專利名稱：在低壓力下進行等離子體感應(yīng)涂覆的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面涂覆領(lǐng)域，尤其涉及等離子體增強的表面涂覆，其中單體物質(zhì)被使得聚合并沉積在表面上從而形成一層均勻的憎油和憎水材料。
背景技術(shù)：
在前述涂覆過程中，單體物質(zhì)被引入惰性載氣并以受控量饋入低壓等離子體室。 因而需要其中受控量的單體可蒸發(fā)到惰性氣體流內(nèi)的均勻蒸發(fā)過程。同樣需要確保惰性載氣中的單體濃度高且均勻的過程和設(shè)備，以使涂覆過程有效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了在低壓力下等離子體涂覆憎水和憎油聚合層的方法，其中該方法包括步驟-提供具有表面的襯底；-將包括1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯(1H，1H，2H， 2H_Perflourodecylacrylate)的化合物蒸發(fā)到惰性氣體流內(nèi)；-在蒸發(fā)到氣體內(nèi)期間保持所述化合物恒溫；-將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物；-將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物中產(chǎn)生的連續(xù)波等離子體，具有等離子體電路提供的等離子體功率。通過在蒸發(fā)期間確?；衔锖銣兀纱_保增加到氣流的單體量隨著時間的推移仍保持恒定。本發(fā)明方法還包括步驟-將所述化合物引入容器內(nèi)并在容器中形成液-氣界面；-將惰性氣體流引入容器內(nèi)并位于所述液-氣界面上方；-在所述液-氣界面的上方提取氣體和蒸發(fā)的化合物的混合物。通過將化合物引入容器內(nèi)，明確限定的液體表面將由容器的側(cè)壁形成，因而確保預(yù)定面積的蒸發(fā)表面，使得在蒸發(fā)期間，即使容器中的液體量變化，仍將存在同樣的蒸發(fā)表面。這要求容器具有圓柱形壁、液體量覆蓋底部并至少淹沒圓柱形壁部分的下部。這些空間度量不難滿足。本發(fā)明方法可以多種方式進行可持續(xù)蒸發(fā)直到所有引入的單體液體已被蒸發(fā)為止，其中在配給新的部分之后，在整個等離子體涂覆期間重復(fù)前述過程；或?qū)误w分配到容器內(nèi)將連續(xù)進行并通過PTC(正溫度系數(shù))元件消耗的電流進行調(diào)節(jié)，使得確保至少最底下的PTC元件有一部分淹沒在單體中。優(yōu)選地，惰性氣體流在引入到容器中之前加熱到預(yù)定溫度。這有助于確保蒸發(fā)區(qū)的熱力學(xué)條件恒定，同樣還有助于確保惰性氣體和單體的混合物在涂覆表面部分期間具有恒定的性質(zhì)。優(yōu)選地，所述氣體加熱到50和100攝氏度之間的溫度。恒定的電壓可提供給容器中提供的一個或多個PTC型電阻元件。從而在運行期間可確保恒溫，因為PTC元件為自調(diào)節(jié)元件，如果它們冷卻，更高的電流將從其流過從而導(dǎo)致產(chǎn)生更高的熱量，反之亦然。這樣，提供了自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其可確保單體蒸發(fā)區(qū)的溫度穩(wěn)定。當單體接觸PTC元件時，其處的溫度將下降，從而導(dǎo)致電流增加，如上所述，及如果更多的PTC元件存在于容器中并彼此堆疊，上部的元件也可因惰性氣體和單體的混合物流流過其而冷卻。根據(jù)本發(fā)明方法，在蒸發(fā)期間測量耗用電流和/或PTC元件的電阻，及當耗用電流低于預(yù)定閾值和/或PTC元件的電阻高于預(yù)定閾值時將預(yù)定量的液體化合物引入容器中。 這樣，PTC元件還用于監(jiān)測蒸發(fā)區(qū)單體的存在，及可省略用于監(jiān)測此的單獨儀表。如果有利于工藝，可在單體變干和加入新部分之間引入停頓時間，同樣，當?shù)入x子體室中的涂覆過程進入最后階段時可使用空運行時間段，因為通過這可確保蒸發(fā)容器完全變空及容器中不留下任何單體。優(yōu)選地，PTC元件具有在110和150攝氏度之間的Tntt或平衡溫度，Tntt在130攝氏度最好。該溫度遠高于液態(tài)單體化合物的沸點，從而在容器內(nèi)提供穩(wěn)定的蒸發(fā)速度，通過在遠離液體表面的氣體流路中存在多個PTC元件，其中的惰性氣體和化合物達到穩(wěn)定狀態(tài)，不可能形成蒸發(fā)液體的冷凝物。從而所有蒸發(fā)的液體將到達等離子體處理室。當進行上述測量時，等離子體感應(yīng)涂覆過程變得既穩(wěn)定又確保高單體濃度，而沒有形成冷凝物的風險。涂覆過程可快得多地進行，及處理時間可能從約40分鐘減少到約7 分鐘，藉此等離子體感應(yīng)涂覆階段從30分鐘減少到2. 5分鐘，同時產(chǎn)生的聚合單體涂層比先前在30分鐘涂覆時間期間獲得的涂層厚。當由對應(yīng)的過程適當替代時，上面描述的及權(quán)利要求中限定的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可與本發(fā)明方法結(jié)合。方法的實施例具有與對應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備一樣的優(yōu)點。本發(fā)明的進一步的目標由從屬權(quán)利要求和本發(fā)明的詳細描述中限定的實施方式實現(xiàn)。除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式的含義均包括復(fù)數(shù)形式(即具有“至少一”的意思)。應(yīng)當進一步理解，說明書中使用的術(shù)語“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。應(yīng)當理解，除非明確指出，當元件被稱為“連接” 或“耦合”到另一元件時，可以是直接連接或耦合到其他元件，也可以存在中間插入元件。如在此所用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個列舉的相關(guān)項目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步驟不必須精確按所公開的順序執(zhí)行。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)容器及定量閥的示意性表示。圖2示出了定量閥的截面圖。圖3示出了可用于執(zhí)行本發(fā)明的系統(tǒng)的圖示。圖4示出了兩個不同PTC元件的電阻-溫度關(guān)系的一般圖表。圖5為可連同本發(fā)明一起使用的涂覆處理室的示意性表示。圖6以放大圖的形式示出了容器的細節(jié)。為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡化的圖，它們只給出了對于理解本發(fā)明所必要的細節(jié)，而省略其他細節(jié)。在所有附圖中，相同的附圖標記用于指同樣或?qū)?yīng)的部分。通過下面給出的詳細描述，本發(fā)明進一步的適用范圍將顯而易見。然而，應(yīng)當理解，在詳細描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實施例的同時，它們僅為說明目的給出，因為， 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過這些詳細說明在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)做出各種變化和修改是顯而易見的。
具體實施例方式下面公開了根據(jù)本發(fā)明的方法的例子。根據(jù)本發(fā)明方法，在低壓力下等離子體感應(yīng)涂覆憎水和憎油聚合層通過下面提及的步驟實現(xiàn)。在開始，提供具有將要涂覆的表面的襯底，及這可以是任何類型的襯底，尤其是電子部件、電子部件的組件、將用在人體處或附近的裝置的外部和/或內(nèi)部表面部分，如包括電子或機械部件的醫(yī)療裝置。前述部件的例子可以是音頻裝置如助聽器或頭戴式耳機。如本領(lǐng)域眾所周知的，使襯底進入處理室，該室被抽成低壓力，及可在開始執(zhí)行預(yù)處理過程如用氧等離子體清潔。之后，包括小量蒸汽形式的單體化合物的惰性氣體被引入該室內(nèi)并引發(fā)等離子體輝光。在引入處理室之前，通過抽吸惰性氣體穿過包括預(yù)定量液態(tài)單體化合物的容器10 而將受控量的適當單體化合物如1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯蒸發(fā)到惰性氣體流內(nèi)。恒定的惰性氣體流被使得從氣體入口 11流到用于單體和氣體的混合物的出口 12。如圖1中所見，該出口提供在入口 11的上方，及入口 11本身提供在容器10的底部部分的上方。當小量的液體引入容器10內(nèi)時，液-氣界面14或液體表面將形成在氣體入口 11的下面。從而惰性氣體流將在液體表面14的上方通過并通過出口 12將可能的單體蒸汽抽出容器10。在蒸發(fā)到氣體內(nèi)期間保持液體化合物恒溫。這確保恒定的蒸發(fā)速度，否則自表面 14的蒸發(fā)將使液體變涼從而減少蒸發(fā)。該趨勢通過在蒸發(fā)期間加熱液體并保持液體恒溫進行抵消。氣體和單體化合物的混合物被吸入等離子體室，及那里存在的表面在產(chǎn)生連續(xù)波等離子體功率期間被暴露給氣體和化合物的混合物。如本領(lǐng)域已知的，等離子體功率通過高頻等離子體發(fā)生電路產(chǎn)生并提供在前述室中的電極件之間。優(yōu)選地，惰性氣體流在引入到容器中之前加熱到預(yù)定溫度。這樣，還確保從室10 抽出的氣體和蒸發(fā)的化合物的混合物隨著時間的推移保持恒定性質(zhì)。液體化合物的加熱用連接到恒定電功率的PTC元件15進行。PTC 15達到居里或平衡溫度且溫度穩(wěn)定在該溫度附近，由于溫度的進一步降低將導(dǎo)致電阻明顯下降從而導(dǎo)致流過PTC元件的電流激增，進而使PTC元件變熱。如圖1中所見，多個PTC熱敏電阻16、17、 18沿氣體為到達出口 12必須流過的通路提供在容器10的內(nèi)部。這確保蒸汽和氣體的混合物以恒溫離開容器。在蒸發(fā)單體一些時間如約2-5秒之后，在最底下PTC元件處的單體淹沒部分將擺脫單體，該元件及上方的元件的溫度將逐漸上升到130攝氏度即平衡溫度。這可能花約15 秒，及現(xiàn)在由PTC元件消耗的電流處于與定量提供單體化合物之前一樣的水平。所提及的時間在此將高度取決于惰性氣體流、所選擇的PTC元件的居里或平衡溫度、及所分配的單體的量和特性。PTC元件的溫度和歐姆電阻之間的關(guān)系如圖4中所示。從這些曲線可以看出，從 110到200攝氏度，PTC元件的電阻顯著上升。如果PTC元件由于蒸發(fā)液體而變涼，電阻的下降將導(dǎo)致電流消耗的強烈上升因而產(chǎn)生熱量。另一方面，如果元件的溫度上升，電阻增加， 則電流將下降。在預(yù)定的電源電壓如40伏特下，PTC將具有130攝氏度的平衡溫度。如果該溫度下的PTC如因?qū)⑵洳糠盅蜎]在沸點低于130攝氏度的液體中而變涼，因該液體沸騰引起的蒸發(fā)將導(dǎo)致PTC變涼，從而導(dǎo)致電流消耗增加。當所有液體均已被蒸發(fā)損耗掉時，溫度將上升到130攝氏度及電流消耗將下降到最小。通過監(jiān)視電流消耗，可確定PTC熱敏電阻處是否存在任何液體化合物。因此，PTC元件的電流消耗和/或電阻可用于引發(fā)通過底部入口 20添加新的液體部分。通過入口 20的液體的控制由閥19實現(xiàn)。當閥19打開時，液體可從貯液器(未示出)通過單體入口 21和入口 20流入容器。如圖所示，閥19通過壓縮空氣控制，壓縮空氣可向活塞的第一或第二側(cè)提供壓力，壓力通過活塞桿打開或密封閥19。閥和氣動活塞的示意性表示在圖2中給出。閥使用壓縮空氣進行操作，但電動或液壓操作也是適當?shù)?。當插入在從貯液器導(dǎo)向蒸發(fā)容器的管中的閥19打開時，單體/液體將因低壓力而從貯液器(未示出)流到蒸發(fā)容器10的單體入口 20。用于打開和關(guān)閉閥19的壓縮空氣入口在圖1和2中示出。閥打開時間定時為使預(yù)定量的單體液體化合物能進入容器10。這通過將壓力定時切換到打開壓力入口實現(xiàn)。該行動由如圖3中所示的控制器30引導(dǎo)。拉隔膜閥19中的活塞桿導(dǎo)致將受控量的單體分配在容器10的底部上及液體單體的量將部分或完全淹沒PTC 熱敏電阻15。容器10的下部在圖6中示為尺寸增大。PTC元件或熱敏電阻15的下邊緣淹沒在容器10中存在的單體化合物的液體表面14的下面。單體入口 20包括隔膜閥19。容器具有直徑為2. 7mm的圓柱形，提供5. 7mm2的液體表面積。通過該結(jié)構(gòu)，還確保沒有液體形式的單體會被弄出容器10，因為惰性氣體入口提供在遠高于單體液體表面14的地方。為達到如圖6中所示的情形，所分配的單體的量約為0. 02g。如上所述，液體單體使PTC熱敏電阻變涼，及電流相應(yīng)增加?？刂破鲗⒃撛黾右暈橐后w已實際進入容器的確認。PTC熱敏電阻上的高溫加熱單體及單體因而蒸發(fā)。原料氣通過單體蒸汽出口 12將蒸汽移出。當單體已蒸發(fā)及蒸汽已離開容器10時，PTC熱敏電阻上的溫度達到居里溫度，及電流穩(wěn)定在低電流水平上。這由控制器30記錄及停頓時間開始。當停頓時間已過時，前述過程從打開閥19時重復(fù)。當預(yù)定分配周期數(shù)已達到編程數(shù)時，單體蒸發(fā)停止，及控制器發(fā)出過程結(jié)束的信號。這通常將與涂覆室中的涂覆預(yù)期達到下述結(jié)果同時單體的聚合部分的薄且均勻的涂層沉積在涂覆室中存在的表面上。如果單體未使PTC熱敏電阻變涼，則控制器發(fā)出報警信號。單體容器被認為已空， 操作員可能將不得不干預(yù)。電壓提供給容器10中提供的一個或多個PTC型電阻元件15、16、17、18。只有元件之一 15實際淹沒在液體中，PTC元件16、17、18提供在單體和氣體混合物的流路中，它們確保氣體在通過出口 12離開之前獲得適當?shù)臏囟?。?yōu)選地，PTC元件具有在110和150攝氏度之間的Tntt或平衡溫度，Tntt在130攝氏度最好。PTC電阻器串聯(lián)或并聯(lián)連接并自電導(dǎo)體9懸掛。導(dǎo)體9連接到容器外部的電源。 在所提出的實施例中，電阻元件并聯(lián)連接?？刂齐娮悠骷砂删幊逃嬎銠C裝置、PLC或適于控制電源的類似裝置、控制單體化合物提供到前述室內(nèi)的閥、及控制惰性氣體流過容器10的閥。在圖5中，圖示了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的等離子體聚合過程的設(shè)備。提供等離子體室PLC，其可借助于泵PU至少部分抽空。借助于泵PU，可在等離子體室PLC中產(chǎn)生氣壓在5和70 之間的低壓力氣氛。在抽空之后，受控氣流可通過泵PM提供給前述室。如果將要執(zhí)行清潔等離子體的操作，氣體可以是從氧氣罐(未示出)取的氧氣且不經(jīng)過容器10 ； 或者，如果希望等離子體感應(yīng)聚合，氣體可以是惰性氣體如氬，及在該情形下，該氣流的至少部分可抽吸通過容器10。兩個電極El和E2安排在等離子體室PLC內(nèi)。在所提出的實施例中，一個電極El 為室PLC的內(nèi)部金屬壁。物體支架0+H安排在電極El和E2之間。物體支架0+H由開口盒狀結(jié)構(gòu)組成，其可以繞軸旋轉(zhuǎn)使得盒內(nèi)的物體在盒旋轉(zhuǎn)時自由翻滾。盒可由透明及電絕緣材料如玻璃或塑料制成。另一電極E2固定在物體支架0+H內(nèi)。等離子體電路P-C安排在等離子體室PLC的外面。等離子體電路P-C的一個端子連接到電極E1，另一端子連接到電極E2，如虛線所示。作為備選，盒由金屬如鋼制成，在該情形下，盒可用作一個電極。在該實施例中，盒包括透明窗口，使得操作員可實際上看見其中的等離子體的微弱輝光。等離子體電路包括無線電頻率發(fā)生器，非必須地，還包括阻抗匹配電路，也稱為 L-C電路，因為阻抗匹配電路通常包括電容器C和電感器L。借助于阻抗匹配電路，等離子體電路P-C的發(fā)生器的輸出阻抗可與等離子體室PLC的輸入阻抗匹配。為執(zhí)行等離子體聚合過程，單體將饋到等離子體室PLC的內(nèi)部。為此目的，單體源與泵PM連接，使得單體蒸汽可加入到提供給室PLC的氣流中。如上所述，這借助于容器10 和聚合物蒸發(fā)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。為監(jiān)測等離子體室中的氣體壓力，提供壓力計Gl和G2。為執(zhí)行等離子體聚合過程，襯底(即將要進行表面涂覆的物體01、02)放在物體支架0+H中。安裝在物體支架內(nèi)并可在其中翻滾以將所有表面暴露給等離子體的任何數(shù)量的物體可放在物體支架中。等離子體室PLC和物體支架的內(nèi)部借助于泵PU抽空。由于物體支架0+H的內(nèi)部與室PLC開通液體連接，物體支架盒內(nèi)將出現(xiàn)同樣的壓力和其它物理條件。 單體尤其是1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯借助于單體泵PM饋到等離子體室PLC的內(nèi)部。高壓無線電頻率電功率借助于等離子體電路P-C施加在電極El和E2之間。初始高等離子體功率在5秒到10分鐘的時間段內(nèi)降低到最終的較低等離子體功率。在開始使用較高的等離子體功率(引發(fā)氣體的等離子體條件所必需的功率)是為了使得等離子體點火。 通過隨后降低等離子體功率，在將要涂覆的襯底(物體)上獲得均勻的聚合層。上述步驟為執(zhí)行具有等離子體聚合過程的涂覆所需要的基本步驟，在使用中它們可按上述進行，然而，也可執(zhí)行另外的步驟，如等離子體清潔步驟、沖洗前述室的步驟及在必要或有利情形下引入的步驟。這些另外的步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知，在此不再描述任何進一步的細節(jié)。
權(quán)利要求
1.在低壓力下等離子體涂覆憎水和憎油聚合層的方法，所述方法包括步驟-提供具有表面的襯底；-將包括1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯的化合物蒸發(fā)到惰性氣體流內(nèi)；-在蒸發(fā)到所述氣體流內(nèi)期間保持所述化合物恒溫；-將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物；-將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物中產(chǎn)生的連續(xù)波等離子體，具有等離子體電路提供的等離子體功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括步驟-將所述化合物引入容器內(nèi)并在容器中形成液-氣界面；-將惰性氣體流引入容器內(nèi)并位于所述液-氣界面上方；-在所述液-氣界面的上方提取氣體和蒸發(fā)的化合物的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述惰性氣體流在引入到容器中之前加熱到預(yù)定溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其中恒定的電壓提供給容器中提供的一個或多個PTC 型電阻元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括下述步驟-在蒸發(fā)期間測量PTC元件的耗用電流和/或電阻；-當耗用電流低于預(yù)定閾值和/或PTC元件的電阻高于預(yù)定閾值時將預(yù)定量的液體化合物引入容器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中PTC元件具有在110和150攝氏度之間的Tntt或平衡溫度，Tntt優(yōu)選在130攝氏度。
7.用于向表面涂覆由包括液態(tài)1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯的化合物產(chǎn)生的等離子體感應(yīng)聚合層的設(shè)備，所述設(shè)備包括低壓力等離子體室、蒸發(fā)器、及用于將其中具有一定量所述化合物的惰性氣體流饋入所述等離子體室的供應(yīng)系統(tǒng)，所述蒸發(fā)器包括其中具有一定量液態(tài)化合物從而形成化合物-惰性氣體界面的容器，惰性氣體流通過所述界面上方提供的入口向所述容器提供，惰性氣體經(jīng)所述界面上方提供的出口從所述容器抽出，其中加熱元件提供在所述界面的下面并與液態(tài)化合物接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述加熱元件包括至少一具有Tntt溫度的PTC電阻器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中多個PTC電阻器提供在所述容器內(nèi)部且并聯(lián)電連接及自連接到所述容器外面的電源的電導(dǎo)體懸掛。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中控制電子器件包括可編程計算機裝置、PLC或適于控制電源的類似裝置、控制單體化合物提供到所述室內(nèi)的閥、及控制惰性氣體流過所述容器的閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在低壓力下進行等離子體感應(yīng)涂覆的方法和設(shè)備。所述方法包括步驟提供具有表面的襯底；將包括1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯的化合物蒸發(fā)到惰性氣體流內(nèi)；在蒸發(fā)到所述氣體流內(nèi)期間保持所述化合物恒溫；將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物；將所述表面暴露給氣體和化合物的混合物中產(chǎn)生的連續(xù)波等離子體，具有等離子體電路提供的等離子體功率。本發(fā)明具有涂覆效率高、涂層均勻的優(yōu)點。
文檔編號C23C14/12GK102477535SQ20111034994
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者M·奧爾加德 申請人:奧迪康有限公司