[发明专利]用于在容器上等离子体沉积阻挡层的冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及容器的制造，在制造容器的过程中容器的内壁被涂覆有包括阻挡材料的层。

背景技术

已知通过等离子体来沉积阻挡材料。在申请人名下的欧洲专利EP 1068032或者其他美国专利US 5522351中描述了这种技术。

上述文献EP 1068032也描述了用于这种沉积的装置。该装置包括电磁波发生器；腔，其与发生器连接且由导电材料(通常为金属)制成；以及室，其定位在腔内且由能够被来自发生器的电磁波透过的材料(通常为石英)制成。

在将容器引入室内之后，室内形成适度的真空(大约30mbar至100mbar)，同时容器内具有较高的真空度(几μbar)。将前体气体(诸如乙炔)引入到容器内，通过电磁轰击(通常利用2.45GHz的小功率UHF微波)来激活该前体以将其转换成低温等离子体状态并由此产生包括以薄膜(大约60nm至200nm)形式沉积在容器内壁上的碳氢化合物(包括CH、CH₂、CH₃)在内的物质。

待处理的容器通常由在20℃时能够被电磁微波透过的诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等热塑性聚合物制成。石英也具有相同的性质，石英的介电特性(在大约20℃的温度)有利于微波传输，使得石英尤其适于制造包围容器的室。

在实验室条件下，对容器的处理，包括施加材料及随后进行准备(具体来说涉及温度和压力)，可能需要几分钟或甚至几小时。

对于工业生产，上述类型的一系列装置(例如，大约20个)被安装在转盘上并且连续地对几千个容器按照规定处理进行操作。单位循环时间(即，针对每个装置)为几秒钟。

这样，实验室工作人员通常不会遇到的问题在这里出现了。发明人注意到在工业生产过程中阻挡层的厚度不均匀并且PET容器发生了变形。

发明内容

本发明的目的尤其是要通过提出一种确保在等离子体处理过程中使阻挡层较好地分布并且能够减少容器变形的方案来解决上述问题。

为了这个目的，本发明提出了一种用于在容器的内壁上等离子体沉积一薄层阻挡材料的装置，所述装置包括：

电磁波发生器；

腔，其与所述发生器连接且由导电材料制成；

室，其定位在所述腔内且由能够被来自所述发生器的电磁波透过的材料制成；以及

用于冷却所述室的机构。

在深入研究之后，发明人作了一种假设，即，阻挡层不均匀可能是因为两种具有相同结果和相同原因的现象造成的。

第一种现象：在处理过程中对容器进行不适时的加热。微波透过PET的传输实际上随着材料温度的升高而降低。尽管PET在大约20℃时被认为能够被微波完全透过，但在大约50℃时该透射度将不够充分，因此导致等离子体在某种程度上不均匀。随着来自石油化工的原材料(PET)价格上涨，所谓的薄壁容器(小于或等于大约200μm)趋于增多，在这种情况下，对容器加热可以具有另一种结果：对薄壁容器进行拉吹塑实际上会在形成的容器内产生残余应力。在不进行随后的处理的情况下，这些应力不会产生问题。相反，如果在等离子体处理的过程中对容器进行加热，则由于加热而释放的残余应力会导致容器发生局部变形(如果接近玻璃化转变温度则容器的变形更为明显)。因此，有必要对容器进行处理。

发明人假定所述加热实际上来自于对石英室进行的加热，通过热对流在室与容器之间进行热传递。这种假定是大胆的，因为与大气压力相比，室壁与容器之间的压力非常小(如我们所得知的，大约30至100mbar)。

第二种现象是电磁微波对室的透射度下降，这导致对前体的轰击不均一。发明人假定室的相对不透射性是由于其温度的升高，所选材料(在该情况下为石英)中存在的杂质足以导致室由于电磁微波的作用而被加热。这也是一种大胆的假定，因为根据发明人的理解，被认为能够使微波完全透过的材料的温度的略微增加(在该种情况下，在工业生产条件下测量到的室的温度为60℃，而在实验室条件下，该温度为20℃)在之前不曾被认为是有问题的。

发明人阐述的假设的关联性通过所提出的方案的实施来证明：通过对室进行冷却(将室的温度维持在小于大约30℃)，可以有效地获得分布更加均匀的阻挡层并且消除了瓶的变形。

根据一种实施方式，冷却机构包括在腔内制成的大量开口，所述开口优选被定向成彼此平行，例如沿着与所述装置的路径形成一角度的方向。当所述装置运动时，这些开口能够产生用于冷却所述室的气流。

开口的轴线与装置的路径形成的夹角例如在5°到45°之间。另外，可以将风扇定位在腔的上游且面向腔，以辅助空气在腔内围绕室的循环。