一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置的製作方法

2023-05-21 07:35:31 1

專利名稱：一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置的製作方法
技術領域：
一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置技術領域[0001]本實用新型涉及等離子體材料處理領域，特別是涉及一種用於表面改性和等離子 體聚合的材料處理裝置。
背景技術：
[0002]一股用於材料處理的等離子體可通過氣體放電產生，但多數等離子體都是在低氣 壓下進行，如低氣壓輝光放電等。到目前為止低氣壓輝光放電等離子體已經得到較好研究 並已廣泛應用於材料加工領域，這與其具有明顯的優點是分不開的，比如這种放電有比較 低的擊穿電壓，容易實現穩定放電，還可以在較大尺度內實現均勻以及相對高的活性粒子 濃度等。但另一方面由於低氣壓放電離不開真空系統，而且代價昂貴。介質阻擋放電通常 可在常壓下進行，由於其獨特的優越性，已經越來越多地被應用於材料改性領域。[0003]等離子體聚合是單體處於等離子體狀態時進行的聚合，是利用氣體放電使其產生 各種活性基團，這些活性基團之間或活性基團與單體之間進行反應，從而形成了聚合膜。 ZL02131978. 2公開了一種高密度等離子體化學氣相沉積設備，它的底座由金屬材料製成， 腔內放置一個基板支座，上面蓋有陶瓷圈，在陶瓷圈頂外壁放置一個射頻線圈，來實現對腔 內材料放電處理。這種方法沉積功率高，能夠得到較為緻密的薄膜。但這種設備不能實施 對反應腔內的監控，且不能對材料本身實現改性。ZL02151229. 9公開了一種用於纖維表面 改性的常壓低溫等離子體處理裝置，這種方法主要通過介質阻擋放電來實現。但這種裝置 不能實現低氣壓下薄膜的等離子體聚合。如果對於不同的放電類型，分別採取不同的裝置， 這樣會造成整個處理過程的繁瑣，而且選擇性也相應減弱。發明內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於表面改性和等離子體聚合的材 料處理裝置，可以選擇對不同的材料進行表面改性處理或等離子體聚合薄膜。[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種用於表面改性和等離 子體聚合的材料處理裝置，包括反應系統、電源控制系統、進氣系統和壓強控制系統，所述 的反應系統包括反應腔、以及反應腔內的上電極、下電極、反應基材和石英玻璃；所述的上 電極和下電極之間設有反應基材；所述的反應基材的上表面與所述的上電極之間、下表面 與所述的下電極之間均設有石英玻璃；所述的反應基材上至少開有1個進氣口 ；所述的反 應基材邊緣均勻開有至少兩個出氣口 ；所述的出氣口的直徑小於所述的進氣口的直徑；所 述的進氣口通過接口與所述的進氣系統相連；所述的壓強控制系統與所述的反應腔相連； 所述的電源控制系統分別與所述的上電極和下電極相連。[0006]所述的壓強控制系統包括真空泵、閥門和真空表；所述的真空泵和閥門串聯在同 一氣管上與所述的反應腔相連；所述的真空表通過另一根氣管與所述的反應腔相連。[0007]所述的電源控制系統包括相互連接的變壓器和等離子體發生器；所述的等離子體 發生器上設有頻率調諧旋鈕。[0008]所述的進氣系統包括氣閥、溶液瓶、氣瓶和流量計；所述的氣瓶、流量計、溶液瓶和 氣閥依次串聯並通過接口與所述的進氣口相連。[0009]所述的石英玻璃緊靠在所述的反應基材表面或與所述的反應基材之間留有間隔。[0010]所述的反應腔是由硬質玻璃製成的玻璃鐘罩。[0011]所述的上電極和下電極除去與所述的石英玻璃直接接觸的表面以外的其餘表面 均包覆有聚四氟乙烯薄膜。[0012]有益效果[0013]由於採用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，具有以下的優點和積 極效果本實用新型通過調節反應室內的壓強，進氣裝置的氣體流量，真空泵的抽氣速度， 以實現對壓強的連續控制；把反應腔的外壁做成無色透明，可以實現對反應的實時監控，可 根據不同需要，對材料進行改性處理，或在材料表面聚合薄膜。綜上所述，本實用新型具有 設計合理，結構清晰，操作簡便，應用廣泛等特點。


[0014]圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
[0015]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本 實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容 之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申 請所附權利要求書所限定的範圍。[0016]如圖1所示，一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應系統、 電源控制系統、進氣系統和壓強控制系統。[0017]所述的反應系統包括反應腔1、以及反應腔1內的上電極2、下電極3、反應基材5 和石英玻璃6，其中反應腔1是由硬質玻璃製成的玻璃鐘罩。所述的上電極2和下電極3之 間設有反應基材5，所述的反應基材5的上表面與所述的上電極2之間、下表面與所述的下 電極3之間均設有石英玻璃6。其中，上電極2和下電極3的表面均包有硬質聚四氟乙烯薄 膜，石英玻璃6可選擇緊靠反應基材5，或者與反應基材5之間留有一定間隔。所述的反應 基材5上開有進氣口 4，進氣口 4的數量可根據實際情況來確定，所述的反應基材5邊緣均 勻開有出氣口，所述的出氣口的直徑小於所述的進氣口 4的直徑，出氣口的數量根據進氣 口的數量決定，保證進出氣平衡，從而實現單體在反應腔1內停留一定時間，也使薄膜能夠 均勻聚合在反應基材5上。所述的進氣口 4通過接口 7與所述的進氣系統相連，接口 7的 類型根據進氣口 4的數量進行選擇。比如說，當進氣口 4為兩個時，就選擇使用三通接口， 當進氣口 4為一個時，就選擇單通接口。所述的進氣系統包括氣閥9、溶液瓶10、氣瓶11和 流量計14，其中，氣瓶11、流量計14、溶液瓶10和氣閥9依次串聯並通過接口 7與進氣口 4 相連。氣瓶11中的氣體可根據需要選擇氬氣、氮氣等。溶液瓶10中可根據不同的需要選擇 盛放不同的溶液，也可以根據反應腔1內所進行的反應類型，來決定溶液瓶10中是否盛放 液體，如果反應腔1內的反應是用來聚合薄膜，則溶液瓶10中盛放需要聚合的單體溶液，如 果反應腔1內是對材料表面改性，則溶液瓶10內可選擇不放液體，或者將溶液瓶10撤除，直接將氣閥9與流量計14通過氣管連接。可以通過旋轉氣閥9上的旋鈕，來實現對氣流的 控制，以達到控制進入反應腔1內的氣流量。所述的壓強控制系統與所述的反應腔1相連。 壓強控制系統主要由真空泵13、閥門15和真空表12三部分組成，所述的真空泵13和閥門 15串聯在同一氣管上與所述的反應腔1相連，所述的真空表12通過另一根氣管與反應腔1 相連。真空泵13在220V的電壓下工作，功率固定，工作時可通過旋轉閥門15上的旋鈕，以 控制抽氣的速度，真空表12可顯示反應腔1內的即時壓強。壓強控制系統與進氣系統中的 氣閥9一起控制反應腔1中的壓強。所述的電源控制系統分別與所述的上電極2和下電極 3相連，該電源控制裝置主要由相互連接的等離子體發生器8和變壓器16組成。等離子體 發生器8可根據需要調節頻率，使電壓與電流匹配，以達到一個合適的放電功率。在實際操 作中，為保證反應腔1內的氣密性良好，反應腔1的下邊緣墊有密封墊圈，並緊貼在下面的 平板上，平板上設有特製小孔，小孔周圍同樣有密封墊圈，以實現導線與氣管的連接。[0018]本實用新型既可以對材料進行表面改性處理，又可以用於薄膜的聚合。下面結合 具體事例加以說明。[0019]一、利用該裝置對材料表面進行改性處理，以聚苯乙烯(ps)製成的反應基材為例 加以說明。[0020](一 )、將反應基材邊緣用鑽頭打出一個進氣口，並在周圍打出比進氣口稍小些的 出氣口，從而保證進出氣平衡，之後將反應基材洗淨、乾燥。[0021]( 二)、將反應基材放於作為反應腔的玻璃鐘罩內的兩塊石英玻璃中間，並將進氣 管與進氣口相連，石英玻璃上下兩側分別放置與電源控制系統相連的上電極和下電極。放 好後用玻璃鐘罩將其蓋住，接上壓強控制系統，並保證玻璃鐘罩的邊緣與密封墊圈接觸良 好。[0022](三)、打開真空泵，並調節閥門，打開氣瓶，通入氬氣或氮氣等氣體，調節氣閥，使 流量計指示到一個合適的流量，並使真空表上顯示出一個合適的壓強值。此過程中，溶液瓶 中不加入溶液，或將溶液瓶撤除，直接將氣閥與流量計通過氣管相連。[0023](四)、打開電源控制系統，調節到合適的放電電壓，並調節等離子發生器的頻率 調節旋鈕，使放電電流與放電電壓相匹配。計時，並觀察玻璃鐘罩內的放電情況，等待材料 處理。[0024](五)、到達預定處理時間後，將電壓調至「0」的位置，關閉電源控制系統、真空泵 和氣瓶，取出材料即可，處理過程結束。[0025]二、利用該裝置進行等離子體聚合薄膜，也以在聚苯乙烯製成的反應基材內表面 成膜為例予以說明。[0026](一)、將反應基材邊緣用鑽頭打出一個或兩個進氣口，在周圍打出稍小些的出氣 口，從而保證進出氣平衡。進氣口和的多少可根據具體需要進行選擇，目的是為了使在基體 表面聚合的薄膜均勻。之後將反應基材洗淨、乾燥。[0027]( 二)、將反應基材放於作為反應腔的玻璃鐘罩內的兩塊石英玻璃中間，並將進氣 管與進氣口相連，石英玻璃上下兩側分別放置與電源控制系統相連的上電極和下電極。放 好後用玻璃鐘罩將其蓋住，接上壓強控制系統，並保證玻璃鐘罩的邊緣與密封墊圈接觸良 好。[0028](三)、在溶液瓶中加入適量事先準備好的單體溶液，蓋緊瓶塞並重新連好裝置。打開真空泵，並調節閥門，打開氣瓶，通入氬氣或氮氣等氣體，調節氣閥，使流量計指示一個 合適的流量，並使真空表上顯示出一個合適的壓強值。[0029](四)、打開電源控制系統，調節到合適的放電電壓，並調節等離子發生器的頻率 調節旋鈕，使放電電流與放電電壓相匹配。計時，並觀察玻璃鐘罩內的放電情況，等待材料處理。[0030](五)、到達預定處理時間後，將電壓調至「0」的位置，關閉電源控制系統、真空泵 和氣瓶，取出材料即可，處理過程結束。[0031]不難發現，本實用新型通過調節反應室內的壓強，進氣裝置的氣體流量，真空泵的 抽氣速度，以實現對壓強的連續控制；把反應腔的外壁做成無色透明，可以實現對反應的實 時監控，可根據不同需要，對材料進行改性處理，或在材料表面聚合薄膜。綜上所述，本實用 新型具有設計合理，結構清晰，操作簡便，應用廣泛等特點。
權利要求1.一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應系統、電源控制系統、 進氣系統和壓強控制系統，其特徵在於，所述的反應系統包括反應腔(1)、以及反應腔內的 上電極O)、下電極(3)、反應基材(5)和石英玻璃(6)；所述的上電極(2)和下電極(3)之 間設有反應基材(5)；所述的反應基材(5)的上表面與所述的上電極( 之間、下表面與所 述的下電極(3)之間均設有石英玻璃(6)；所述的反應基材(5)上至少開有1個進氣口(4)； 所述的反應基材(5)邊緣均勻開有至少兩個出氣口 ；所述的出氣口的直徑小於所述的進氣 口(4)的直徑；所述的進氣口(4)通過接口(7)與所述的進氣系統相連；所述的壓強控制系 統與所述的反應腔相連；所述的電源控制系統分別與所述的上電極( 和下電極C3)相連。
2.根據權利要求1所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的壓強控制系統包括真空泵(13)、閥門(15)和真空表(12)；所述的真空泵(13)和 閥門(1 串聯在同一氣管上與所述的反應腔(1)相連；所述的真空表(1 通過另一根氣 管與所述的反應腔(1)相連。
3.根據權利要求1所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的電源控制系統包括相互連接的變壓器(16)和等離子體發生器(8)；所述的等離 子體發生器(8)上設有頻率調諧旋鈕。
4.根據權利要求1所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的進氣系統包括氣閥(9)、溶液瓶(10)、氣瓶(11)和流量計(14)；所述的氣瓶 (11)、流量計(14)、溶液瓶(10)和氣閥(9)依次串聯並通過接口(7)與所述的進氣口⑷ 相連。
5.根據權利要求1所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的石英玻璃(6)緊靠在所述的反應基材( 表面或與所述的反應基材( 之間留 有間隔。
6.根據權利要求1所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的反應腔(1)是由硬質玻璃製成的玻璃鐘罩。
7.根據權利要求5所述的用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特徵在 於，所述的上電極( 和下電極(3)除去與所述的石英玻璃(6)直接接觸的表面以外的其 餘表面均包覆有聚四氟乙烯薄膜。
專利摘要本實用新型涉及一種用於表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應系統、電源控制系統、進氣系統和壓強控制系統。反應系統包括反應腔、以及反應腔內的上電極、下電極、反應基材和石英玻璃；上電極和下電極之間設有反應基材；反應基材的上表面與上電極之間、下表面與下電極之間均設有石英玻璃；反應基材上開有進氣口，邊緣均勻開有出氣口；出氣口的直徑小於進氣口的直徑；進氣口通過接口與進氣系統相連；壓強控制系統與反應腔相連；電源控制系統分別與上電極和下電極相連。本實用新型設計合理，結構清晰，操作簡便，應用廣泛。
文檔編號C08J7/18GK201817548SQ20102057210
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者唐曉亮, 邱高, 陳寶同 申請人:東華大學