[发明专利]用于加工材料的大气压等离子体加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一般地用于加工材料的大气压等离子体处理加工方法。

背景技术

众所周知，基于等离子体加工的技术或方法在大量的工业领域中是非常重要的，并且主要在微电子领域中，它们已经变得几乎必不可少。

其它有利地使用上述技术或方法的示例性领域是航天、汽车、钢铁制造、废物处理和生物医学领域，在这些领域中，通过使用等离子体工艺，例如能够硬化表面、改变光学性质、中和有毒物质和改进被加工的材料的生物相容性。

与例如传统的化学工艺相比，通过使所述材料经受等离子体的所述材料的表面修整，一般来说具有若干优点。

事实上，等离子体工艺是不要求可能代表了对环境的危险的溶剂或者化学产品的干法工艺，此外，通过上面提到的等离子体工艺提供的修整只影响下层或基底的表面层，而不改变被加工的材料的总体物理机械性质。

大部分工业等离子体工艺，通过利用真空方法，在低压稀薄气体中(通常在10^-4到几十毫巴的压力下)进行。

在这些条件下，获得了所谓的“辉光放电”等离子体的非常均匀的等离子体。

这样的等离子体通常通过向稀薄气体施加电场而产生。

电场可以是连续的或交替的电场，操作频率从微波到光辐射(激光)频率变化。

在等离子体中产生了能够与要被加工的材料的表面反应的几种类型的离子、电子和中性基，这样的技术或加工方法是非常有优势的，原因在于它使用了非常少量的反应性气体，并且在适合于将加工区域与环境大气隔绝的受控环境(真空室)下进行。

但是，使用真空技术的巨大限制在于除了非常昂贵之外，不允许对目标材料进行连续加工；此外，它们需要长的等待时间，以通过特殊设计的泵组件使加工室达到低压。

就此而论，应该指出，为了对材料进行连续加工，已经提出了一些技术性方法。

根据上述方法，多个相通的真空室被保持在不同压力下，以使环境逐渐达到目标工作压力。

但是，这样的解决方案不是降低、而是增加了加工装置的总成本，原因在于在大气压和加工室压力之间有很大的差异；此外，这样的解决方案不易于适于高度排气的材料，诸如，例如皮毛、织物和纸材料。

发明内容

因此，本发明的目的是提供能够用于大气压应用的这种加工方法。

在上面提到的目的的范围内，本发明的主要目标是提供一般地用于加工材料的这样的大气压等离子体加工方法，即使需要在受控环境下进行操作也能够克服使用昂贵的真空设备和相关的泵组件的需要，同时能够便于连续的加工操作。

本发明的进一步目标是提供一般地用于加工材料的这种大气压等离子体加工方法，能够使用便宜得多的技术，同时提供一般来说更快的工艺。

根据本发明的一个方面，通过一般地用于加工材料的等离子体加工方法来实现在下文将变得更明显的上面提到的目的和目标、以及其它目标，其特征是所述方法包含了使要被加工的材料经受基本上大气压的等离子体的步骤。

在后文中，从下面的本发明的优选的但不是排他的实施例的公开，本发明的其它特点和优点将变得更加明显。

具体实施方式

大气压工艺

大气压冷等离子体能够通过在两个电极之间施加电势差(一般从100V到几十kV)以若干方式来产生。

施加的电流可以是直流电流，也可以是交流电流，同时频率可以从微波到激光辐射频率变化。

要被加工的材料可以被暴露于等离子体靠近放电的区域，即与电极直接接触或在它们之间的中间位置(所谓的靠近工艺)，或者能够在两个电极之间产生等离子体，然后通过气流将其在要被加工的表面上传送(所谓的远程工艺)。

因此，基底不直接暴露于放电。

在实验中可以使用几种气体，诸如：氮气、惰性气体、氧气、氢气、通常的氟化气体(SF₆、SOF₂等等)、气态碳氢化合物(CH₄、C₂H₂等等)、气态氟碳化合物(CF₄、C₂F₆等等)。也能够使用上述气体的混合物。

通过使用液相化合物汽化系统，还能够将上述气体与水蒸气、六甲基二硅氧烷(HMDSO)氨蒸汽以及其它硅烷、硅氧烷、碳氢化合物和全氟化化合物混合。