专利名称：一种等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体处理装置，特别是一种在常压低温下对材料表 面进行放电等离子体处理的等离子体处理装置。
背景技术：
随着等离子体技术的发展，等离子体处理装置在现代工业中已经得到了 越来越多的应用，尤其是在对材料的表面处理和改性方面取得了很大的进
步。经过等离子体处理，可以使对材料的表面进行表面刻蚀(通常是lOOnm 以内)，并进一步的可以使材料表面的化学组成和结构发生改变，从而达到 表面改性的目的。以纺织面料为例，可以根据实际的需要调整等离子的工艺 参数，从而针对面料表面的亲水憎水性，色牢度和手感等特性进行处理。目 前的等离子体处理装置中，用于放电产生高压等离子体的高压电极和低压电 极一般都是两块间隔一定空隙的平面，对于这种设计，可以很方便的产生大 面积的等离子体；但是，由于电场边缘效应的存在，往往两个电极边缘的放 电要远远高于中间部分，导致产生的等离子体均匀性很差。另外，这种形式 的电极所能处理的材料宽度有限，因为为了处理更宽的材料，就必须增加电 极的长度，然而随着电极长度的增加，都会在自身重力下产生弯曲和形变； 对于等离子体处理，高压电极和低压电极的距离都是经过精确计算和控制 的，弯曲和变形会使放电的均匀性大大P争低甚至完全无法工作，人们虽然设 计了各种吊装方式来克服弯曲和形变，但始终无法完全解决这一问题；上述
的等离子体处理装置中，工作气体和保护气体都是随待处理的材料，从材料 的进入端输入，从材料的输出端排出，这种进气方式造成了等离子体处理过 程中的气体分布不均匀，影响了处理效果，而且为了使气体输入等离子体放 电区域，不得不加大电极之间的距离，从而提高了工作电压和设备功率，造 成能源的浪费，为了减小电极间的距离，就必须改变现有的进气方式而采用 在电极板上均匀的设置很多排气口的方式，工作气体直接从所述排气口进入 等离子体放电区域，这种方式虽然减小了电极之间的距离，降低了工作电压 和设备功率，但是，由于极板上排气口的存在，破坏了极板间电场的均匀性。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有等离子体处理设备的缺陷，从而提供一种 放电均匀的等离子体处理装置。
本发明的一种等离子体处理装置，包括用于放电产生等离子体的电极，
所述电极包括电极本体104和覆盖在所述电极本体104表面的绝缘介质层 101，其特征在于，所述电极本体和所述绝缘介质101之间还设有导电填充 层103。
上述等离子体处理装置中，所述电极本体104包括至少一个导电圓柱体， 所述圆柱体的外表面包覆有绝缘介质层101,所述圆柱体与所述绝缘介质层 101之间设有导电填充层103。
上述等离子体处理装置中，所述导电圓柱体为中空的导电圆柱管201， 所述圆柱管内部201设有散热装置。
进一步地，所述散热装置优选通有流体的管道或直接在所述圓柱管内通 有流体。
进一步地，所述流体为空气、氮气、氩气等气体或者水、盐水、丙二醇 水溶液等液体。。
进一步地，还包括用于固定所述电极的吊装件301,所述吊装件301下 部设有沿所述圆柱状电极本体纵向轴的开口 ，所述开口的宽度d、于所述圆柱 状电极本体的直径，所述圓柱状电极固定于所述开口上，沿所述圓柱状电^L 本体的纵向轴可以设有一个或多个吊装件301。
进一步地，还包括气体供给装置，所述电极由至少两个所述圆柱状电极 本体组成，所述气体供给装置将工作气体和保护气体通过圆柱状电极本体之 间的缝隙输送到等离子体放电区域。
上述等离子体处理装置中，所述电极为平面电极，所述平面电极的表面 覆盖有绝缘介质层101，所述平面电极与所述绝缘介质层101之间设有导电 的填充层103。
上述等离子体处理装置中，所述填充层103四周设有绝缘密封层102， 所述绝缘密封层102由绝缘密封胶和含氟硅橡胶"0"型圈组成。
进一步地，所述填充层103中设有吸气剂，用以吸附填充层中的水气和 氧气，所述吸气剂可以掺杂在所述填充层材料中，也可以集中在一块区域内， 该区域优选设置在填充层103的四周边缘。
上述等离子体处理装置中，所述填充层103为导电粉末填充层或导电网，
所述导电网的网格中还可以填充有导电粉末。
进一步地，所述导电粉末为金属粉末、石墨粉、碳纳米管或各种导电纳
米颗粒，所述导电粉末的粒度优选大于100目，更优选的粒度为大于300目。 上述等离子体处理装置中，所述绝缘介质层101的材料为玻璃、硅橡胶、
陶瓷或绝缘金属氧化物，所述玻璃包括派热克斯玻璃、K9玻璃、钢化玻璃或
石英玻璃等耐温至少为400°C的玻璃，所述绝缘金属氧化物包括氧化铝、蓝
宝石和二氧化钛等。
进一步地，所述绝缘介质层101的厚度优选0. lcm-lcm。 本发明的等离子体处理装置，具有以下优点
1. 电极本体和绝缘介质层中间设有导电填充层，可以填充两者之间的 缝隙，尤其是使用导电粉末时，由于导电粉末的存在，使得电极放电在空间 的分布更加均匀，颗粒目数越大，会越好的填充电才及本体和绝缘介质层中间 的缝隙，放电的均匀性越好，对材料的表面进行处理就可以得到更均勻的处 理效果；
2. 由于进行放电工作时的温度较高，所以普通的金属粉末颗粒容易氧 化，失去导电性，本发明使用绝缘密封胶对填充层进行绝缘密封，大大降低 了氧化的可能性，如果使用不易被氧化的石墨粉和碳纳米管，可以提高填充 层的寿命；为了彻底解决氧化问题，本发明在对填充层进行密封的同时，还 密封了少量的吸气剂，从根本上解决了导电颗粒被氧化的问题；
3. 在圆柱管内直接采用流体冷却的方式，可以保证圆柱状电极始终在 较低的温度下工作，主要可以(1)避免了高温带来的对待处理材料的热损 伤；(2)由于导电圆柱管和绝缘介质层以及填充层采用了不同的材料，它们 具有不同的热膨胀系数，较低的工作温度避免了高温所引起的不同膨胀形变 而可能对电极造成的破坏及损伤。
4. 本发明的吊装方式采用吊装件下部沿圓柱状电极纵向轴开口的设计， 这种方式可以保证圆柱状电极本体下端的放电不会受到吊装件的影响，而且 可以在每;^艮圆柱状电极本体上沿纵向轴采用多个吊装件，避免当圆柱状电极 本体过长时产生的弯曲和变形，从而可以实现对更宽的材料表面的处理，大 大提高了对材料表面处理的能力和效率。
5. 本发明的气体供给装置将工作气体和保护气体从圆柱状电极本体之 间的缝隙中直接注入，既保证了在整个等离子处理过程中气体的均匀性，大 大提高了处理效果。
6.填充层中在导电网的网格中填充导电粉末的做法，可以既借助导电 网作为连接用电极，又可以充分利用导电粉末的均匀致密的填充，以达到均 匀放电的目的。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图1平板电极结构示意图； 图2中空导电圆柱管电极本体结构图； 图3是图2的中空导电圆柱管电极本体的吊装结构； 图4 一种等离子体处理装置的结构图； 图5圆柱状电极和气体供给装置的侧视图； 图6另一种等离子体处理装置的结构图； 图7又一种等离子体处理装置的结构图。
具体实施例方式
下面参照附图1-7,结合具体的实施例对本发明进行详细的描述。 图1所示为一种平板电极结构图，该电极包括平面电极本体104、覆盖 于所述平面电极本体104之上的绝缘介质层101,以及位于所述平面电极本 体104和所述绝缘层之间的填充层103。
上述绝缘介质层101的材料可以为石英玻璃、陶瓷、钢化玻璃、绝缘金 属氧化物、Si胶或其他绝缘介质材料，本领域的技术人员应该清楚，使用不 同的绝缘介质，厚度也要相应的进行调整， 一般来说，绝缘介质的厚度在 0. lcm-lcm之间。填充层103材料优选铜粉，也可以使用其他金属粉末如银 粉、铝粉、铜粉等，或者其他导电粉末如石墨粉，甚至纳米管、纳米线、纳 米颗粒等导电纳米材料，如》友纳米管、硅纳米线、4艮纳米粉等。平面电极本 体104可以为导电平板，如金属板、碳板或者镀有导电膜的平板，也可以为 导电网，如不锈钢网、铜网、铜合金网、银网、铝网等金属导电材料编制的 网。
电极在放电过程中会产生高温，从而导致填充层材料的氧化，使其失去 导电性，为了防止填充层材料氧化，可以使用含氟硅橡胶"0"型圈辅以绝 缘密封胶将填充层的四周密封，对于粉末状的填充材料来讲，还可以防止填 充层受到污染。当然，即使用绝缘密封胶密封，仍然会有残留气体依附在电
极本体或介质的内壁上，随着放电时温度的升高而释》文出来，如氧气和水蒸 气会对电极材料进行氧化从而改变电极材料的导电性能，因此，还可以进一 步地在所述填充层中^f吏用吸气剂来吸收残留气体，吸气剂既可以同填充层材 料掺杂在一起，也可以专门为吸气剂留出安装位置，如将吸气剂设置在填充 层与绝缘密封胶之间的区域，既可避免吸气剂影响填充层材料导电性能，又 可实现高真空密封。
本领域的技术人员能够理解，只要使用图1的平板电极替代普通等离子 体处理装置中的平板电极，就成为本发明的新型等离子处理装置，其他装置 都与现有等离子体处理装置相同。
图2所示为一种中空导电圆柱管电极本体的结构，电极本体104为中空 金属圆柱管，其外壁上套有壁厚0. 5cm的石英玻璃管作为绝缘介质层101, 一般来讲，绝缘介质层的厚度在0. lcm-lcm范围内，随着绝缘介质种类的不 同，厚度也会有所变化，但作为本领域的技术人员应当能够理解和掌握。在 石英玻璃管和中空金属圆柱管中间的缝隙中填充有目数约为5 00目的石墨粉 作为填充层103,并且缝隙的两端用耐高温绝缘密封胶102密封住；为了保 证电极放电时温度不至于过高，在中空金属圆柱管的内部201还可以设置通 有低温流体的冷却管道(图中未示出)对电极进行降温，所述流体包括空气、 氮气、氩气等气体或水、盐水、丙二醇水溶液等液体；更简单的办法是在中 空金属圆柱管的内部201直接通有低温气体来达到降温的目的，所述气体包 括空气、氮气和氩气等气体。
上面介绍了平面形状的电极本体和圆柱管形状的电极本体，作为本领域 的技术人员应当理解，其他形状和结构的电极本体也适用于本发明，都应当 在本发明的范围内。
图3是图2的中空导电圆柱管电极本体的吊装结构，用于固定所述电极 的吊装件301下部设有沿所述圆柱管纵向轴的开口，所述开口的宽度小于所 述圆柱管电极本体的直径，覆盖有绝缘介质层和填充层的圆柱管电极本体固 定于所述开口上，沿所述圓柱状电极本体的纵向轴可以设有一个或多个吊装 件301。
图4-图5给出了本发明的一种等离子体处理装置，包括高压电极、低压 电极和位于所述高压电极和低压电极之间的等离子体;^文电区域。该装置中高 压电极由许多根图2所示的圆柱状电极406平行排列而成，并且采用图3所 示的吊装方式，各个圓柱状电极406之间都留有空隙，在高压电极上方罩有
密闭的上壳体402,所述上壳体402的上部设有风扇304和进气孔401,工 作气体和保护气体由进气孔401进入，被所述风扇304带动，经过一个可对 气体进行均匀分配的匀气装置(图中未标出)后，从所述圆柱状电极406之间 的空隙中流出到等离子放电区域，高压电极的下方为整块的玻璃平板407, 所述玻璃平板的下表面镀有一层金属膜408作为低压电极，通过控制玻璃平 板407的厚度和高压电极与低压电极的距离可以控制等离子体放电的强度， 这是本领域人员公知的技术，整个玻璃平板407的四周边缘被下壳体405支 撑，为了控制工作温度，低压电极下方还设有鼓风机和冷凝器409,所述鼓 风机吹出的气体通过鼓风机风道409,经冷凝器409冷却后，冷却气体404 从下方吹向低压电极，并从下壳体405四周的通风管道410排出。
图6给出了本发明的另一个实施例，该等离子体处理装置是由两组图4 所示的装置串联而成，需要处理的材料经过第一等离子体处理装置后，经过 滚筒将上下表面对调，接着送入第二等离子体处理装置，这样，这样，可以 保证待处理材料的两个表面都得到充分的反应和处理，大大提高了材料表面 的光滑度以及均匀性。根据材料处理需要可进一步增加等离子体处理装置的 组数。
图7给出了本发明的又一实施例，该实施例在图4的等离子体处理装置 基础上稍作改进，将低压电极也设计成多个圓柱状电极平行排列的结构，并 且上下的圆柱状电极都——对应，接通电源后，在上下相对应的圆柱状电极 之间产生》史电，形成等离子体。需要处理的材料经过第一等离子体处理装置 后，经过滚筒将上下表面对调，接着送入第二等离子体处理装置。同样地， 根据材料处理需要可进一步增加装置的组数。
上面参考附图结合具体的实施例对本发明进行了描述，然而，需要说明
的是，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 可以对上述实施例作出许多改变和修改，这些改变和修改都落在本发明的权 利要求限定的范围内。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，包括用于放电产生等离子体的电极，所述电极包括电极本体(104)和覆盖在所述电极本体(104)表面的绝缘介质层(101)，其特征在于，所述电极本体和所述绝缘介质(101)之间还设有导电填充层(103)。
2. 根据权利要求l所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述电极 本体(104)包括至少一个导电圆柱体，所述圆柱体的外表面包覆有绝缘介 质层(101 )，所述圆柱体与所述绝缘介质层(101 )之间设有导电填充层(103 )。
3. 根据权利要求2所述等离子体处理装置，其特征在于，所述导电圆 柱体为中空的导电圆柱管(201),所述圆柱管内部(201)设有散热装置。
4. 根据权利要求3所述等离子体处理装置，其特征在于，所述散热装 置为通有流体的管道。
5. 根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述流体 为空气、氮气、氩气、水、盐水或丙二醇水溶液。
6. 根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述圆柱 管内部(201)直接通有用于冷却的流体。
7. 才艮据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述流体 为空气、氮气或氩气。
8. 根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括用 于固定所述电极的吊装件(301),所述吊装件(301)下部设有沿所述圆柱 状电极本体纵向轴的开口 ，所述开口的宽度小于所述圆柱状电极本体的直 径，所述圆柱状电极固定于所述开口上，沿所述圆柱状电极本体的纵向轴可 以设有一个或多个吊装件(301)。
9. 根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，还包括气体 供给装置，所述电极由至少两个所述圆柱状电极本体组成，所述气体供给装 置将工作气体和保护气体通过圆柱状电极本体之间的缝隙输送到等离子体 》文电区i或。
10. 根据权利要求l所述等离子体处理装置，其特征在于，所述电极为 平面电极，所述平面电极的表面覆盖有绝缘介质层(101),所述平面电极与 所述绝缘介质层(101)之间设有导电的填充层(103 )。
11. 根据权利要求l所述等离子体处理装置，其特征在于，所述填充层 (103)四周设有绝缘密封层(102)。
12. 根据权利要求11所述等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘 密封层(102)由绝缘密封胶和含氟硅橡胶"0"型圏组成。
13. 根据权利要求11所述等离子体处理装置，其特征在于，所述填充 层(103)中设有吸气剂。
14. 根据权利要求13所述等离子体处理装置，其特征在于，所述吸气 剂掺杂在所述填充层材料中。
15. 根据权利要求13所述等离子体处理装置，其特征在于，所述吸气 剂集中在所述填充层的某一 区域。
16. 根据权利要求15所述等离子体处理装置，其特征在于，所述区域 设置在填充层(103)的四周边缘。
17. 根据权利要求l所述等离子体处理装置，其特征在于，所述填充层 (103)为导电粉末填充层或导电网。
18. 根据权利要求17所述等离子体处理装置，其特征在于，所述导电 网的网格中填充有所述导电粉末。
19. 根据权利要求17或18所述等离子处理装置，其特征在于，所述导 电粉末为金属粉末、石墨粉、碳纳米管或各种导电纳米颗粒。
20. 根据权利要求17或18所述等离子体处理装置，其特征在于，所述 导电粉末的粒度大于100目。
21. 根据权利要求17或18所述等离子体处理装置，其特征在于，所述 导电粉末的粒度大于300目。
22. 根据权利要求l所述等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘介 质层(101)的材料为玻璃、硅橡胶、陶资或绝缘金属氧化物。
23. 根据权利要求22所述等离子体处理装置，其特征在于，所述玻璃 的耐温大于或等于400°C
24. 根据权利要求22所述等离子体处理装置，其特征在于，所述玻璃 为派热克斯玻璃、K9玻璃、钢化玻璃或石英玻璃。
25. 根据权利要求22所述等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘 金属氧化物为氧化铝、蓝宝石或二氧化钛。
26. 根据权利要求l所述等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘介 质层(101)的厚度为0. lcm-lcm。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理装置，包括用于放电产生等离子体的电极，所述电极包括电极本体(104)和覆盖在所述电极本体(104)表面的绝缘介质层(101)，其特征在于，所述电极本体和所述绝缘介质(101)之间还设有导电填充层(103)；本发明的电极本体和绝缘介质层中间设有导电填充层，可以填充两者之间的缝隙，尤其是使用导电粉末时，由于导电粉末的存在，使得电极放电在空间的分布更加均匀，颗粒目数越大，会越好的填充电极本体和绝缘介质层中间的缝隙，放电的均匀性越好，对材料的表面进行处理就可以得到更均匀的处理效果。
文档编号H05K7/20GK101351075SQ200710119339
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者刘文革, 李玉玲 申请人:李玉玲;刘文革