大放電間距下常溫輝光放電低溫等離子體材料處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種大放電間距下常溫輝光放電低溫等離子體材料處理裝置，涉及低溫等離子體材料處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體放電產(chǎn)生的低溫等離子體中含有大量的、種類繁多的活性粒子，這些活性粒子與材料接觸，能使其表面發(fā)生刻蝕、氧化、還原、交聯(lián)、聚合、接枝等反應(yīng)，引起材料表面化學成分和物理化學性質(zhì)的變化。這種表面處理方法具有工藝簡單、操作簡便、耗能低、對環(huán)境無污染等特點。特別是在醫(yī)用材料行業(yè)中，這種方法用于刻蝕活化、接枝改性、聚合或沉積覆膜等，對表層進行清潔、活化、粗糙化，或通過在材料表面引進新的化學基團、低溫等離子中的活性粒子與材料表面反應(yīng)聚合沉積形成薄膜等過程來達到表面改性的目的。
[0003]對高分子材料進行表面處理時，通常利用低氣壓輝光放電方式來獲得材料表面處理所需的低溫等離子體，或在大氣壓下進行電暈放電、電弧放電、介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體對材料表面進行處理。但目前所有這些產(chǎn)生低溫等離子體的方法，在放電的過程中都會產(chǎn)生熱能，即施加多少能量基本上就產(chǎn)生多少焦耳熱，處理時間越長，放電溫度即越高。這對處理許多不耐溫的材料，如人工晶體，人造血管，隱形眼鏡，無紡布，高分子薄膜，生物芯片等材料，如果用目前常規(guī)的這些放電方式產(chǎn)生低溫等離子體就會因為放電過程中產(chǎn)生的熱和比較高的溫度而損壞這些類型的材料，或使材料因熱變形，或使材料尺寸收縮，或使材料擊穿。
[0004]在常規(guī)的介質(zhì)阻擋放電中，只能產(chǎn)生絲狀放電，特別是大的放電間距(幾十毫米以上)很難產(chǎn)生均勻的輝光放電，在比較小的放電功率驅(qū)動下只能產(chǎn)生幾個流注放電。同時，常規(guī)處理手段中，在放電的同時會產(chǎn)生大量熱能，在安全性和穩(wěn)定性上都是一大隱患。
[0005]在中國專利申請“輝光放電低溫等離子體裝置”中(申請?zhí)?00620074948.2)公開的技術(shù)方案中，并沒有提供解決放電間距較大的情況下，依然產(chǎn)生均勻的輝光放電的問題，也沒有很好的解決放電發(fā)熱的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種大放電間距下常溫輝光放電低溫等離子體材料處理裝置，針對現(xiàn)有的低溫等離子體材料處理裝置存在的放電同時會產(chǎn)生大量的熱能問題，提出了一種可在500~5000pa氣壓條件下產(chǎn)生均勻的輝光放電和接近常溫的輝光放電低溫等離子體的材料處理裝置。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種大放電間距下常溫輝光放電低溫等離子體材料處理裝置，包括真空腔體、設(shè)置于真空腔體內(nèi)部的上電極和下電極、設(shè)置于真空腔體上端的外加氣氛接口、設(shè)置于真空腔體下端的抽氣和泄氣接口、設(shè)置于真空腔體一側(cè)的真空腔門，還包括穿過真空腔體分別與上、下電極相連接的驅(qū)動電源，其特征在于:所述驅(qū)動電源為調(diào)制脈沖驅(qū)動電源，同時，在相對設(shè)置的上電極下表面和下電極上表面上，分別設(shè)置一層稀土元素氧化物鍍層；所述驅(qū)動電源的基波為正弦波，頻率在2000?20000Hz ;所述驅(qū)動電源的調(diào)制波形為矩形波，頻率在20?200Hz，占空比為1%?99%ο
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述稀土元素氧化物鍍層的材料為氧化鑭、氧化銣或者氧化鐠。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，使用所述調(diào)制脈沖驅(qū)動電源，采用差分饋電方式對所述上電極和下電極分別饋上幅度大小相等、相位相差180度的調(diào)制脈沖電源。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體為絕緣腔體。
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體為金屬腔體，在金屬真空腔體的內(nèi)壁包敷有絕緣層。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述金屬腔體絕緣層的材料為陶瓷、玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或者尼龍。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述上、下電極通過上、下電極引線與驅(qū)動電源相連接，所述上、下電極引線經(jīng)過設(shè)置于真空腔體側(cè)邊上的上、下電極引出絕緣子穿透真空腔體。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述上電極和下電極的外側(cè)包裹有電極絕緣層，所述上、下電極引線的外層也包覆有絕緣材料層。
[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述電極絕緣層的材料為陶瓷、鋼化玻璃、石英玻璃或者微晶玻璃；所述絕緣材料層的材料為硅橡膠或者氟橡膠。
[0016]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述真空腔體與真空腔門之間設(shè)置有密封圈。
[0017]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
I)可以在幾佰至幾千帕的氣壓條件下使任何氣態(tài)物質(zhì)產(chǎn)生均勻的和接近常溫的低溫等離子體(比環(huán)境溫度僅高I?3度)?？梢詰?yīng)用于各種不耐溫的高分子材料、纖維材料的表面低溫等離子體處理。特別是對許多不耐溫的醫(yī)用材料，如人工晶體，人造血管，隱形眼鏡等進行低溫等離子體處理。
[0018]2)由于低溫等離子體的放電區(qū)域沒有任何金屬，在進行低溫等離子體處理過程中，被處理的材料不會受到任何金屬污染。
[0019]3)對設(shè)備的真空度要求低，使用普通的機械真空栗即能簡單快速的達到幾百至幾千帕的真空要求。
[0020]4)由于等離子體區(qū)的氣氛濃度高，在用于材料表面處理、接枝和聚合等工藝中速度快，在氣態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)中更有利于材料表面的化學合成，分解和接枝。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明第一個實施例的構(gòu)造圖，針對絕緣腔體的情況下；
圖2是本發(fā)明第二個實施例的構(gòu)造圖，針對金屬腔體內(nèi)表面絕緣式的情況下；
圖中真空腔體、2絕緣腔體壁、3金屬腔體壁、4金屬腔體壁絕緣層、5密封圈、6真空腔門、7抽氣和泄氣接口、8外加氣氛接口、9上電極、10上電極絕緣層、11上電極引線、12上電極引線絕緣層、13上電極引出絕緣子、14上電極引出電極、15下電極、16下電極絕緣層、17下電極引線、18下電極引線絕緣層、19下電極引出絕緣子、20下電極引出電極、21差分式調(diào)制脈沖驅(qū)動電源、22低溫等離子體放電區(qū)域、23稀土元素氧化物鍍層、24系統(tǒng)控制觸摸屏。
【具體實施方式】
[0022]下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
I)輝光放電低溫等離子體裝置，包括腔體、上電極、下電極，在密封腔體內(nèi)的上和下金屬電極都被如玻璃，石英玻璃，微晶玻璃等絕緣材料層包覆。
[0024]2)在兩電極的相向面的玻璃表面都鍍有一層稀土元素氧化物。在常規(guī)的介質(zhì)阻擋放電中，只能產(chǎn)生絲狀放電，特別是大的放電間距(幾十毫米以上)很難產(chǎn)生均勻的輝光放電，在比較小的放電功率驅(qū)動下只能產(chǎn)生幾個流注放電。如果在兩電極的相向面的玻璃表面鍍有一層稀土元素氧化物(如氧化鑭，氧化銣，氧化鐠)或?qū)⑾⊥猎匮趸镏苯訜Y(jié)在玻璃里面，則可以在大的放電間距(幾十毫米以上)產(chǎn)生均勻的輝光放電，即使比較小的放電功率驅(qū)動也能產(chǎn)生均勾的輝光放電。稀土元素的原子結(jié)構(gòu)可以用4fx5dl6s2表示，X從O — 14，稀土兀素從金屬變成離子后，4f軌道的外側(cè)仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2電子及5dl或4f失去一個電子，形成4fx5s25p6的電子結(jié)構(gòu)。在稀土金屬中，6s電子和5d電子形成導帶，4f電子則在原子中定域，這種4f電子的定域化和不完全填充都將反映在它們的種種物性之中4f電子位于原子內(nèi)層軌道，5s25p6電子云對其有屏蔽作用，4f軌道伸展的空間很小，所以受結(jié)晶場、配位體場等的影響很??；與此相反，其自旋(MS)與軌道(ML)的相互作用都很大，使得f_f電子軌道L與自旋S相互耦合作用，E4f分裂成許多能級有微小差別的能級亞層，在交流高壓電場作用下，稀土元素的外圍的微量電子就比較容易溢出而在放電電極中形成種子電子而弓I發(fā)輝光放電。
[0025]3)驅(qū)動電源采用調(diào)制脈沖電源，電源的基波為正弦波，頻率在2000?20000Hz，調(diào)制波形為矩形波，頻率在20?200Hz，占空比為1%?99%。由于常規(guī)的低溫等離子體放電后，氣體被電離為電子和離子，電子和離子在放電區(qū)域產(chǎn)生不規(guī)則運動和碰撞后煙滅，煙滅過程發(fā)光和發(fā)熱，即施加多少能量基本上就產(chǎn)生多少焦耳熱，在真空環(huán)境下，由于放電電極基本上是處