专利名称：具有磁场增强装置的等离子体装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于等离子体应用技术领域，涉及一种具有磁场增强装置的等离子体 装置。
背景技术：
现有技术中，等离子体装置无论是真空状态下的辉光放电型，或是大气状态下的 电晕防电型，普遍存在等离子体区中的等离子体密度不高的问题。如何提高等离子体 区内等离子体的密度，从而提高等离子体的应用性能和效果， 一直是本领域中倍受关 注的课题。
发明内容
解决的技术问题
提供一种具有磁场增强装置的等离子体装置，能将等离子体约束在一定的磁场区 域内，提高等离子体区内等离子体的密度，从而提高等离子体的应用性能和效果。 采用的技术方案-
具有磁场增强装置的等离子体装置，具有等离子体装置的基本结构组成，包括驱 动电源、电极及机架，以及装在机架上的带动被等离子体作用的基材连续或间歇式通 过等离子体区的机构，其特征在于还具有能将等离子体约束在一定的磁场区域内， 提高等离子体区内等离子体密度的磁场增强装置，所述磁场增强装置主要是以永久性 磁体组成的磁块组合体，并且固定在相应配套的支架上，支架装在机架上；磁场增强 装置引入磁场的强度为10~1000mT。
有益效果
由于等离子体被约束在一定的磁场区域内，因而能提高等离子体区内等离子体的
密度；用于真空放电装置，如等离子体化学气相沉积(PECVD)装置，以化学单体的 气体组分为工作气体，可在基材表面沉积聚合成具有纳米级厚度的纳米薄膜，所述纳 米薄膜致密度高、阻隔气体分子性能好，不易脱落，所述纳米薄膜功能优异，应用广 泛；用于大气放电装置，依据等离子体装置，尤其是放电电极结构的不同，可用于对 物料的改性处理，或者用于对物体表面的改性处理；能提高等离子体的应用性能和效. 果，并且速度快。
图1、具有磁场增强装置的等离子体装置总体结构示意图2、与弧型电极配套对应的弧状磁块组合体12的结构示意图3、与平板型电极配套对应的平板状磁块组合体12的结构示意图4、磁块组合体12的磁块排组结构示意图，
(a) 磁块的N-S两极以电极的纵向延伸而纵向排列；
(b) 磁块的N-S两极以电极的横向延伸而横向排列；具体实施方式
结合附图进一步祥加说明；
所述磁场增强装置中的磁块组合体12的结构为，与相应的电极结构配套对应，如 图1所示，对转辊状电极型的左、右转辊电极2、 3而言，其配套对应的磁块组合体12 为在左、右转辊电极2、 3的上方和/或下方具有的以转辊电极的轴向延伸而呈带开口的 筒状体——即外磁块组合体13，同时在左、右转辊电极2、 3的内腔里具有与外磁块组 合体13相对应的内磁块组合体14;或者如图2所示，对弧状电极型的上、下弧型电极 22、 23而言，其配套对应的磁块组合体12为在上弧型电极22之上的上弧状磁块组合 体24，及在下弧型电极23之下的下弧状磁块组合体25;或者如图3所示，对平板状 电极型的上、下平板型电极26、 27而言，其配套对应的磁块组合体12为在上平板型 电极26之上的上平板状磁块组合体28，及在下平板型电极27之下的下平板状磁块组 合体29:图中黑点聚集区示为等离子体区4。
如图4所示，磁块组合体12中的磁块排组规则为，依据磁块间N、 S两极异性相 吸原理紧密吸合、纵列横行N、 S相间式排组在一起；如图4 (a)所示，各磁块的N-S 两极以电极的纵向(图中O—O'所示方向)延伸而纵向排列，纵列中各磁块等宽m, 横行中各磁块N-S两极等长L,各磁块的厚度为S;或者如图4 (b)所示，各磁块的 N々两极以电极的横向(图中S—S'所示方向)延伸而横向排列，纵列中各磁块N-S 两极等长L,横行中各磁块等宽m，各磁块的厚度为S;各磁块的厚度S相等为好， 一般磁块选用规格为LXraX 5=100X50X20mm。 。
如图1所示，所述具有磁场增强装置的等离子体装置，为真空辉光放电型的等离 子体化学气相沉积(PECVD)装置，具有真空室l、工作气体引入机构，其特征在于 还具有带动柔性薄膜基材连续巻绕式通过等离子体区的机构，该机构具有装在真空室1 外的承载薄膜基材5的基材转辊6，薄膜基材5，经1号中间转辊8，并经左转辊电极 2拖带进入真空室1，通过等离子体区4后出真空室1，然后经2#中间转辊9后再次返 回并穿过真空室l,之后，再经3号中间转辊10，并经右转辊电极3拖带再次进入真 空室l,并再次通过等离子体区4后再出真空室1，再经4号中间转辊11，最后巻绕在 成品转辊7上；磁场增强装置中的磁块组合体12,为在左、右转辊电极2、 3的上方和 /或下方具有的以转辊电极轴向延伸而呈带开口的筒状体——即外磁块组合体13，同时 在左、右转辊电极2、 3的内腔里具有与外磁块组合体13相对应的内磁块组合体14， 外、内磁块组合体13、 14分别排组固定在相应配套的外、内支架15、 16上，夕卜、内 支架15、 16均装在机架上；工作气体引入机构为，盛放化学单体用的密闭容器17装 在真空室1外，并通过引入管18与真空室1连通；载气则通过间接导管19与密闭容
器17连通，同时还具有引入其他工作气体的组分(如氧气)所需的直接导管20与真 空室1直接连通；左、右转辊电极2、 3可同时接驱动电源21的两个输出端，也可一 个接地，另一个接输出端，左、右转辊电极2、 3也可以是双套或多套并行；薄膜基材 5，往返于真空室1及通过等离^体区4的路径，可通过调整中间转辊的数量及在机架 上的安装位置而调整。
如图1所示的具有磁场增强装置的等离子体化学气相沉积装置中，所述工作气体 为化学单体材料气化后的气相组分，还可含有其他组分，如氧气，工作气体放电后，
可在基材表面沉积形成功能纳米保护薄膜，如有机硅化学单体，六甲基二硅氧垸 (C6H18OSi2)或四甲基二硅氧垸(C4H14OSU)，可自挥发式或以载气携带式进入真空 室1，放电后在薄膜基材5的表面快速沉积聚合而形成具有优异功能的有机硅纳米薄膜， 该种薄膜的其厚度为l-1000mn，对氧气的透过率小于50ml/cm2/24h，对水蒸汽的透过 率为小于10g/m2/24h;也可直接使用其他气体作为工作气体，沉积具有不同功能特性 的纳米薄膜，基材通过有效等离子体区的时间——即放电时间为2~200秒；真空室的 放电气压为0.05 20Pa;等离子体驱动电源频率为1KH2M3.56MHZ。 磁场增强装置引入的磁场强度一般为50~500mT。
载气——即在等离子体化学气相沉积装置中携带引入化学单体的气体组分进入真 空室的气体，如氩气、氦气。
以SG—3—A型数字特斯拉计测量引入磁场的强度，测量位置在两电极之间的中 央区域，引入磁场的强度越高，则越有利于增强放电的强度，有利于等离子体的产生， 并有利于将等离子体约束在一定的磁场区域内。
以真空辉光放电装置为例，普通真空辉放放电装置中，等离子体区内等离子体的 密度为1.0xl0、1.0xl0^nA本发明的真空辉光放电装置中、等离子体区内等离子体的 密度为1.0xl010~1.0xl0"/cm3。
所述等离子体区，是指放电产生正、负电荷相等的气体放电区域。
所述有效等离子体区，是指磁场增强装置的磁力主要集中作用的等离子体区，该 区内气体放电产生的电子、离子的密度等于或大于1.0xl0lfl~1.0xlO"/Cm3。
所述"约束"，是指磁场将放电产生的正、负电荷约束集中在一定的磁场区域内， 避免或减少等离子体的"外逸"，并对气体放电有增强的作用，从而提高等离子体区内 等离子体的密度。
权利要求1、具有磁场增强装置的等离子体装置，具有等离子体装置的基本结构组成，包括驱动电源、电极及机架，以及装在机架上的带动被等离子体作用的基材连续或间歇式通过等离子体区的机构，其特征在于还具有能将等离子体约束在一定的磁场区域内，提高等离子体区内等离子体密度的磁场增强装置，所述磁场增强装置主要是以永久性磁体组成的磁块组合体，并且固定在相应配套的支架上，支架装在机架上；磁场增强装置引入磁场的强度为10～1000mT。
2、 根据权利要求l所述的具有磁场增强装置的等离子体装置，其特征在于磁块 组合体(12)的结构为，与相应的电极结构配套对应，对转辊状电极型的左、右转辊 电极(2)、 (3)而言，其配套对应的磁块组合体(12)为在左、右转辊电极(2)、 (3) 的上方和/或下方具有的以转辊电极的轴向延伸而呈带开口的筒状体——即外磁块组合 体(13)，同时在左、右转辊电极(2)、 (3)的内腔里具有与外磁块组合体(13)相对 应的内磁块组合体(14);对弧状电极型的上、下弧型电极(22)、 (23)而言，其配套 对应的磁块组合体(12)为在上弧型电极(22)之上的上弧状磁块组合体(24),及在 下弧型电极(23)之下的下弧状磁块组合体(25);对平板状电极型的上、下平板型电 极(26)、 (27)而言，其配套对应的磁块组合体(12)为在上平板型电极(26)之上 的上平板状磁块组合体(28),及在下平板型电极(27)之下的下平板状磁块组合体(29)。
3、 根据权利要求2所述的具有磁场增强装置的等离子体装置，其特征在于磁块 组合全中的磁块排组规则为，依据磁块间N、 S两极异性相吸原理紧密吸合、纵列横行. N、 S相间式排组在一起；各磁块的N-S两极以电极的纵向延伸而纵向排列，纵列中各 磁块等宽(m),横行中各磁块N-S,两极等长(L)，各磁块的厚度为(S);或者，各 磁块的N-S两极以电极的横向延伸而横向排列，纵列中各磁块N-S两极等长(L),横 行中各磁块等宽(ra),各磁块的厚度为(5 )。
4、 根据权利要求l所述的具有磁场增强装置的等离子体装置，为真空辉光放电型 的等离子体化学气相沉积装置，具有真空室(1)、工作气体引入机构，其特征在于 还具有带动柔性薄膜基材连续巻绕式通过等离子体区的机构，该机构具有装在真空室(1) 外的承载薄膜基材(5)的基材转辊(6),薄膜基材(5)，经l号中间转辊(8)， 并经左转辊电极(2)拖带进入真空室(1)，通过等离子体区(4)后出真空室(1)， 然后经2号中间转辊(9)后再次返回并穿过真空室(1)，之后，再经3号中间转辊(10), 并经右转辊电极(3)拖带再次进入真空室(1)，并再次通过等离子体区(4)后再出 真空室(1)，再经4号中间转辊(11)，最后巻绕在成品转辊(7)上；磁场增强装置 中的磁块组合体(12)，为在左、右转辊电极(2)、 (3)的上方和/或下方具有的以转辊 电极轴向延伸而呈带开口的筒状体一即外磁块组合体(13),同时在左、右转辊电极(2) 、 (3)的内腔里具有与外磁块组合体(13)相对应的内磁块组合体(14)，夕卜、内磁块组合体(13)、 (14)分别排组固定在相应配套的外、内支架(15)、 (16)上，夕卜、 内支架(15)、 (16)均装在机架上；工作气体引入机构为，盛放化学单体用的密闭容 器(17)装在真空室(1)外，并通过引入管(18)与真空室(1)连通；载气则通过 间接导管(19)与密闭容器(17)连通，同时还具有引入其他工作气体组分所需的直 接导管(20)与真空室(1)直接连通；左、右转辊电极(2)、 (3)可同时接驱动电源(21)的两个输出端，也可一个接地，另一个接输出端，左、右转辊电极(2)、 (3) 也可以是双套或多套并行；薄膜基材(5)，往返于真空室(1)及通过等离子体区(4) 的路径，可通过调整中间转辊的数量及在机架上的安装位置而调整。
5、根据权利要求4所述的具有磁场增强装置的等离子体装置，其特征在于磁块 组合全中的磁块排组规则为，依据磁块间N、 S两极异性相吸原理紧密吸合、纵列横行 N、 S相间式排组在一起；各磁块的N-S两极以电极的纵向延伸而纵向排列，纵列中各 磁块等宽(m),横行中各磁块N-S两极等长(L),各磁块的厚度为(S );或者，各 磁块的N-S两极以电极的横向延伸而横向排列，纵列中各磁块N-S两极等长(L),横 行中各磁块等宽(m)，各磁块的厚度为(S )。
专利摘要具有磁场增强装置的等离子体装置属于等离子体应用技术领域，用于提高等离子体区内等离子体的密度；采用磁场增强装置，将等离子体约束在一定的磁场区域内；磁场增强装置为与电极结构配套的永久性磁体组成的磁块组合体(12)，引入磁场的强度为10～1000mT；在适宜基材连续卷绕工艺的等离子体化学气相沉积装置中，磁块组合体(12)，由与左、右转辊电极(2)、(3)相应的外、内磁块组合体(13)、(14)组成；有益效果，用于等离子体化学气相沉积，可于基材表面沉积聚合成纳米级厚的功能保护膜，致密度高，阻隔性好；用于大气放电装置，对物料改性处理及对物体表面改性处理；能提高等离子体的应用性能和效果，并且速度快。
文档编号H05H1/10GK201066954SQ20072016992
公开日2008年5月28日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者付亚波, 孙运金, 张跃飞, 杨丽珍, 强 陈 申请人:北京印刷学院