等離子體的產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生器載體。在不同的等離子體表面處理應用中,為了滿足形態各異的被處理材料,等離子體發生器的結構也各有不同;發生器結構的差異也影響著等離子體氣體放電。根據氣體放電類型的不同,工業應用中常見的等離子體表面處理發生器有:電暈發生器、介質阻擋發生器、射流發生器和滑動弧發生器,下面分析其各自特點。
(1)電暈發生器
電暈(Corona)發生器的典型結構為針-板結構與針-環結構。根據尖端放電原理,在針電極上產生電暈放電等離子體,對材料表面進行處理。通常板或環結構由電機帶動其運動,將待處理材料不斷向前傳遞,電暈發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,使用電暈發生器對鋁膜進行處理。
圖 1 -2 電暈放電發生器(2)介質阻擋等離子發生器
介質阻擋(DielectricBarrierDischarge,DBD)發生器,其發生器電極之間存在絕緣介質阻擋,在外加電場的作用下電極與絕緣介質間將產生等離子體。DBD發生器的常見結構為板-板電極,但是,由于這種發生器在結構上十分緊湊,放電間距過小,產生的等離子體處理距離較短,限制了被處理材料的厚度。
工業中常用金屬棒電極與筒狀絕緣介質結構的DBD發生器,利用氣源將等離子體吹出發生器,如圖1-3所示。
圖 1 -3 DBD 寬幅發生器(3)射流等離子體發生器
射流(PlasmaJet)等離子體發生器通常為棒-筒結構,在外加電場的作用下,裸露棒電極與筒電極之間產生的等離子體,被工作氣體吹出發生器外,形成等離子體射流,處理材料表面。
射流發生器應用于手機玻璃貼合、紙板印刷、汽車橡膠密封、有機硅材料處理等行業,如圖1-4所示。
圖1-4 射流等離子發生器(4)滑動弧等離子發生器
滑動弧(Glidingarc)等離子發生器,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、激發態離子與自由基等,具有較高的能量,可以與材料表面發生微小的物理與化學變化,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,目前應用中廣泛使用外加電場的方式激發低溫等離子體。24563