專利名稱：用于引發電弧的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在環境大氣條件下在能夠用于改變襯底表面的等離子體源的陽 極與陰極之間引發電弧的方法和裝置，所述陰極被布置為距所述陽極一定距離。在此，借助 于等離子體形成氣體和所引發的電弧而形成的等離子體能夠通過出口被引向要改變的襯 底表面。電弧等離子體源可以在常規環境中在大氣壓下工作，使得可以摒棄在其它方式中 通常使用的真空或者低壓技術。通過自身已知的電弧等離子體源能夠提供大量等離子體， 使得可以有效地改變很大的面積。襯底表面可以得到凈化，可去除在表面上形成的層，能夠 使表面變平滑或者變粗糙，且當使用相應合適的氣體以形成等離子體或者使用額外的反應 氣體時，也可以在表面上形成層。本發明也可用于其中等離子體的使用很有意義的其它工 件加工技術。
背景技術：
在DE 10 2004 015 217 B4等中描述了這樣的電弧等離子體源。在此，在陽極與 陰極之間引發電弧，且通過該電弧和所提供的氣體形成等離子體，所形成的等離子體可以 通過縫式噴嘴被噴出且加以利用。因為等離子體源的陽極和陰極被布置成彼此相距很大的 距離，所以引發電弧需要更高的成本。為此，在EP 0 851 720 Bl中提出使用級聯設計的中和電容器布置(neutrode arrangement)，該布置可以通過由銅疊層和絕緣材料構成的層疊形成。中和電容器被布置 在陽極與陰極之間，且可以向中和電容器提供高電壓。通過使用復雜的引發電子裝置，通過 短時間用作陽極的中和電容器逐級地引發引導電弧，所述引導電弧逐漸被延伸直至要在實 際的陽極與陰極之間形成的電弧的整個長度。明顯，為此所需的成本很高。此外，中和電容器的制造公差對等離子體流可能具有 負面影響，使得可能出現等離子體異質性。
發明內容
因此，本發明的目的在于降低用于引發等離子體源的電弧的成本以及使得該引發 過程更加安全。根據本發明，該目的通過具有權利要求1所述特征的方法來實現。在此，可以通過 根據權利要求9所述的裝置來實施。可以通過從屬權利要求所描述的特征實現有利的實施 例和改進方案。對于根據本發明的在環境大氣條件下用于在用于改變襯底表面的離子體源的陽 極與被布置為距該陽極一定距離的陰極之間引發電弧的方法，借助于在陽極與陰極之間平 行于縱軸線布置的兩個電極引發該電弧。所述兩個電極被連接至高電壓發生器且被提供以 高頻交流電壓，用于引發電弧。通過所引入的氣體引發阻擋放電。由此，可以通過由于陽極 與陰極之間的阻擋放電而存在的電荷載體利用被施加至陽極和陰極的直流電壓而引發電 弧。這里，并不需要能夠保持特定的大氣條件(特別是保持不具有恒定濃度的特定氣體，或者是保持低至真空的壓力)的完全封閉的殼體。可以在環境大氣條件下進行工作。應使用頻率為至少5kHz、優選至少15kHz的至少lkV、優選為5kV且特別優選為 IOkV的電壓用于引發阻擋放電。這些參數應至少維持至引發電弧。在此會使用惰性氣體，如氬氣。該氣體的體積流量至少在引發階段中應在IOsl/ min至lOOsl/min之間且用于阻擋放電。在產生期間，但至少在阻擋放電完全形成之后，直流電壓被施加至陽極和陰極，于 是，通過所施加的直流電壓可以在等離子體源的實際的陽極與陰極之間維持所引發的電 弧。該電壓可以根據陽極與陰極之間的距離進行選擇。然而，該電壓應至少為100V。對于 更大的距離，也就是大約300mm的距離，可以是使用500V的直流電壓。用于形成阻擋放電的電極應在整個長度上相距盡可能恒定的距離。在電極之間形 成間隙，在該間隙的兩個端面上，在一個端面上布置有陽極，在另一個端面上布置有陰極。電極應具有絕緣的、至少具有高阻抗的覆蓋層，至少在電極的、面向另一電極的一 側具有絕緣的、至少具有高阻抗的覆蓋層。電極可以構建成桿形或者板形。其長度以被選 擇成使得在陽極與陰極之間的空間中由于阻擋放電而存在有足夠的電荷載體。在此，不一 定要求電極在其長度方面的尺寸使得該長度對應于陽極與陰極之間的距離。電極的長度為 陽極與陰極之間的距離的至少75%足矣。在此，能夠在陽極與陰極之間的距離的80%的長 度上實現阻擋放電。在此，可以調整電參數，也就是能夠相應調整高頻交流電壓和/或被施 加至陽極和陰極的直流電壓，以確保足夠用于阻擋放電和引發電弧的電壓和功率的值。通過本發明能夠明顯簡化電弧等離子體源的設計結構。因為電極不會損耗，所以 降低了損耗部件的數量。明顯降低了用于運行、維護和維修的成本。不像具有中和電容器 的實施例那樣需要高成本的引發電子裝置，且還可摒棄冷卻器。
下文中通過示例進一步描述本發明。附圖中圖1以示意圖形式以兩個視圖示出根據本發明的裝置的示例。
具體實施例方式在圖1的上部視圖中示出原理結構。在用于電弧的點火通道7的端面上，在左側 布置有陽極4且在右側布置有陰極5，且陽極和陰極都被連接至直流電壓源6。陽極4與陰 極5之間的距離為300mm。施加500V的電壓。在點火通道7的兩側布置有相互平行對齊且相距一定距離的兩個電極1和2。所 述兩個電極1和2被連接至高電壓發生器3，且被提供以頻率為15kHz的IOkV交流電壓。 在此，電極1和2在面向點火通道7的方向的表面上具有絕緣層8。圖1的下部視圖示出氬氣如何被引入點火通道7作為等離子體氣體9。氬氣可以 用于阻擋放電(barrier discharge)，以及需要時在隨后利用引發的電弧11用于形成等離 子體。在此未示出陽極4和陰極5。電極1和2之間的間隙在此為9mm。然而，在其它實施 例中，該間隙可以更窄或者更寬。氬氣以40sl/min的體積流量引入。在形成/引發阻擋放電時可早已施加直流電壓。然而這必須至少是當應當引發電
4弧11時且由于阻擋放電而在陽極4與陰極5之間的點火通道7中有足夠的電荷載體時才 是如此。 在引發電弧之后，可斷開交流電壓。形成的等離子體10可以被排出。
權利要求
一種用于在環境大氣條件下在用于改變襯底表面的等離子體源的陽極與陰極之間引發電弧的方法，所述陰極被布置為距所述陽極一定距離，其中，借助于兩個電極(1、2)，利用提供的氣體引發阻擋放電，其中所述兩個電極(1、2)平行于縱軸線布置在陽極(4)與陰極(5)之間且被連接至高電壓發生器(3)，且在引發電弧時被提供以高頻交流電壓，并且，借助于由于所述阻擋放電而存在于所述陽極(4)和所述陰極(5)之間的電荷載體，利用被施加至所述陽極(4)和所述陰極(5)的直流電壓引發電弧(11)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻擋放電通過至少為IkV的電壓引 發，且至少被維持至引發電弧(11)。
3.根據權利要求1或者2所述的方法，其特征在于，保持至少5kHz的頻率以用于所述 阻擋放電。
4.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，使用惰性氣體用于引發電弧。
5.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少100V的直流電壓下引發和 維持所述電弧(11)。
6.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述陽極(4)與所述陰極(5)之 間在至少150mm的長度上形成所述電弧(11)。
7.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少為所述陽極(4)與所述陰 極(5)之間距離的80%的長度上引發所述阻擋放電且將所述阻擋放電至少維持至引發所 述電弧(11)。
8.根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，以至少lOsl/min的體積流量引入 所述氣體。
9.一種用于實施根據權利要求1至8之一所述的方法的裝置，其特征在于，布置有相互 平行且在陽極(4)與陰極(5)之間平行于縱軸線的兩個電極(1、2)，所述兩個電極被連接至 高電壓發生器(3)且在高頻交流電壓下操作，使得被引入所述兩個電極(1、2)以及所述陽 極(4)與所述陰極(5)之間的氣體被激發，且形成阻擋放電。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述兩個電極(1、2)具有絕緣層(8)。
11.根據權利要求9或者10所述的裝置，其特征在于，所述兩個電極(1、2)被構建為桿 形或者板形。
12.根據權利要求9至11之一所述的裝置，其特征在于，所述兩個電極(1、2)具有至少 為所述陽極⑷與所述陰極(5)之間的距離的75%的長度。
13.根據權利要求9至12之一所述的裝置，其特征在于，所述兩個電極(1、2)之間的間 隙形成用于等離子體(10)的噴嘴。
全文摘要
本發明涉及用于在環境大氣條件下在能夠用于改變襯底表面的等離子體源的陽極與陰極之間引發電弧的方法和裝置，所述陰極被布置為距所述陽極一定距離。本發明的目的在于降低引發等離子體電弧所需的消耗以及使得該引發過程更安全。本發明的特征在于，借助于平行于縱軸線的、被布置在陽極與陰極之間的兩個電極，通過所供給的氣體引發阻擋放電，其中所述兩個電極被連接至高電壓發生器且在引發期間被提供以高頻交流電壓。由此，當直流電壓被施加至所述陽極和陰極時，借助于由于阻擋放電而存在于所述陽極與所述陰極之間的電荷載體可以引發電弧。
文檔編號H05H1/24GK101983542SQ200980112125
公開日2011年3月2日 申請日期2009年4月7日 優先權日2008年4月8日
發明者伊納·達尼, 帕特里克格·雷博, 朱利葉斯·羅奇, 福爾克馬爾·霍普費 申請人:弗勞恩霍弗應用技術研究院