用於在容器上等離子體沉積阻擋層的冷卻裝置的製作方法

2023-05-06 05:48:56 2

專利名稱：用於在容器上等離子體沉積阻擋層的冷卻裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及容器的製造，在製造容器的過程中容器的內壁被塗 覆有包括阻擋材料的層。
背景技術：
已知通過等離子體來沉積阻擋材料。在申請人名下的歐洲專詳'J
EP 1068032或者其他美國專利US 5522 351中描述了這種技術。
上述文獻EP 1068032也描述了用於這種沉積的裝置。該裝置包 括電磁波發生器；腔，其與發生器連接且由導電材料(通常為金屬) 製成；以及室，其定位在腔內且由能夠被來自發生器的電磁波透過 的材料(通常為石英)製成。
在將容器引入室內之後，室內形成適度的真空(大約30 mbar 至100mbar),同時容器內具有較高的真空度(幾)a bar )。將前體 氣體(諸如乙炔)引入到容器內，通過電磁轟擊(通常利用2.45GHz 的小功率UHF微波)來激活該前體以將其轉換成低溫等離子體狀態 並由此產生包括以薄膜(大約60 nm至200 nm)形式沉積在容器內 壁上的碳氫化合物(包括CH、 CH2、 CH3)在內的物質。
待處理的容器通常由在2(TC時能夠被電磁微波透過的諸如PET (聚對苯二曱酸乙二醇酯)等熱塑性聚合物製成。石英也具有相同 的性質，石英的介電特性(在大約2(TC的溫度)有利於微波傳輸， 使得石英尤其適於製造包圍容器的室。
在實驗室條件下，對容器的處理，包括施加材料及隨後進行準 備(具體來說涉及溫度和壓力)，可能需要幾分鐘或甚至幾小時。
對於工業生產，上述類型的一系列裝置(例如，大約20個)被
安裝在轉盤上並且連續地對幾千個容器按照規定處理進行操作。單位循環時間(即，針對每個裝置)為幾秒鐘。
這樣，實驗室工作人員通常不會遇到的問題在這裡出現了。發
明人注意到在工業生產過程中阻擋層的厚度不均勻並且PET容器發 生了變形。

發明內容
本發明的目的尤其是要通過提出一種確保在等離子體處理過程 中使阻擋層較好地分布並且能夠減少容器變形的方案來解決上述問題。
為了這個目的，本發明提出了一種用於在容器的內壁上等離子 體沉積一薄層阻擋材料的裝置，所述裝置包括 電磁波發生器；
腔，其與所迷發生器連接且由導電材料製成； 室，其定位在所述腔內且由能夠被來自所述發生器的電磁波透 過的材料製成；以及
用於冷卻所述室的機構。
在深入研究之後，發明人作了一種假設，即，阻擋層不均勻可 能是因為兩種具有相同結果和相同原因的現象造成的。
第一種現象在處理過程中對容器進行不適時的加熱。微波透 過PET的傳輸實際上隨著材料溫度的升高而降低。儘管PET在大約 2(TC時被認為能夠被微波完全透過，但在大約5(TC時該透射度將不 夠充分，因此導致等離子體在某種程度上不均勻。隨著來自石油化 工的原材料(PET)價格上漲，所謂的薄壁容器(小於或等於大約200 iam)趨於增多，在這種情況下，對容器加熱可以具有另一種結果 對薄壁容器進行拉吹塑實際上會在形成的容器內產生殘餘應力。在
不進行隨後的處理的情況下，這些應力不會產生問題。相反，如果 在等離子體處理的過程中對容器進行加熱，則由於加熱而釋放的殘
餘應力會導致容器發生局部變形(如果接近玻璃化轉變溫度則容器
的變形更為明顯)。因此，有必要對容器進行處理。發明人假定所述加熱實際上來自於對石英室進行的加熱，通過 熱對流在室與容器之間進行熱傳遞。這種假定是大膽的，因為與大 氣壓力相比，室壁與容器之間的壓力非常小(如我們所得知的，大
約30至100 mbar )。
第二種現象是電磁微波對室的透射度下降，這導致對前體的轟 擊不均一。發明人假定室的相對不透射性是由於其溫度的升高，所 選材料(在該情況下為石英)中存在的雜質足以導致室由於電磁微 波的作用而被加熱。這也是一種大膽的邗i定，因為根據發明人的理 解，被認為能夠使微波完全透過的材料的溫度的略微增加(在該種 情況下，在工業生產條件下測量到的室的溫度為6(TC，而在實驗室 條件下，該溫度為20°C )在之前不曾被認為是有問題的。
發明人闡述的假設的關聯性通過所提出的方案的實施來證明 通過對室進行冷卻(將室的溫度維持在小於大約30°C),可以有效 地獲得分布更加均勻的阻擋層並且消除了瓶的變形。
根據一種實施方式，冷卻機構包括在腔內製成的大量開口 ，所 述開口優選被定向成彼此平行，例如沿著與所述裝置的路徑形成一 角度的方向。當所述裝置運動時，這些開口能夠產生用於冷卻所述 室的氣流。
開口的軸線與裝置的路徑形成的夾角例如在5°到45°之間。 另外，可以將風扇定位在腔的上遊且面向腔，以輔助空氣在腔內圍 繞室的循環。
優選地，開口基本上分布在腔的整個周邊和/或整個高度上。此 外，開口在腔上的密度例如在l/cmU 10/cn]2之間。
除了開口之外或作為開口的一種替代，冷卻機構可以包括用於
在室內產生空氣循環的特定裝置。該裝置例如包括定位在室的下面 或上面的風扇，或者與室連接的供氣管線和真空泵。


閱讀下面的描述並參照附圖可以了解本發明的其它目的和優點，其中
圖1為用於在容器內壁上等離子體沉積阻擋層的裝置的正面剖 視圖2為安裝在同一轉盤上的兩個相鄰的裝置的示意圖3為根據一種變型的與圖2相似的示意圖4為有氣流通過的裝置的局部剖視圖5為根據一種變型的裝置的正面局部剖視圖6和7為根據兩種想到的構造在腔的上方分布開口的詳細視圖。
具體實施例方式
圖1示出了用於在容器2的內壁上等離子體沉積阻擋層的裝置 1，該容器2是通過對由諸如PET等熱塑性材料製成的預製件進行吹 塑或拉吹塑而預先形成的。
為了與使用的工業技術術語一致，以下將該裝置1稱作反應器， 該反應器包括頻率為2.45 GHz的小功率電磁微波發生器3，該發生 器3通過波導管4與由例如鋼或(優選)鋁或鋁合金等導電材料制 成的腔5連接。腔5內定位有室6,該室6由諸如石英等適於電磁微 波傳輸的材料製成。應當注意的是，腔5的壁厚大約為5 mm,而室 6的壁厚在2mm到3 mm之間。
反應器1和一系列類似的反應器被安裝於在一個或多個裝載位 置和一個或多個卸載位置之間旋轉的轉盤7上，用於同時處理幾個 容器2。在圖2和3中，該轉盤7由其通過腔5的軸線X的圓形軌跡 來表示。
腔5和室6被可拆卸的蓋8共同覆蓋，使得容器2被密封在室6 內。注入器9透過蓋8向容器2內引入諸如乙炔等前體氣體。容器2 懸掛於支撐部10上，支撐部10安裝在蓋8上。該支撐部10具有通 向後排放室12的孔11，殘餘物在反應結束時通過該後排放室12。 後排放室12與通道13連接用於抽空殘餘物，該通道13與泵(未示出)連接，該泵既用於使容器2內在引入前體氣體之前具有較高的 真空度(幾nibar)又用於在反應結束時抽空殘餘物。
室6經由閥與通道13連接，該閥允許室6與容器2的內部隔離， 在容器2被引入之後，在室6內形成適度的真空(在30到100 mbar 之間)。室6內的壓力取決於容器2的厚度大約100mbar的真空 適於普通厚度(大約0. 35mm)的容器，但不適於厚度較小(大約0.2 mm)的容器，容器內部和外部的壓差足以導致其破損。對於這些厚 度較小的容器，應使室內具有大約30 mbar的真空。
為了避免室6受熱以及由此產生的以上介紹的所有缺點，每個 反應器1設有用於冷卻其室6的機構。
這些冷卻機構可以具有多種形式。
根據第一實施方式，從外部對室6進行冷卻，腔5具有大量開 口 14,所述開口 14優選分布在腔5的整個周邊(或僅其一部分)和 整個高度(或僅其一部分)上。如圖4所示，轉盤7的旋轉導致在 腔5內產生氣流(在圖4中以場線L表示)，所述氣流從一側向另 一側通過腔來冷卻室6，保持該室6在足夠低(低於或等於30°C ) 的溫度，以使微波傳輸不受影響並且使室6和容器2之間的熱傳遞 足夠小以不會明顯對容器2加熱。
開口 14的截面可以呈圓形或矩形。開口 14的直徑(或它們的 側邊)優選在1 mm到10 mm之間，而它們的密度可以在1/cm'到10/cm2 之間，這取決於轉盤7的旋轉速度和期望的冷卻效果。
在圖6和7中給出了開口 14的分布方案的兩個例子。
根據第一個例子(圖6)，直徑為3mni的開口 14以五點梅花狀 的形式多^亍疊加^^非列，同一4亍兩個開口 14之間的間3巨E大約為5 mm， 兩個相鄰行之間的距離H大約為4. 3 mm (換句話說，連接同一行的 開口 14的中心的直線與連接相鄰行中兩個相鄰開口的中心的直線之 間的夾角大約為60° )。
根據第二個例子(圖7),直徑大約為4mm的開口 14以方格形 式排列，同一行兩個相鄰開口 14之間的距離E，大約為9 mm,兩個相鄰行之間的距離大約為8 mm。
可以沿徑向定向開口 14。然而，為了使氣流最優化，優選將開 口 14定向為彼此平行。因此，開口 14可以被定向成與轉盤7的路 徑的局部切線T平行(如圖2所示，用虛線表示開口 14的軸線)， 或者與轉盤7的路徑的局部切線T成一角度，在這種情況下開口 14 朝向轉盤7的外部轉動並且考慮旋轉方向(如圖3所示)，以基本 上將新鮮空氣吸入到腔5內，同時避免將來自相鄰腔5，的熱空氣吸 入。
在不進行空氣強制循環的情況下，開口 14的軸線的傾角優選在 5°到45°之間。
然而，可以給每個反應器1設有風扇15,風扇15定位在開口 14的軸線上且面向腔5並位於其前方(即，考慮轉盤的旋轉方向， 風扇15定位在腔5的上遊)。在這種情況下，開口 14的軸線的傾 角就不重要了 (例如，可以將開口 14的軸線定向成與路徑的局部切 線T垂直)，儘管該傾角優選大於5°以避免將來自前一個腔5的熱 空氣流引入。
在一種變型中，氣流在室6內產生。該氣流可以通過定位在室6 底部的風扇16來產生(需要注意的是，室內壓力在30 mbar到100 mbar之間)，該風扇16通過絕緣柵17 (例如金屬)與室6分隔開， 以便保護該風扇16不受電磁波的影響。如圖5所示，風扇16優選 朝向室6的周邊偏移，以形成圍繞容器2的空氣環流。在另一種實 施方式中，未在附圖中示出，可以將風扇16定位在室6的上部。即 使在上述壓力下，這種空氣環流也足以限制室6與容器2之間的熱 對流並保持室6和容器2處於能夠確保微波良好傳輸的溫度下，但 在該溫度下容器2內的殘餘應力並沒有被消除。
在一種變型中，在保持室6內適度的真空穩定的同時，可以通 過經由室6的一端注入新鮮空氣(或任何其它惰性氣體)並同時在 其另一端泵吸空氣以提供冷卻來在室6內產生強制循環。在實踐中， 例如能夠想到將室6的一部分(例如其底部)與供氣管線連接，將室6的另一部分(例如其上部)與真空泵連接，對供氣速率和泵吸速 率的調節例如可以依據室6內的壓力進行反饋控制，其中，室6內 的壓力可以由壓力傳感器來測量。
可以將上述各種布置進行組合因此可以同時從外部和內部對 室6進行冷卻，從外部冷卻時藉助於腔5內的與風扇相連或不相連 的開口 ，從內部冷卻時藉助於通過風扇或連接注入/泵吸裝置產生的
玄氣環流。
無論採用哪種布置，可以觀察到從外部和/或內部對室6進行冷 卻解決了上述關於阻擋層在容器2的內壁上分布不均勻的問題。這 時的分布至少比以前的均勻，並且可以觀察到輕質容器具有了更好 的力學性能。
權利要求
1.一種用於在容器(2)的內壁上等離子體沉積薄層阻擋材料的裝置(1)，所述裝置(1)包括電磁波發生器(3)；腔(5)，其與所述發生器(3)連接且由導電材料製成；以及室(6)，其定位在所述腔(5)內且由能夠被來自所述發生器(3)的電磁波透過的材料製成；所述裝置(1)的特徵在於，其包括用於冷卻所述室(6)的機構(14，15；16)。
2. 根據權利要求1所述的裝置(1),其特徵在於，所述冷卻機 構包括在腔(5)內製成的多個開口 (14)。
3. 根據權利要求2所述的裝置(1),其特徵在於，所述開口(14) 被定向成彼此平行。
4. 根據權利要求3所述的裝置(1)，其特徵在於，所述開口 (14) 被定向成沿著與所述裝置(1)的路徑形成一角度的方向。
5. 根據權利要求4所述的裝置(1),其特徵在於，所述角度在 5°到45°之間。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的裝置(l)，其特徵在於， 所述裝置(1)包括定位在所述腔(5)的上遊且面向所述腔(5)的 風扇U5 )。
7. 根據權利要求2至6中任一項所述的裝置(1 ),其特徵在於， 所述開口 (14)基本上分布在所述腔(5)的整個周邊上。
8. 根據權利要求2至7中任一項所述的裝置(1 ),其特徵在於， 所述開口 (14)基本上分布在所述腔(5)的整個高度上。
9. 根據權利要求2至8中任一項所述的裝置(1 ),其特徵在於， 所述開口 ( 14)在所述腔(5)上的密度在1"1112到10/ci^之間。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的裝置(1 )，其特徵在於， 所述冷卻機構包括用於在所述室(6)內產生空氣循環的特定裝置。
11. 根據權利要求10所述的裝置(1)，其特徵在於，所述裝置 包括定位在所述室(6)下面的風扇(16)。
12.根據權利要求10所述的裝置(1),其特徵在於，所述裝置 包括與所述室(6)連接的供氣管線和真空泵。
全文摘要
本發明涉及一種用於在容器(2)的內壁上等離子體沉積薄層阻擋材料的裝置(1)，該裝置(1)包括電磁波發生器(3)；腔(5)，其與所述發生器(3)連接且由導電材料製成；以及室(6)，其定位在所述腔(5)內且由能夠被來自所述發生器(3)的電磁波透過的材料製成。該裝置(1)的特徵在於，其包括用於冷卻所述室(6)的機構(14，15；16)。
文檔編號B65D23/02GK101297065SQ200680039750
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月23日 優先權日2005年10月24日
發明者讓-米歇爾·裡於 申請人:賽德爾參與公司