[发明专利]用于基材上的大气压等离子射流涂覆沉积的改进方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于等离子涂覆包括物体轮廓的物体的方法，包括以下步骤：a.制造能更换的遮护件(2)，该遮护件包括射流入口(22)、喷嘴出口(24)和从射流入口延伸至喷嘴出口的侧壁(21)，其中，喷嘴出口包括与物体轮廓的至少一部分基本上一致的边缘(25)；b.将能更换的遮护件能拆卸地附连到等离子射流发生器的射流出口；c.将物体放置在喷嘴出口处，使得物体轮廓紧密地配合喷嘴出口边缘，从而使喷嘴出口与物体之间的间隙最小化；d.通过经由等离子射流发生器在遮护件中提供等离子射流，并在遮护件中的等离子射流中喷射涂层前体，由此产生操作压力，在高于大气压力、优选地至多10％的操作压力下，从而利用低温无氧等离子体对物体进行涂覆，从而在氧耗尽的等离子体区中对物体进行等离子涂覆。

技术领域

本发明涉及等离子体沉积的技术领域。因此，本发明可以涉及IPCH05h1/24和/或IPCB01J19/08。

背景技术

相对于其它涂覆技术，特别是相对于通过使物体经受含有涂覆物质的液体来施加涂层的湿法技术，通过等离子体沉积进行涂覆提供了许多益处。例如，等离子涂覆允许非常薄的涂层，这允许涂覆的物体具有所有类型形状，涂覆物质的损失很少等。

等离子涂覆技术通常可以分为真空技术和大气技术。本发明涉及大气等离子涂覆，其中等离子体的压力接近大气压。实际上，等离子体压力可以与大气压力稍微不同，例如稍微过压。大气等离子涂覆技术具有优于真空等离子涂覆技术的主要优点，因为不需要真空腔室并且涂覆过程可以容易地在线进行。

专利文献EP0217399A2、US3914573A、US2017/095929A1和EP1875785A1中公开了许多等离子涂覆方法。这些文献涉及将等离子体加热到1000℃或更高并将等离子体高速地喷涂到基材上的特定类型的等离子体喷枪。诸如US3914573A中公开的方法通常可用于利用材料颗粒对熔融温度远高于等离子体温度的例如钢的金属物体进行涂覆。需要高等离子体温度来软化材料颗粒，以增强对基材的涂覆。

然而，本发明涉及不同类型的大气等离子涂覆方法及其装置，其允许将分子物质涂覆到包括金属和非金属基材的所有类型的基材上，尤其还包括熔融温度和/或流动温度远低于1000℃，有时甚至低于200℃、150℃、100℃或甚至更低的塑料和/或玻璃物质。显然，不能使用EP0217399A2、US3914573A、US2017/095929A1和EP1875785A1中公开的等离子体喷枪的专用设备和工艺。需要在低温下，通常低于200℃的等离子体温度下的等离子涂覆技术。

JP2008/130503A公开了一种包括大气压等离子射流产生装置和处理腔室的设备。等离子射流可以被插入到处理腔室中。处理腔室包括由树脂制成的、以小间隙相互隔开的上部和下部，这会使得气体通过小间隙从处理腔室流出，由此，该装置构造成防止环境空气通过过压而包含在处理腔室中。

该文献公开了解决提供大气压等离子射流装置的问题，该大气压等离子射流装置能够延长等离子蕈状团以有效地重整表面，而与材料的表面形状无关。

然而，根据该文献的装置不适于涂层沉积。该文献特别地描述了清洁和亲水性改进，以作为可能的用途。

此外，根据该文献的装置不适于连续基材的在线处理。该文献特别地描述了用于装载和卸载处理对象的开口区域调节装置(或关闭件)。该文献还描述了处理对象的尺寸大致等于处理腔室的上部的开口表面。因此，该文献提供了批处理腔室。

此外，根据该文献的装置不适于容易地清洁、长期维护和/或在线处理多个不规则表面。

JP2007/323812A公开了一种大气压等离子体装置，该大气压等离子体装置包括第一反应空间和包括混合气体区域的混合气体容器。该装置构造成将来自第一反应空间的初级等离子射流插入混合气体区域中，并且将包含反应气体的混合气体插入混合气体区域中以与初级等离子体碰撞。