專利名稱：由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種微波產(chǎn)生等離子體的裝置。
背景技術(shù)：
等離子體就是帶正負(fù)電荷總數(shù)相當(dāng)?shù)囊欢央x子。將物質(zhì)電離，就會(huì)形成自由電子、離 子以及中性粒子，他們帶電量總和為零，是除固、液、氣之外的又一種物質(zhì)狀態(tài)。等離子 體可分為兩種高溫和低溫等離子體?，F(xiàn)在低溫等離子體廣泛運(yùn)用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域，例如
藥品的生物相溶性包裝材料的制備，表面防蝕及其它薄層的沉積，特殊陶瓷(包括超導(dǎo)材 料)，新的化學(xué)物質(zhì)及材料的制造，金屬的提煉，聚合物薄膜的印刷和制備，有害廢物的 處理，焊接，磁記錄材料和光學(xué)波導(dǎo)材料，精細(xì)加工等。
等離子體技術(shù)的推廣和應(yīng)用，有賴于經(jīng)濟(jì)而又適用的等離子體源的產(chǎn)生。針對(duì)不同的 應(yīng)用領(lǐng)域，等離子體的產(chǎn)生與制備有不同的方法。目前，等離子體技術(shù)之所以沒有得到廣泛 的推廣和應(yīng)用，其中制造和產(chǎn)生等離子體的裝置與設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂，成本居高不下 是一個(gè)重要的制約因素。也就是說， 一個(gè)好的等離子體發(fā)生器，既要設(shè)備簡(jiǎn)單，成本適中而 又要滿足解決問題的實(shí)際需要。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種微波等離子體處理機(jī)。 本實(shí)用新型提供的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)，是用介質(zhì)棒引導(dǎo)微波從而在它表面產(chǎn)生 等離子體，并利用產(chǎn)生的等離子體方便地對(duì)待加工工件進(jìn)行處理的裝置。即該裝置至少包
含如下結(jié)構(gòu)單元
一個(gè)由真空泵操縱的從而可造成真空室1真空的真空系統(tǒng)；
一個(gè)能夠提供微波并由介質(zhì)棒2引導(dǎo)微波到真空室1從而在介質(zhì)棒2的表面產(chǎn)生等離 子體的微波系統(tǒng)；
一個(gè)能夠提供工作氣體的氣瓶14、 15并與其相聯(lián)通的管道的氣體注入系統(tǒng)。 本實(shí)用新型主要由三大部分組成，分別是真空系統(tǒng),微波系統(tǒng)以及氣體注入系統(tǒng)。其中 真空系統(tǒng)由真空室1、真空室后蓋4、真空泵19、真空闊門18、真空管道17以及真空計(jì) IO組成，其中真空室1前端與耦合器8相連，真空室后蓋4位于后端，由鉸鏈23固定， 可打開與關(guān)閉；真空計(jì)10位于真空室1上方；真空泵19與真空閥門18相連，位于真空室1的右下方，并通過真空管道17與真空室1內(nèi)腔相聯(lián)通。機(jī)器工作的時(shí)候，把真空室后 蓋4關(guān)閉，開動(dòng)真空泵19,對(duì)1抽真空,所需的真空度由真空計(jì)10讀出來。
所述微波系統(tǒng)由磁控管5、微波出口接口6、矩形波導(dǎo)7、介質(zhì)棒2、活動(dòng)支架ll、耦 合器8和阻抗調(diào)配器9組成，介質(zhì)棒2前端與耦合器8相連接后被固定在真空室1內(nèi)腔， 真空室1前端被封閉；活動(dòng)支架11位于介質(zhì)棒2下方，高度可以通過活動(dòng)旋鈕24來調(diào)節(jié)； 阻抗調(diào)配器9位于矩形波導(dǎo)7的上方。機(jī)器工作的時(shí)候，微波由磁控管5產(chǎn)生,經(jīng)微波出 U接口 6沿矩形波導(dǎo)7傳播，由耦合器8耦合到介質(zhì)棒2上并由介質(zhì)棒2引導(dǎo)進(jìn)入真空室 l，微波沿著介質(zhì)棒2傳播的時(shí)候,激發(fā)和電離介質(zhì)棒2表面的工作氣體，從而產(chǎn)生等離子 休。支架11起著支撐待處理工件3的作用，阻抗調(diào)配器9用來調(diào)節(jié)微波源與真空室1內(nèi) 的等離子體之間的阻抗匹配。
所述氣體注入系統(tǒng)由氣瓶14和15、氣體閥門16和20、氣體流量計(jì)20和21、三通接 口 13以及氣體管道12構(gòu)成，其中氣瓶14與氣體閥門20，氣體流量計(jì)22相連接；氣瓶 15提供工作氣體，與氣體閥門16，氣體流量計(jì)21相連接。氣瓶14和15提供的氣體在三 通接口 13處匯合，氣體管道12與真空室1內(nèi)腔相連接。機(jī)器工作的時(shí)候，氣瓶14和15 分別提供氬氣和工作氣體，氣體閥門16和20分別控制他們的開通與關(guān)閉。氣體通過氣體 管道12被送到真空室1里面，而所需氣體的量則由氣體流量計(jì)21和22分別讀出。
本實(shí)用新型利用一根介質(zhì)棒來引導(dǎo)微波從而在棒的表面產(chǎn)生高密度的等離子體,把工 件套在介質(zhì)棒上,就可以利用介質(zhì)棒表面產(chǎn)生的等離子體對(duì)工件內(nèi)表面強(qiáng)化，噴涂，鍍膜， 消毒等處理,更好地解決了生產(chǎn)應(yīng)用中的工件內(nèi)壁不易處理的問題。

附圖是由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)裝置的示意圖。其中，l為真空室，2 為介質(zhì)棒,3為套在介質(zhì)棒外面的待處理工件，4為真空室后蓋，5為磁控管,6為微波出口接 口，7為矩形波導(dǎo),8為耦合器，9為阻抗調(diào)配器，10為真空計(jì)，11為活動(dòng)支架，12為氣體管 道，13為三通接口， 14和15為氣瓶，16和20為氣體閥門，17為真空管道，18為真空閥門，19 為真空泵，21和22為氣體流量計(jì)，23為鉸鏈，24為活動(dòng)旋鈕。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型中，真空室1的形狀是圓柱形，由金屬材料構(gòu)成,有前后兩個(gè)底面，前面底面 與耦合器8相連，后面底面有真空室后蓋4，由鉸鏈23固定，可打開與關(guān)閉。真空室1的 作用是提供真空內(nèi)腔,并容納待處理工件3。
本實(shí)用新型中，介質(zhì)棒2是圓柱形,前端與耦合器8相連并被固定在真空室1內(nèi)，其主 要作用是用來引導(dǎo)微波,從而在介質(zhì)棒2的表面周圍激發(fā)工作氣體從而產(chǎn)生等離子體。本實(shí)用新型中，待處理工件3,套在介質(zhì)棒2外面，待處理工件3可由活動(dòng)支架11支撐， 高度由活動(dòng)旋鈕24調(diào)節(jié)。真空室1的后蓋4，可打開與關(guān)閉，起著活動(dòng)門的作用，方便待處 理工件3的取放。
本實(shí)用新型中，磁控管5的作用是產(chǎn)生微波；磁控管5產(chǎn)生的微波經(jīng)由微波出口接口 6,被送到矩形波導(dǎo)7里面，矩形波導(dǎo)7的作用是傳導(dǎo)微波；耦合器8在真空室1的前端并 與介質(zhì)棒2相連，其作用是將微波耦合到介質(zhì)棒2上。
本實(shí)用新型中，并排排列有四個(gè)完全相同的阻抗調(diào)配器9，位于矩形波導(dǎo)7的上方,其作 用是用來調(diào)配微波源與真空室1內(nèi)產(chǎn)生的等離子體之間的阻抗以使他們達(dá)到匹配,從而更 好地利用微波功率。
本實(shí)用新型中，氣瓶14和15的作用是分別提供氬氣與工作氣體。在本裝置中，氣瓶14 可提供的氬氣，氬氣屬于惰性氣體,其本身不參與反應(yīng)，但其作用是有助于真空室l內(nèi)的等 離子體的產(chǎn)生；氣瓶15所提供的工作氣體，是指在加工待處理工件3時(shí)，由加工目的所 決定的必需的氣體類型。所以在實(shí)際應(yīng)用上，氣瓶15的氣體類型可不局限于一種，可以是 一系列的各種所需氣體的組合。
本實(shí)用新型中，氣體閥門16和20的作用是分別控制氣瓶15與14的關(guān)閉。同理，氣體 流量計(jì)21和22則是分別控制氣瓶15與14流進(jìn)真空室1內(nèi)的氣體的質(zhì)量的多少。
本實(shí)用新型中，三通接口 13的作用是起著轉(zhuǎn)向開關(guān)的作用，氣體管道12則是氣休由氣 瓶14與15流向真空室1的通道。
本實(shí)用新型中，真空泵19的作用是對(duì)真空室1進(jìn)行抽真空，其中真空閥門18控制真空 室1與真空泵19之間的聯(lián)通，關(guān)閉閥門19,真空室1與真空泵19隔絕，真空泵不能對(duì)1抽 真空；打開闊門19，真空室1與真空泵19聯(lián)通，真空泵可以對(duì)1抽真空。17是連接真空泵 19與真空室1之間的真空管道。
本實(shí)用新型中，真空計(jì)10位于真空室1的上方。室內(nèi)所達(dá)到的真空度由真空計(jì)10讀 出來。
本實(shí)用新型中，所述的真空室1的材料必須是金屬，而不能是非金屬，因?yàn)榇苏婵帐? 不但要滿足真空的要求，而且還要起著隔絕微波外泄的作用，所以必須要采用金屬材料的 真空室。至于其形狀與容積大小則沒用嚴(yán)格的限制，形狀可以是圓柱形，也可以是方體形， 容積的大小則依所要處理的工件所需的工作空間而定。
本實(shí)用新型中，介質(zhì)棒2的材料必須是介質(zhì)材料而不能是金屬材料，因?yàn)樗梢砸龑?dǎo)微 波,如果采用金屬的話,則不可能在棒2的表面產(chǎn)生等離子體。介質(zhì)棒2的形狀是圓柱形， 其直徑大小是有嚴(yán)格限制的，直徑尺寸由微波的傳播頻率決定，微波在介質(zhì)棒2上面?zhèn)鲗?dǎo)時(shí)，存在著截至頻率,大于此截至頻率的微波將不能在介質(zhì)棒2中傳播。建議棒的直徑大小取 5-10 cm 。在本實(shí)用新型中，待處理工件3是套在介質(zhì)棒外面進(jìn)行處理的，處理工件的主要 部位是其內(nèi)壁。
本實(shí)用新型中，所采用的氣瓶14和15中，氣體的類型可不局限于兩種，這是由要處理 的工件所要求達(dá)到的目的所決定的。所注入的氣體可以是一系列所必需的氣體,所以，氣瓶 的組合也可以是一系列的，直到滿足所需要的處理要求為止。
本實(shí)用新型中，所采用的真空泵19是一般的機(jī)械真空泵即可。真空要求度一般在10 帕到100帕之間。
本機(jī)器的具體工作過程是這樣的打開真空室1的真空室后蓋4,把待處理工件3套在 介質(zhì)棒2上,用活動(dòng)支架11支撐好,用活動(dòng)旋鈕24調(diào)節(jié)好高度，然后把真空室后蓋4關(guān)上， 密封好真空室1。打開真空閥門18，開動(dòng)真空泵19,對(duì)真空室1進(jìn)行抽真空；機(jī)械真空泵 19有個(gè)極限真空值，理論上機(jī)械泵在達(dá)到這個(gè)極限值之后就沒有能力再進(jìn)一步提高真空度 了。此時(shí)保持真空泵19的開動(dòng)，打開氣體閥門16和20，讓氣瓶14和15往真空室1內(nèi)注入 氣體，注入氣體的流速可由氣體流量計(jì)22和21分別讀出。通過調(diào)節(jié)流量計(jì)21和22,可以 改變真空室1內(nèi)的真空度，最終所達(dá)到的真空度由真空計(jì)10讀出。開動(dòng)微波源開關(guān)，微波 就由磁控管5產(chǎn)生，經(jīng)矩形波導(dǎo)7和耦合器8被引導(dǎo)到介質(zhì)棒2的表面上，在介質(zhì)棒2的表 面上，由于場(chǎng)強(qiáng)十分強(qiáng)，很容易把注入的工作氣體電離，從而產(chǎn)生等離子體。等離子體在介 質(zhì)棒2與待處理工件3之間的區(qū)域產(chǎn)生，可以方便地對(duì)待處理工件3進(jìn)行各種內(nèi)壁處理，比 如消毒,鍍膜,濺射，噴涂等等。在這個(gè)過程中，可以通過調(diào)節(jié)阻抗調(diào)配器9來調(diào)節(jié)微波與 等離子體之間的阻抗匹配，以便能夠更好地使微波耦合到真空室1內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而 更好地利用微波功率。
權(quán)利要求1.一種由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)，其特征在于，至少包含如下結(jié)構(gòu)單元一個(gè)由真空泵操縱的從而可造成真空室(1)真空的真空系統(tǒng)；一個(gè)能夠提供微波并由介質(zhì)棒(2)引導(dǎo)微波到真空室(1)從而在介質(zhì)棒(2)的表面產(chǎn)生等離子體的微波系統(tǒng)；一個(gè)能夠提供工作氣體的氣瓶(14、15)并與其相聯(lián)通的管道的氣體注入系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī),其特征在于，所述 的真空系統(tǒng)由真空室(l)、真空室后蓋(4)、真空計(jì)(IO)、真空泵(19)、真空閥門(18)、真 空管道(17)組成；真空室(1)前端與耦合器(8)相連，真空室后蓋(4)位于后端，由 鉸鏈(23)固定，可打開與關(guān)閉；真空計(jì)(10)位于真空室(1)上方，真空泵(19)與 真空閥門(18)相連，位于真空室(1)的右下方，并通過真空管道(17)與真空室(1) 內(nèi)腔相聯(lián)通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)，其特征在于，所述 的微波系統(tǒng)由磁控管(5)、微波出口接口(6)、矩形波導(dǎo)(7)、耦合器(8)、阻抗調(diào)配器(9)、 介質(zhì)棒(2),活動(dòng)支架(ll)組成，其中介質(zhì)棒(2)前端與耦合器(8)相連接后被固定在 真空室(1)內(nèi)腔，真空室(1)前端被封閉；活動(dòng)支架(11)位于介質(zhì)棒(2)下方，高 度可以通過活動(dòng)旋鈕(24)來調(diào)節(jié)；阻抗調(diào)配器(9)位于矩形波導(dǎo)(7)的上方。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī)，其特征在于,所述 的氣體注入系統(tǒng)由氣瓶(14和15)，氣體閥門(16和20)，氣體流量計(jì)(21和22),氣體管道(12) 以及三通接口(13)所組成；其中氣瓶(14)與氣體閥門(20)、氣體流量計(jì)(22)相連接； 氣瓶(15)提供工作氣體，與氣體閥門(16)、氣體流量計(jì)(21)相連接；氣瓶(14和15) 提供的氣體在三通接口 (13)處匯合，氣體管道(12)與真空室(1)內(nèi)腔相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3,所述的由介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體內(nèi)壁處理機(jī),其特征在于，所 述的介質(zhì)棒(2)的直徑為5-10cm。
專利摘要本實(shí)用新型屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種由基于介質(zhì)棒引導(dǎo)的微波等離子體用于工件內(nèi)壁處理機(jī)。該處理機(jī)采用介質(zhì)棒引導(dǎo)微波激發(fā)和電離介質(zhì)棒表面的工作氣體從而產(chǎn)生等離子體，對(duì)套在介質(zhì)棒外面的工作器件內(nèi)壁進(jìn)行加工處理。該裝置至少包含一個(gè)由真空泵操縱的能使真空室形成真空的真空系統(tǒng)，一個(gè)可以產(chǎn)生微波并用介質(zhì)棒引導(dǎo)微波到真空室的微波系統(tǒng)，一個(gè)可以提供加工所需要的工作氣體的氣瓶并與其相聯(lián)通的管道的氣體注入系統(tǒng)。由本裝置實(shí)現(xiàn)的等離子體制備，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本適中，能夠很好地解決目前存在的一些工作器件內(nèi)壁加工處理比較困難的局面，比如工件內(nèi)壁的表面強(qiáng)化，鍍膜，濺射，噴涂，消毒等。
文檔編號(hào)H05H1/46GK201114976SQ20072007425
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者梁以資, 梁榮慶 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)