41、信号处理与控制器件42、加热元件43及气体循环器件44。温度传感器41用于检测气室1的温度，并将检测结果输出到信号处理与控制单元42，以控制加热元件43向气室1中提供热量，从而实现气室1内温度的控制，气室1的温度控制在100℃～110℃范围内；气体循环器件44用于实现气室1内温度和气体含量的均匀化。

其中，样品台5为篮网结构，如图2所示，具有两种不同空隙密度的子单元，空隙密度小的部分51可放置放电腔中的电极、腔壁、导流板等尺寸较大的零部件，空隙密度大的部分52可放置标准件等尺寸较小的零部件。

样品台支架6和篮网结构的样品台5在总控制单元4的控制下，可通过移动导轨7实现在气室内的运动，从而方便装卸反应前后的放电腔的零部件。

各个需要干燥及预钝化的零部件通过密封门8放置于样品台5上，待干燥和预处理完成后，再通过密封门8从样品台5上取走。

其中，钝化气体为氖气及氟气的混合气体，其组成与准分子激光器钝化的气体成分与比例相同或类似。

金属外壳9用于对干燥及预处理装置的其他组成部分进行固定和保护。

采用上述的干燥及预钝化装置对放电腔内的零部件进行干燥及预钝化时，如图3～4所示，具体包括以下步骤：

步骤1、放置经超声波清洗后的零部件至气室1中；

具体地，打开密封门8，将充分超声波水洗后的放电腔的零部件电极、陶瓷导流板、标准件等装入如图1的样品台5上，其中电极、导流板等尺寸较大的零部件放置在如图2所示的空隙密度小的部分51上，尺寸较小的标准件等放置在空隙密度大的部分52上。

步骤2、采用抽真空单元2对气室1抽真空，使气室1处于真空状态；

具体地，关闭密封门8，打开气阀21并将其置于排出气体状态，对气室1抽真空至设定值100pa后关闭。

步骤3、采用钝化气体控制单元3向气室1中注入钝化气体以对零部件进行预钝化，同时总控制单元4向注入钝化气体后的气室1提供热量，并控制气室1内的温度在恒定范围内；

具体地，打开进气阀31，通过进气管32向气室1中充入ne与f2的混合气体，在气室1中形成设定的钝化气氛，启动加热元件43，通过温度传感器41及信号处理与控制器件42调节气室1的温度在100℃～110℃范围内恒定，通过气体循环器件44保证温度及气体分布的均匀性。

步骤4、一段时间后，总控制单元4停止向气室1提供热量，待气室1中的温度降至室温后，钝化气体控制单元3将气室中的钝化气体排出；

反应一段时间后关闭加热元件43，待气室1温度降至室温附近打开排气阀33，通过排气管34抽出气室1中的钝化气体并进行处理，避免卤素气体直接排向大气造成危害，然后打开气阀21并将其置于注入气体状态，通过空气管22向气室1中充入空气至常压后关闭；再次打开排气阀33抽出此时气室1中的气体至真空状态后关闭。多次重复上述操作，大约重复3～5次后，保证气室1中不再包含卤素气体

步骤5、取出零部件，完成零部件的干燥及预钝化。

具体地，待气室1恢复常压状态时，打开带有密封门8，取出完成预钝化的零部件。

完成预钝化的零部件即可安装至放电腔进行装配，以用于准分子激光器的后续钝化处理及运行。

需要说明的是，本实施例提出的干燥及预钝化装置中各组成部分的位置并不限于如图1所示的位置，各组成部分可置于能保证实现其功能的任何位置。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。