專利名稱：一種用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及等離子體材料處理領(lǐng)域，特別是涉及一種用于表面改性和等離子 體聚合的材料處理裝置。
背景技術(shù)：
[0002]一股用于材料處理的等離子體可通過氣體放電產(chǎn)生，但多數(shù)等離子體都是在低氣 壓下進(jìn)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(jīng)得到較好研究 并已廣泛應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，這與其具有明顯的優(yōu)點(diǎn)是分不開的，比如這種放電有比較 低的擊穿電壓，容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電，還可以在較大尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻以及相對高的活性粒子 濃度等。但另一方面由于低氣壓放電離不開真空系統(tǒng)，而且代價昂貴。介質(zhì)阻擋放電通常 可在常壓下進(jìn)行，由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于材料改性領(lǐng)域。[0003]等離子體聚合是單體處于等離子體狀態(tài)時進(jìn)行的聚合，是利用氣體放電使其產(chǎn)生 各種活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)之間或活性基團(tuán)與單體之間進(jìn)行反應(yīng)，從而形成了聚合膜。 ZL02131978. 2公開了一種高密度等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備，它的底座由金屬材料制成， 腔內(nèi)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(shí)現(xiàn)對腔 內(nèi)材料放電處理。這種方法沉積功率高，能夠得到較為致密的薄膜。但這種設(shè)備不能實(shí)施 對反應(yīng)腔內(nèi)的監(jiān)控，且不能對材料本身實(shí)現(xiàn)改性。ZL02151229. 9公開了一種用于纖維表面 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(zhì)阻擋放電來實(shí)現(xiàn)。但這種裝置 不能實(shí)現(xiàn)低氣壓下薄膜的等離子體聚合。如果對于不同的放電類型，分別采取不同的裝置， 這樣會造成整個處理過程的繁瑣，而且選擇性也相應(yīng)減弱。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于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(jìn)行表面改性處理或等離子體聚合薄膜。[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種用于表面改性和等離 子體聚合的材料處理裝置，包括反應(yīng)系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和壓強(qiáng)控制系統(tǒng)，所述 的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)腔、以及反應(yīng)腔內(nèi)的上電極、下電極、反應(yīng)基材和石英玻璃；所述的上 電極和下電極之間設(shè)有反應(yīng)基材；所述的反應(yīng)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(shè)有石英玻璃；所述的反應(yīng)基材上至少開有1個進(jìn)氣口 ；所述的反 應(yīng)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于所述的進(jìn)氣口的直徑；所 述的進(jìn)氣口通過接口與所述的進(jìn)氣系統(tǒng)相連；所述的壓強(qiáng)控制系統(tǒng)與所述的反應(yīng)腔相連； 所述的電源控制系統(tǒng)分別與所述的上電極和下電極相連。[0006]所述的壓強(qiáng)控制系統(tǒng)包括真空泵、閥門和真空表；所述的真空泵和閥門串聯(lián)在同 一氣管上與所述的反應(yīng)腔相連；所述的真空表通過另一根氣管與所述的反應(yīng)腔相連。[0007]所述的電源控制系統(tǒng)包括相互連接的變壓器和等離子體發(fā)生器；所述的等離子體 發(fā)生器上設(shè)有頻率調(diào)諧旋鈕。[0008]所述的進(jìn)氣系統(tǒng)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(lián)并通過接口與所述的進(jìn)氣口相連。[0009]所述的石英玻璃緊靠在所述的反應(yīng)基材表面或與所述的反應(yīng)基材之間留有間隔。[0010]所述的反應(yīng)腔是由硬質(zhì)玻璃制成的玻璃鐘罩。[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余表面 均包覆有聚四氟乙烯薄膜。[0012]有益效果[0013]由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積 極效果本實(shí)用新型通過調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)，進(jìn)氣裝置的氣體流量，真空泵的抽氣速度， 以實(shí)現(xiàn)對壓強(qiáng)的連續(xù)控制；把反應(yīng)腔的外壁做成無色透明，可以實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)的實(shí)時監(jiān)控，可 根據(jù)不同需要，對材料進(jìn)行改性處理，或在材料表面聚合薄膜。綜上所述，本實(shí)用新型具有 設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)清晰，操作簡便，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。


[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本 實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申 請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。[0016]如圖1所示，一種用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應(yīng)系統(tǒng)、 電源控制系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和壓強(qiáng)控制系統(tǒng)。[0017]所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)腔1、以及反應(yīng)腔1內(nèi)的上電極2、下電極3、反應(yīng)基材5 和石英玻璃6，其中反應(yīng)腔1是由硬質(zhì)玻璃制成的玻璃鐘罩。所述的上電極2和下電極3之 間設(shè)有反應(yīng)基材5，所述的反應(yīng)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(shè)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(zhì)聚四氟乙烯薄 膜，石英玻璃6可選擇緊靠反應(yīng)基材5，或者與反應(yīng)基材5之間留有一定間隔。所述的反應(yīng) 基材5上開有進(jìn)氣口 4，進(jìn)氣口 4的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際情況來確定，所述的反應(yīng)基材5邊緣均 勻開有出氣口，所述的出氣口的直徑小于所述的進(jìn)氣口 4的直徑，出氣口的數(shù)量根據(jù)進(jìn)氣 口的數(shù)量決定，保證進(jìn)出氣平衡，從而實(shí)現(xiàn)單體在反應(yīng)腔1內(nèi)停留一定時間，也使薄膜能夠 均勻聚合在反應(yīng)基材5上。所述的進(jìn)氣口 4通過接口 7與所述的進(jìn)氣系統(tǒng)相連，接口 7的 類型根據(jù)進(jìn)氣口 4的數(shù)量進(jìn)行選擇。比如說，當(dāng)進(jìn)氣口 4為兩個時，就選擇使用三通接口， 當(dāng)進(jìn)氣口 4為一個時，就選擇單通接口。所述的進(jìn)氣系統(tǒng)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(lián)并通過接口 7與進(jìn)氣口 4 相連。氣瓶11中的氣體可根據(jù)需要選擇氬氣、氮?dú)獾?。溶液?0中可根據(jù)不同的需要選擇 盛放不同的溶液，也可以根據(jù)反應(yīng)腔1內(nèi)所進(jìn)行的反應(yīng)類型，來決定溶液瓶10中是否盛放 液體，如果反應(yīng)腔1內(nèi)的反應(yīng)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(yīng)腔1內(nèi)是對材料表面改性，則溶液瓶10內(nèi)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?？梢酝ㄟ^旋轉(zhuǎn)氣閥9上的旋鈕，來實(shí)現(xiàn)對氣流的 控制，以達(dá)到控制進(jìn)入反應(yīng)腔1內(nèi)的氣流量。所述的壓強(qiáng)控制系統(tǒng)與所述的反應(yīng)腔1相連。 壓強(qiáng)控制系統(tǒng)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(lián)在同一氣管上與所述的反應(yīng)腔1相連，所述的真空表12通過另一根氣管與反應(yīng)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(zhuǎn)閥門15上的旋鈕，以 控制抽氣的速度，真空表12可顯示反應(yīng)腔1內(nèi)的即時壓強(qiáng)。壓強(qiáng)控制系統(tǒng)與進(jìn)氣系統(tǒng)中的 氣閥9一起控制反應(yīng)腔1中的壓強(qiáng)。所述的電源控制系統(tǒng)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(fā)生器8和變壓器16組成。等離子體 發(fā)生器8可根據(jù)需要調(diào)節(jié)頻率，使電壓與電流匹配，以達(dá)到一個合適的放電功率。在實(shí)際操 作中，為保證反應(yīng)腔1內(nèi)的氣密性良好，反應(yīng)腔1的下邊緣墊有密封墊圈，并緊貼在下面的 平板上，平板上設(shè)有特制小孔，小孔周圍同樣有密封墊圈，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線與氣管的連接。[0018]本實(shí)用新型既可以對材料進(jìn)行表面改性處理，又可以用于薄膜的聚合。下面結(jié)合 具體事例加以說明。[0019]一、利用該裝置對材料表面進(jìn)行改性處理，以聚苯乙烯(ps)制成的反應(yīng)基材為例 加以說明。[0020](一 )、將反應(yīng)基材邊緣用鉆頭打出一個進(jìn)氣口，并在周圍打出比進(jìn)氣口稍小些的 出氣口，從而保證進(jìn)出氣平衡，之后將反應(yīng)基材洗凈、干燥。[0021]( 二)、將反應(yīng)基材放于作為反應(yīng)腔的玻璃鐘罩內(nèi)的兩塊石英玻璃中間，并將進(jìn)氣 管與進(jìn)氣口相連，石英玻璃上下兩側(cè)分別放置與電源控制系統(tǒng)相連的上電極和下電極。放 好后用玻璃鐘罩將其蓋住，接上壓強(qiáng)控制系統(tǒng)，并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，并調(diào)節(jié)閥門，打開氣瓶，通入氬氣或氮?dú)獾葰怏w，調(diào)節(jié)氣閥，使 流量計指示到一個合適的流量，并使真空表上顯示出一個合適的壓強(qiáng)值。此過程中，溶液瓶 中不加入溶液，或?qū)⑷芤浩砍烦苯訉忾y與流量計通過氣管相連。[0023](四)、打開電源控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)到合適的放電電壓，并調(diào)節(jié)等離子發(fā)生器的頻率 調(diào)節(jié)旋鈕，使放電電流與放電電壓相匹配。計時，并觀察玻璃鐘罩內(nèi)的放電情況，等待材料 處理。[0024](五)、到達(dá)預(yù)定處理時間后，將電壓調(diào)至“0”的位置，關(guān)閉電源控制系統(tǒng)、真空泵 和氣瓶，取出材料即可，處理過程結(jié)束。[0025]二、利用該裝置進(jìn)行等離子體聚合薄膜，也以在聚苯乙烯制成的反應(yīng)基材內(nèi)表面 成膜為例予以說明。[0026](一)、將反應(yīng)基材邊緣用鉆頭打出一個或兩個進(jìn)氣口，在周圍打出稍小些的出氣 口，從而保證進(jìn)出氣平衡。進(jìn)氣口和的多少可根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇，目的是為了使在基體 表面聚合的薄膜均勻。之后將反應(yīng)基材洗凈、干燥。[0027]( 二)、將反應(yīng)基材放于作為反應(yīng)腔的玻璃鐘罩內(nèi)的兩塊石英玻璃中間，并將進(jìn)氣 管與進(jìn)氣口相連，石英玻璃上下兩側(cè)分別放置與電源控制系統(tǒng)相連的上電極和下電極。放 好后用玻璃鐘罩將其蓋住，接上壓強(qiáng)控制系統(tǒng)，并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(zhǔn)備好的單體溶液，蓋緊瓶塞并重新連好裝置。打開真空泵，并調(diào)節(jié)閥門，打開氣瓶，通入氬氣或氮?dú)獾葰怏w，調(diào)節(jié)氣閥，使流量計指示一個 合適的流量，并使真空表上顯示出一個合適的壓強(qiáng)值。[0029](四)、打開電源控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)到合適的放電電壓，并調(diào)節(jié)等離子發(fā)生器的頻率 調(diào)節(jié)旋鈕，使放電電流與放電電壓相匹配。計時，并觀察玻璃鐘罩內(nèi)的放電情況，等待材料處理。[0030](五)、到達(dá)預(yù)定處理時間后，將電壓調(diào)至“0”的位置，關(guān)閉電源控制系統(tǒng)、真空泵 和氣瓶，取出材料即可，處理過程結(jié)束。[0031]不難發(fā)現(xiàn)，本實(shí)用新型通過調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)，進(jìn)氣裝置的氣體流量，真空泵的 抽氣速度，以實(shí)現(xiàn)對壓強(qiáng)的連續(xù)控制；把反應(yīng)腔的外壁做成無色透明，可以實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)的實(shí) 時監(jiān)控，可根據(jù)不同需要，對材料進(jìn)行改性處理，或在材料表面聚合薄膜。綜上所述，本實(shí)用 新型具有設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)清晰，操作簡便，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應(yīng)系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、 進(jìn)氣系統(tǒng)和壓強(qiáng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)腔(1)、以及反應(yīng)腔內(nèi)的 上電極O)、下電極(3)、反應(yīng)基材(5)和石英玻璃(6)；所述的上電極(2)和下電極(3)之 間設(shè)有反應(yīng)基材(5)；所述的反應(yīng)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(shè)有石英玻璃(6)；所述的反應(yīng)基材(5)上至少開有1個進(jìn)氣口(4)； 所述的反應(yīng)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于所述的進(jìn)氣 口(4)的直徑；所述的進(jìn)氣口(4)通過接口(7)與所述的進(jìn)氣系統(tǒng)相連；所述的壓強(qiáng)控制系 統(tǒng)與所述的反應(yīng)腔相連；所述的電源控制系統(tǒng)分別與所述的上電極( 和下電極C3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，所述的壓強(qiáng)控制系統(tǒng)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(lián)在同一氣管上與所述的反應(yīng)腔(1)相連；所述的真空表(1 通過另一根氣 管與所述的反應(yīng)腔(1)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，所述的電源控制系統(tǒng)包括相互連接的變壓器(16)和等離子體發(fā)生器(8)；所述的等離 子體發(fā)生器(8)上設(shè)有頻率調(diào)諧旋鈕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，所述的進(jìn)氣系統(tǒng)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(lián)并通過接口(7)與所述的進(jìn)氣口⑷ 相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，所述的石英玻璃(6)緊靠在所述的反應(yīng)基材( 表面或與所述的反應(yīng)基材( 之間留 有間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，所述的反應(yīng)腔(1)是由硬質(zhì)玻璃制成的玻璃鐘罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，其特征在 于，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 余表面均包覆有聚四氟乙烯薄膜。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于表面改性和等離子體聚合的材料處理裝置，包括反應(yīng)系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和壓強(qiáng)控制系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)腔、以及反應(yīng)腔內(nèi)的上電極、下電極、反應(yīng)基材和石英玻璃；上電極和下電極之間設(shè)有反應(yīng)基材；反應(yīng)基材的上表面與上電極之間、下表面與下電極之間均設(shè)有石英玻璃；反應(yīng)基材上開有進(jìn)氣口，邊緣均勻開有出氣口；出氣口的直徑小于進(jìn)氣口的直徑；進(jìn)氣口通過接口與進(jìn)氣系統(tǒng)相連；壓強(qiáng)控制系統(tǒng)與反應(yīng)腔相連；電源控制系統(tǒng)分別與上電極和下電極相連。本實(shí)用新型設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)清晰，操作簡便，應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者唐曉亮, 邱高, 陳寶同 申請人:東華大學(xué)