专利名称：细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种表面处理装置及处理方法。
背景技术：
细长管内表面注入处理一直是表面改性处理技术应用中较难实现的工艺。如果采用传统的束线离子注入，对于具有较大长细比的管筒，离子要么在管筒中穿过去，要么以较为倾斜的角度进入管筒内壁，结果注入效应较小，且溅射效应大。后来在上世纪80年代提出了一种离子注入的新工艺，即等离子体离子注入。该技术是在真空室内先产生等离子体，等离子体在一定程度上会扩散到管筒内部，然后在管筒上施加负偏压，这样在管筒内部等离子体中的离子就会注入到管筒内壁上。但问题是通过这样扩散进来的等离子体密度分布不均匀，尤其是对于较大长细比且管筒较细的管筒，管筒中心部位等离子体较少、甚至没有，这样离子注入也就无从谈起，而且利用扩散获得内部等离子体的方法处理效率低。
发明内容
对于细长管筒工件内表面处理采用等离子体注入方法存在等离子体分布不均匀和处理效率低的问题，本发明提供一种可以对较大细长比的工件内表面进行处理并且能够均匀处理的装置及处理方法。
一种细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，它包括一号金属管1，在一号金属管1内部设置与其相互绝缘的二号金属管2，所述二号金属管2前端头设置在一号金属管1的内部；所述一号金属管1通过导线与地连接，二号金属管2通过导线与射频电极4连接。
一种使用如上所述装置对细长管筒内表面进行处理的方法，将待处理细长管筒7设置在真空室内并使细长管筒7与负偏压电源连接；选择一号金属管1的外径小于被加工细长管筒7内径的处理装置，将一号金属管1通过导线与地连接，二号金属管2通过导线与射频电极4连接；向二号金属管2内注入气体并控制所述处理装置在细长管筒7内轴向移动，即可实现对细长管筒内表面的处理。
本发明所述装置和方法可以在细长管筒内部产生等离子体，通过该装置在管筒内部的移动和操作，可以实现对细长管筒内壁注入的均匀性。本发明的最大的优势是被处理的细长管筒工件内部的中空阴极射频放电几乎不受被处理管筒直径限制，这样能处理的细长管筒工件的内径可以大大减小。并且，通过中空阴极的移动可以实现整个管筒的均匀离子注入，这解决了利用等离子体离子注入方法处理工件内表面存在的等离子体不均匀、细小管筒内部很难获得等离子体的问题，并且所述方法简单适用效果好，利于推广应用。
图1是本发明所述装置结构示意图，图2是具体实施方式
二所述结构示意图，图3是具体实施方式
三所述结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式是一种细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，参照图1，它包括一号金属管1，在一号金属管1内部设置与其相互绝缘的二号金属管2，所述二号金属管2前端头设置在一号金属管1的内部，这样做的目的是为了避免工作时在被加工的细长管筒7与负偏压电源连接时所产生的电场对二号金属管2内产生的等离子体发生影响；所述一号金属管1通过导线与地连接，二号金属管2通过导线与射频电极4连接。
本实施方式在一号金属管1与二号金属管2的后端设有用于将一号金属管1与二号金属管2进行固定的绝缘固定件8，参照图1，可以将一号金属管1与二号金属管2固定在同一个绝缘固定件上，也可以在保证同轴度的前提下分别固定。所述结构的处理装置具有结构简单、节约成本的优点。
使用所述装置对细长管筒内表面进行处理的方法为，首先，将待处理细长管筒7设置在真空室内并使细长管筒7与负偏压电源连接；然后选择一号金属管1的外径小于被加工细长管筒7内径的处理装置，将一号金属管1通过导线与地或真空室壁连接，二号金属管2通过导线与射频电极4连接；向二号金属管2内注入气体并控制所述处理装置在细长管筒7内轴向移动，即可实现对细长管筒内表面的处理。
本发明的原理在于利用空心阴极放电效应来在管筒内部产生等离子体，然后利用管筒上施加的负偏压来实现内表面离子注入过程。具体过程如下导入的气体由二号金属管2的前端喷出，在由二号金属管2引入的射频功率作用下，放电在一号金属管1(接地)和二号金属管2间产生，在合适的射频功率和气压条件下形成空心阴极效应，并获得所需的等离子体。该等离子体在二号金属管2内气流的作用下由一号金属管1端口喷出，并沿一号金属管1端口向被处理管筒7内部四处扩散。此时管筒7上施加负偏压，在一号金属管1和被处理管筒之间形成电场，诱导等离子体中的离子快速飞向管筒内壁、形成离子注入效应。工作时可以通过电机带动整个装置在管筒内做轴向移动，即可实现对整个管筒内壁的处理。工作时的射频功率、气压条件及负偏压电源等参数的控制与现有技术没有差别。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同之处在于，所述绝缘方式是在一号金属管1与二号金属管2之间设置一号绝缘管3，参照图2，设置一号绝缘管3的目的在于更好的保证两个金属管之间不发生意外接触。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二不同之处在于，它还包括三号金属管6和二号绝缘管5，参照图3，所述三号金属管6串接在二号金属管2与射频电极4连接的导线上，三号金属管6的一端与一号绝缘管3的后部过盈配合连接，三号金属管6的另一端与二号绝缘管5过盈配合连接，所述二号金属管2与一号绝缘管3之间、一号绝缘管3与一号金属管1之间都是过盈配合连接。设置二号绝缘管5可以更好的与气体源连接，三号金属管6使二号金属管2与射频电源实现更好的连接且保证放电在金属管2附近。
具体实施方式
四本实施方式所述一号绝缘管3和二号绝缘管5都是陶瓷管，采用陶瓷管的目的在于陶瓷材料不仅绝缘，同时还具有耐高温的优点。
具体实施方式
五本实施方式与前述具体实施方式
不同之处在于，所述二号金属管2的前端是横截面小于内径的通孔2-1，参照图3，二号金属管2的前端设置一个收缩孔的目的在于可以更加容易地产生等离子体。设置通孔2-1不限于在具体实施方式
三所述结构的处理装置上，在具体实施方式
一、二所述结构上都可以设置本实施方式所述的通孔2-1，都能实现相同的效果，都在本发明的保护范围之内。
具体实施方式
六本实施方式所述处理装置在对细长管筒进行处理时要做匀速运动，匀速运动可以更好的保证对管筒内壁注入的均匀性。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六不同之处在于，所述处理装置在做轴向移动的同时还做旋转运动，旋转运动可以避免圆周方向上离子注入的不均匀性。
本发明所述装置可以应用于对细长管筒内表面的离子注入、碳膜沉积、氮化、碳化，及其他对于管筒内壁的处理目的需要，只要是本发明所述装置的结构及方法，即应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于它包括一号金属管(1)，在一号金属管(1)内部设置与其相互绝缘的二号金属管(2)，所述二号金属管(2)前端头设置在一号金属管(1)的内部；所述一号金属管(1)通过导线与地连接，二号金属管(2)通过导线与射频电极(4)连接。
2.根据权利要求1所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于在一号金属管(1)与二号金属管(2)的后端设有绝缘固定件(8)。
3.根据权利要求1所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于所述绝缘方式是在一号金属管(1)与二号金属管(2)之间设置一号绝缘管(3)。
4.根据权利要求3所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于所述一号绝缘管(3)是陶瓷管。
5.根据权利要求3所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于它还包括三号金属管(6)和二号绝缘管(5)，所述三号金属管(6)串接在二号金属管(2)与射频电极(4)连接的导线上，三号金属管(6)的一端与一号绝缘管(3)的后部过盈配合连接，三号金属管(6)的另一端与二号绝缘管(5)过盈配合连接，所述二号金属管(2)与一号绝缘管(3)之间、一号绝缘管(3)与一号金属管(1)之间都是过盈配合连接。
6.根据权利要求5所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于所述二号绝缘管(5)是陶瓷管。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置，其特征在于所述二号金属管(2)的前端设有横截面小于内径的通孔(2-1)。
8.一种使用权利要求1所述装置对细长管筒内表面进行处理的方法，其特征在于将待处理细长管筒(7)设置在真空室内并使细长管筒(7)与负偏压电源连接；选择一号金属管(1)的外径小于被加工细长管筒(7)内径的处理装置，将一号金属管(1)通过导线与地连接，二号金属管(2)通过导线与射频电极(4)连接；向二号金属管(2)内注入气体并控制所述处理装置在细长管筒(7)内轴向移动，即可实现对细长管筒内表面的处理。
9.根据权利要求8所述的对细长管筒内表面进行处理的方法，其特征在于所述处理装置做匀速运动。
10.根据权利要求8或9所述的对细长管筒内表面进行处理的方法，其特征在于所述处理装置还做旋转运动。
全文摘要
细长管筒内表面中空阴极等离子体表面处理装置及方法。现在的离子注入方法存在分布不均匀的问题。本发明所述处理装置结构为一号金属管(1)和设置在一号金属管(1)内并与其相互绝缘的二号金属管(2)，所述一号金属管(1)与地连接，二号金属管(2)与射频电极(4)连接。处理方法是，待处理细长管筒(7)与负偏压电源连接；向二号金属管(2)内注入气体并与射频电源相连，并控制处理装置在细长管筒(7)内轴向移动即可。本发明的最大的优势是被处理的细长管筒工件内部的中空阴极射频放电几乎不受被处理管筒直径限制，这样能处理的细长管筒工件的内径可以大大减小，并且处理均匀，方法简单适用效果好，利于推广应用。
文档编号C23C16/513GK1844449SQ20061001000
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月30日 优先权日2006年4月30日
发明者田修波, 杨士勤 申请人:哈尔滨工业大学