等離子體的產(chǎn)生依賴于等離子體電源的高壓激勵,同時也離不開等離子體發(fā)生器載體。在不同的等離子體表面處理應(yīng)用中,為了滿足形態(tài)各異的被處理材料,等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)也各有不同;發(fā)生器結(jié)構(gòu)的差異也影響著等離子體氣體放電。根據(jù)氣體放電類型的不同,工業(yè)應(yīng)用中常見的等離子體表面處理發(fā)生器有:電暈發(fā)生器、介質(zhì)阻擋發(fā)生器、射流發(fā)生器和滑動弧發(fā)生器,下面分析其各自特點。
(1)電暈發(fā)生器
電暈(Corona)發(fā)生器的典型結(jié)構(gòu)為針-板結(jié)構(gòu)與針-環(huán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)尖端放電原理,在針電極上產(chǎn)生電暈放電等離子體,對材料表面進行處理。通常板或環(huán)結(jié)構(gòu)由電機帶動其運動,將待處理材料不斷向前傳遞,電暈發(fā)生器十分適合大面積材料的表面處理,如聚合物薄膜、軟包裝、片/板材、織物等。如圖1-2所示,使用電暈發(fā)生器對鋁膜進行處理。
圖 1 -2 電暈放電發(fā)生器(2)介質(zhì)阻擋等離子發(fā)生器
介質(zhì)阻擋(DielectricBarrierDischarge,DBD)發(fā)生器,其發(fā)生器電極之間存在絕緣介質(zhì)阻擋,在外加電場的作用下電極與絕緣介質(zhì)間將產(chǎn)生等離子體。DBD發(fā)生器的常見結(jié)構(gòu)為板-板電極,但是,由于這種發(fā)生器在結(jié)構(gòu)上十分緊湊,放電間距過小,產(chǎn)生的等離子體處理距離較短,限制了被處理材料的厚度。
工業(yè)中常用金屬棒電極與筒狀絕緣介質(zhì)結(jié)構(gòu)的DBD發(fā)生器,利用氣源將等離子體吹出發(fā)生器,如圖1-3所示。
圖 1 -3 DBD 寬幅發(fā)生器(3)射流等離子體發(fā)生器
射流(PlasmaJet)等離子體發(fā)生器通常為棒-筒結(jié)構(gòu),在外加電場的作用下,裸露棒電極與筒電極之間產(chǎn)生的等離子體,被工作氣體吹出發(fā)生器外,形成等離子體射流,處理材料表面。
射流發(fā)生器應(yīng)用于手機玻璃貼合、紙板印刷、汽車橡膠密封、有機硅材料處理等行業(yè),如圖1-4所示。
圖1-4 射流等離子發(fā)生器(4)滑動弧等離子發(fā)生器
滑動弧(Glidingarc)等離子發(fā)生器,由兩塊金屬電極連接于交流高壓兩端,中間通入工作氣體,在電場的作用下等離子體被擊穿,出現(xiàn)電弧狀等離子體,在氣壓的作用下電弧向前滑動最后耗散,形成滑動弧,如圖1-5所示。
圖1-5 滑動弧等離子發(fā)生器用于材料表面處理中的等離子體屬于低溫等離子體,其中充斥著大量的高活性基團,包括電子、離子、自由原子、激發(fā)態(tài)離子與自由基等,具有較高的能量,可以與材料表面發(fā)生微小的物理與化學(xué)變化,達到表面處理的目的;并且其溫度接近室溫,適合處理對溫度敏感的材料,如薄膜與人體組織等;此外,低溫等離子體制備較為容易,目前應(yīng)用中廣泛使用外加電場的方式激發(fā)低溫等離子體。24563