Dispositivo para revestimiento y tratamiento superficial asistidos por plasma de componentes voluminosos,

con una cámara de vacío (3, 20, 32) con una o varias bombas, con un primer circuito oscilante con un primer generador de alta frecuencia (5, 17, 28, 40), con una capacitancia ajustable y una inductancia ajustable del primer circuito oscilante, con una primera conexión para la incorporación del componente (1, 21, 32, 39) en el primer circuito oscilante, caracterizado porque el dispositivo presenta al menos un segundo circuito oscilante con un segundo generador de alta frecuencia (18, 29, 40), una segunda conexión para la incorporación del componente (1, 21, 32, 39) en el segundo circuito oscilante, una capacitancia ajustable y una inductancia ajustable del segundo circuito oscilante.

Estado de la técnica

La invención parte de un dispositivo y un procedimiento para el revestimiento y tratamiento superficial asistidos por plasma de componentes voluminosos.

Si la superficie de un componente se expone al plasma, así con una elección correspondiente de los parámetros del plasma, como presión, temperatura y composición del plasma, se pueden influir y cambiar de forma orientada la funcionalidad y propiedades de la superficie. Del estado de la técnica se conocen procedimientos para el tratamiento, modificación o revestimiento de una superficie de cualquier material, en los que se utilizan flujos de partículas o de energía a partir de un plasma. Entre ellos cuentan entre otras proyecciones de plasma, fusión de plasma por arco voltaico, procedimiento de tratamiento térmico por plasma, procedimiento de vapor químico intensificado por plasma y limpieza por plasma. El cambio de la funcionalidad de las superficies de la pieza de trabajo se produce por ataque orientado de las partículas de plasma. Esto puede suceder por la interacción con partículas con determinadas propiedades químicas o por el efecto de la radiación que se emite por el plasma. En el procedimiento para el revestimiento por plasma de un componente, el material del revestimiento pasa al estado gaseoso o en forma de vapor por el suministro de energía y se deposita sobre el componente desde la fase gaseosa o vapor.

Para la generación de un plasma se utiliza una antorcha de plasma, por ejemplo, un generador de plasma por arco fotovoltaico, un generador de plasma de alta frecuencia o un generador de plasma de microondas.

Los plasmas térmicos descritos arriba son apropiados para el tratamiento de componentes, que se destacan por una capacidad de carga frente a la temperatura consabida. En componentes de plástico o en componentes ya lacados que se pueden exponer a una temperatura máxima de solo 100 – 200 ºC, no se pueden utilizar procedimientos semejantes.

Un tratamiento por plasma con generadores de plasma conocidos es adecuado para componentes pequeños, no obstante, no es apropiado para grandes componentes. El plasma sólo incide en una zona muy limitada y no se forma sobre todo el componente. El rayo de plasma se debe guiar por ello a través del componente para el tratamiento por plasma de toda la superficie de un gran componente. Esto está unido en componentes como, por ejemplo, carrocerías de vehículos con un elevado requerimiento de tiempo y costes.

Para la generación de plasmas débiles con densidades de energía relativamente bajas se usan igualmente generadores de alta frecuencia. Su rango de frecuencia se sitúa entre algunos cientos de kilohercios y varias decenas de gigahercios. El plasma se genera en forma de fuente en las superficies de los electrodos o antenas y se extiende en el espacio. El material de revestimiento se extrae por desprendimiento de átomos a partir de un objetivo de desprendimiento de átomos o en el procedimiento del Physical Vapor Deposition (deposición física de vapor), abreviado PVD y se deposita a continuación en el componente. Demuestra ser desventajoso que la composición y la temperatura del plasma se cambien con distancia creciente de la antorcha de plasma. Por ello se dificulta la deposición de una capa uniforme sobre toda la superficie del componente. Además, con este procedimiento sólo se pueden producir revestimientos a partir de un número limitado de materiales de revestimiento.

Un inconveniente del tratamiento por plasma de la superficie de un gran componente con el procedimiento PVD consiste en que la trayectoria libre central debe ser grande y la presión debe ser muy pequeña en la cámara de vacío. Esto está unido con un elevado coste técnico y financiero debido al tamaño de la cámara de vacío unida con el tamaño del componente.

Además, los procedimientos conocidos no son apropiados para el tratamiento de hendiduras, puntos de junta, cavidades y muescas que aparecen en las carrocerías de los vehículos. Las superficies opuestas a la fuente de plasma no están expuestas a un plasma uniforme. Sobre la superficie dirigida a la fuente de plasma no se puede garantizar un tratamiento uniforme debido a los fuertes gradientes. Esto es válido ante todo para procesos de tratamiento que se dominan por procesos de radiación.

En el documento WO-A2-2005/069703 se propone un ejemplo de un procedimiento y de un procedimiento para el tratamiento por plasma de componentes voluminosos.

La invención y sus ventajas.

Por el contrario el dispositivo según la invención con las características de la reivindicación 1 y el procedimiento según la invención con las características de la reivindicación 7 tienen la ventaja de que componentes grandes se pueden someter a un tratamiento por plasma que actúa uniformemente sobre toda la superficie, y que mediante la reacción de las sustancias contenidas en el plasma se puede depositar en la superficie de los componentes una capa o un sistema de capas. Mediante al menos dos circuitos oscilantes con al menos dos generadores de alta frecuencia con cada vez inductancia y capacitancia ajustables y por unión o incorporación del componente en al menos dos circuitos oscilantes se genera en la superficie y en cavidades limitadas dado el caso también por el componente un plasma cuya densidad de partículas y su energía se pueden ajustar y son variables. La configuración del plasma depende de los componentes del circuito oscilante, en particular de la frecuencia de excitación, las capacitancias de los circuitos oscilantes y del componente, y las inductancias de los circuitos oscilantes y del componente. En este caso están predeterminadas la inductancia y la capacitancia del componente. Todos los otros componentes y los parámetros correspondientes se pueden ajustar. El dispositivo y el procedimiento se destacan, debido a los muchos parámetros ajustables, por una elevada flexibilidad y variabilidad de la densidad de energía y densidad de partículas del plasma a generar en las superficies de un componente.

Mediante al menos otro circuito oscilante adicional se obtiene un grado de libertad adicional para ajustar los parámetros del plasma en la superficie del componente. Las frecuencias de excitación del primer y del segundo, así como dado el caso de otros generadores de alta frecuencia pueden ser idénticas o diferentes. Si todos los generadores de alta frecuencia se hacen funcionar con la misma frecuencia de excitación, así esto provoca que en comparación a un sólo generador de alta frecuencia se transforme más potencia en plasma. Si las frecuencias de excitación se varían y se ajustan diferentemente para cada circuito oscilante, así se pueden activar diferentes modos de excitación en el plasma. De esta manera se pueden generar partículas determinadas, como átomos, electrones o iones en el plasma, se pueden permitir o favorecer reacciones químicas en el plasma y se puede provocar la emisión de la radiación de una longitud de onda deseada.

Los circuitos oscilantes son independientes unos de otros y se pueden hacer funcionar independientemente unos de otros. Para ello cada circuito oscilante está equipado de un generador de alta frecuencia propio e inductancias y capacitancias adicionales.

El dispositivo se puede hacer funcionar como generador de plasma multifrecuencia.

El tratamiento y revestimiento incluye tanto las superficies exteriores, como también las superficies interiores. Hendiduras, puntos de junta, cavidades y muescas se tratan igualmente. Zonas semejantes aparecen en particular en componentes que están compuestos de varios elementos.

El dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención se pueden utilizar en componentes cualesquiera de diferentes tamaños. Son apropiados en particular para grandes componentes, como por ejemplo, carrocerías de vehículos, piezas de aviones y de máquinas por mencionar sólo algunos ejemplos. Es requisito para ello que la cámara de vacío presente el tamaño necesario y que el componente se pueda introducir en la cámara de vacío y se pueda aislar frente a la cámara de vacío. Para la introducción del componente en la cámara de vacío y para la extracción del componente de la cámara de vacío, la cámara de vacío se puede equipar de un dispositivo de transporte.

El componente se introduce en la cámara de vacío del dispositivo. Para ello sirve preferentemente un dispositivo de transporte. A continuación el componente se conecta al primer circuito oscilante con el primer generador de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para revestimiento y tratamiento superficial asistidos por plasma de componentes voluminosos, con una cámara de vacío (3, 20, 32) con una o varias bombas, con un primer circuito oscilante con un primer generador de alta frecuencia (5, 17, 28, 40), con una capacitancia ajustable y una inductancia ajustable del primer circuito oscilante, con una primera conexión para la incorporación del componente (1, 21, 32, 39) en el primer circuito oscilante, caracterizado porque el dispositivo presenta al menos un segundo circuito oscilante con un segundo generador de alta frecuencia (18, 29, 40), una segunda conexión para la incorporación del componente (1, 21, 32, 39) en el segundo circuito oscilante, una capacitancia ajustable y una inductancia ajustable del segundo circuito oscilante.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda conexión para la incorporación del componente (1, 21, 32, 39) en el segundo circuito oscilante está configurada de forma galvánica, capacitiva o inductiva.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo circuito está equipado de al menos una antena (33, 34) o una placa (43, 44, 46) para transferir la energía del circuito oscilante sin contacto al componente (1, 21, 32, 39), y porque la antena (33, 34) o la placa (43, 44, 46) están dispuestas en la cámara de vacío.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo circuito oscilante está equipado de una conexión para conectar de forma galvánica un polo del componente (1, 21, 32, 39) con el segundo circuito oscilante, y porque el circuito oscilante está equipado de una placa de condensador (43, 44, 46) o un electrodo para conectar de forma capacitiva un segundo polo del componente (1, 21, 32, 39) con el segundo circuito oscilante.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, que está configurado adicionalmente con al menos un generador de plasma de microondas (35, 36, 37).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la posición del generador de plasma de microondas (35, 36, 37) puede ajustarse respecto al componente (1, 21, 32, 39).

7. Procedimiento para el revestimiento y tratamiento superficial asistidos por plasma de componentes voluminosos, caracterizado porque el componente (1, 21, 31, 39) se dispone en una cámara de vacío (3, 20, 32) y la cámara de vacío (3, 20, 32) se evacua, porque el componente (1, 21, 31, 39) se conecta a un primer circuito oscilante con un primer generador de alta frecuencia (5, 17, 28, 40), porque la inductancia y/o la capacitancia del primer circuito se adapta al componente (1, 21, 31, 39), porque con al menos un segundo circuito oscilante y al menos un segundo generador de alta frecuencia (18, 19, 29, 30, 40) se genera adicionalmente energía que se transfiere al componente (1, 21, 32, 39).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la inductancia y/o la capacitancia del segundo circuito oscilante se adapta al componente (1, 21, 31, 39).

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el componente (1, 21, 32, 39) se conecta de forma galvánica al menos con un polo del segundo circuito oscilante.

10. Procedimiento según la reivindicación 7, 8 ó 9, caracterizado porque al menos un polo del segundo circuito oscilante se conecta de forma capacitiva o inductiva con el componente (1, 21, 32, 39).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque un material de revestimiento se introduce en la cámara de vacío (3, 20, 32), y porque el material de revestimiento de la fase plasma se deposita sobre el componente (1, 21, 32, 39).

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el plasma se enciende por al menos un generador de plasma de microondas (35, 36, 37) adicional.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la densidad de partículas y/o la densidad de energía en la superficie del componente (1, 21, 32, 39) se mantiene constante en el espacio y en el tiempo

o se varia en el tiempo por al menos un generador de plasma de microondas (35, 36, 37) adicional.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los gases de trabajo y/o los materiales de revestimiento se tratan o preacondicionan por al menos un generador de plasma de microondas (35, 36, 37).