PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO O RECUBRIMIENTO DE SUPERFICIES.

Procedimiento para el tratamiento o recubrimiento de superficies por medio de un chorro de plasma,

en el que a través de una descarga entre dos electrodos, en los que se aplica una tensión, y con alimentación de un gas de proceso en un cabezal de plasma se genera un chorro de plasma, que abandona el cabezal de plasma a través de un orificio y circula a un espacio de reacción separado, en el que en el espacio de reacción, con exclusión de la atmósfera que rodea al chorro de plasma generado, se alimenta un gas portador y se mezcla a fondo con el chorro de plasma y en el que como consecuencia se activa el gas de proceso y/o se genera un chorro de partículas, caracterizado porque la corriente de gas portador afluye perpendicularmente a la dirección de la circulación del chorro de plasma al espacio de reacción por medio de un orificio de entrada, porque el gas portador activado o bien el chorro de partículas sale después de una turbulencia y mezcla a fondo con el chorro de plasma de nuevo perpendicularmente a la dirección de la circulación del chorro de plasma desde el espacio de reacción a través de un orificio de salida y porque solamente el gas portador activado o bien el chorro de partículas que salen desde el orificio de salida son dirigidos sobre la superficie de la pieza de trabajo a tratar o a recubrir, mientras que el propio chorro de plasma permanece encerrado en el espacio de reacción

Procedimiento y dispositivo para el tratamiento o recubrimiento de superficies La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento o recubrimiento de superficies por medio de chorros de plasma. La invención se refiere, además, a un dispositivo adecuado para la realización del procedimiento.

Como chorro de plasma se designan en el estado de la técnica circulaciones de plasma, que presentan una forma de jet o chorro, que se extraen desde el dispositivo que genera esta circulación de plasma y se extienden hasta la superficie de un sustrato o bien pieza de trabajo dispuesta acierta distancia del dispositivo. La generación del plasma propiamente dicho en forma de chorro se puede realizar, en principio, de dos manera: o bien a través de una descarga impedida dieléctricamente o una descarga de arco.

Un dispositivo para la generación de un chorro de plasma, que trabaja con una descarga impedida dieléctricamente, designada también como descarga de efluvios a presión atmosférica, se conoce a partir del documento WO 2005/125286 A2. En este dispositivo, dos electrodos están separados uno del otro por un tubo de aislamiento que actúa como barrera dieléctrica. Además, a través del dispositivo se conduce un gas portador. De esta manera se genera un chorro de plasma cuando se aplica una tensión alterna entre los electrodos en el extremo libre del dispositivo.

Un dispositivo para la generación de un chorro de plasma, que trabaja con una descarga de arco directa, se conoce a partir del documento EP 0 761 415. En este dispositivo se configura entre dos electrodos directamente opuestos entre sí un arco de luz directo, en el que se conduce de la misma manera un gas portador a través del dispositivo.

Para el tratamiento o recubrimiento de superficies se intenta en todos los dispositivos conocidos mezclar el chorro de gas generado y un gas de proceso adicional, que sirve para el tratamiento o recubrimiento, inmediatamente antes o solamente después de la salida del chorro de plasma desde el cabezal de plasma, para evitar o al menos reducir las deposiciones en las paredes de delimitación o bien en la tobera de salida del propio dispositivo. En este caso es un inconveniente siempre la dirección de circulación paralela de gas de proceso y chorro de plasma y la activación mala que resulta de ello. Adicionalmente, a través del chorro de plasma que sale desde el cabezal de toberas se radicaliza el aire ambiental, con lo que se producen procesos de rotura en el gas de proceso propiamente activado.

En el dispositivo descrito en el documento WO 2005/125286, que trabaja con una descarga impedida dieléctricamente, se alimenta adicionalmente al gas portador formador del plasma un gas de proceso a través de un tubo interior que se encuentra dentro del electrodo interior. La mezcla de plasma y gas de proceso se realiza en este caso solamente después de abandonar la tobera de salida del dispositivo en la zona espacial entre el sustrato y el cabezal de plasma. En este caso es un inconveniente la activación insuficiente ya descrita del gas de proceso, puesto que, como se ha explicado, el chorro de plasma y el gas de proceso circulan esencialmente paralelos sobre el sustrato y de esta manera se lleva a cabo una activación del gas de proceso.

En el documento WO 99/20809 se describe otro dispositivo, que genera un chorro de plasma, en el que aquí la alimentación del gas de proceso se realiza directamente delante de la tobera de salida. De esta manera, se evitan las reacciones químicas en la zona de los electrodos. El volumen de contacto entre el chorro de plasma y el gas de proceso está limitado en este dispositivo al mínimo en cuanto a la construcción para evitar deposiciones del gas de proceso ya activado en el cabezal de plasma del dispositivo.

En el documento GB 943793 se describe otro dispositivo, que genera un chorro de plasma, en el que está prevista una cámara de reacción separada, que presenta un orificio de entrada para el chorro de plasma así como un orificio de entrada y un orificio de salida para el gas portador.

En los dispositivos conocidos, es un inconveniente, además, que el chorro de plasma, que reacciona solamente en una medida incompleta con el gas de proceso, incide sin impedimentos en una parte esencial sobre la superficie a tratar o a recubrir. A través de la radiación secundaria del plasma en la zona UV y el contacto físico directo del plasma con la superficie se producen allí procesos químicos y físicos no deseados. Así, por ejemplo, se produce la disociación de polímeros así como la inclusión no deseada de ácido en la superficie.

El cometido de la invención es indicar un procedimiento, en el que para el tratamiento o recubrimiento de superficies se mezclan, a ser posible totalmente, un chorro de plasma en forma de un chorro de plasma y al menos un gas de proceso y se puede realizar una transferencia de energía lo más completa posible desde el plasma hacia el gas de proceso, de manera que tiene lugar una mezcla activada óptimamente de gas portador y gas de proceso sobre la superficie correspondiente. En este caso, no debe ser posible un contacto directo entre el chorro de plasma y la superficie. Además, el cometido de la invención es indicar un dispositivo lo más sencillo posible que es adecuado para la realización de un procedimiento de este tipo de acuerdo con la invención.

El cometido se soluciona con un procedimiento con las características de la primera reivindicación de patente así como con un dispositivo con las características de la cuarta reivindicación dependiente de la patente. Las reivindicaciones dependientes se refieren en cada caso a desarrollos especialmente ventajosos de la invención, con referencia al procedimiento o bien al dispositivo.

La invención parte de la idea inventiva general de mezclar entre sí una circulación de plasma generada en forma de un chorro de plasma y al menos un gas de proceso con exclusión de aire ambiental en una zona espacial separada. A tal fin, el gas de proceso es conducido a una cámara de reacción dispuesta a continuación de la tobera de salida de un chorro de plasma conocido, de manera que en esta cámara de reacción se realiza a través de una conducción adecuada del chorro y una geometría correspondiente de la circulación una mezcla lo más completa posible del chorro de plasma, por un lado, y del gas de proceso, por otro lado. Solamente a continuación se pone el gas de proceso activado de esta manera, a través de una tobera de salida, en contacto directo con la superficie de la pieza de trabajo, para acondicionar esta superficie o separar capas sobre ella.

De acuerdo con una forma de realización especialmente ventajosa de la invención, las direcciones de la circulación del chorro de plasma, por un lado, así como del gas de proceso, por otro lado, están a la entrada en la cámara de reacción perpendiculares o casi perpendiculares entre sí. De esta manera se consigue una mezcla especialmente intensiva de los dos medios.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa de la invención, se conduce el chorro de plasma esencialmente paralelo a la superficie de la pieza de trabajo a tratar o a recubrir a la cámara de reacción y se alimenta el gas de proceso esencialmente perpendicular a la superficie. En esta forma de realización, se mezclan ambos medios de manera óptima entre sí, sin que el chorro de plasma propiamente dicho pueda circular a través de la cámara de reacción. Esto posibilita un tamaño de construcción pequeño de la cámara de reacción.

De acuerdo con otra forma de realización ventajosa, la cámara de reacción está provista adicionalmente con un sistema de refrigeración / calefacción, para poder controlar los procesos químicos y físicos que se desarrollan durante la mezcla del chorro de plasma y del gas de proceso. Por ejemplo, es posible conducir un medio fluido, atemperado a través de los canales de atemperación en las paredes de delimitación de la cámara de reacción. Se puede realizar una atemperación de la misma manera también con un sistema de calefacción eléctrica.

Por último, de acuerdo con otro desarrollo ventajoso de la invención, también es posible disponer varios chorros de plasma en la cámara de reacción, de tal manera que es posible una mezcla de varios chorros de plasma con el gas de proceso.

También es posible alimentar diferentes gases de proceso de forma sucesiva y prever a tal fin varias cámaras de reacción o también una cámara de reacción combinada configurada de dos o más fases.

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1. Procedimiento para el tratamiento o recubrimiento de superficies por medio de un chorro de plasma, en el que a través de una descarga entre dos electrodos, en los que se aplica una tensión, y con alimentación de un gas de proceso en un cabezal de plasma se genera un chorro de plasma, que abandona el cabezal de plasma a través de un orificio y circula a un espacio de reacción separado, en el que en el espacio de reacción, con exclusión de la atmósfera que rodea al chorro de plasma generado, se alimenta un gas portador y se mezcla a fondo con el chorro de plasma y en el que como consecuencia se activa el gas de proceso y/o se genera un chorro de partículas, caracterizado porque la corriente de gas portador afluye perpendicularmente a la dirección de la circulación del chorro de plasma al espacio de reacción por medio de un orificio de entrada, porque el gas portador activado o bien el chorro de partículas sale después de una turbulencia y mezcla a fondo con el chorro de plasma de nuevo perpendicularmente a la dirección de la circulación del chorro de plasma desde el espacio de reacción a través de un orificio de salida y porque solamente el gas portador activado o bien el chorro de partículas que salen desde el orificio de salida son dirigidos sobre la superficie de la pieza de trabajo a tratar o a recubrir, mientras que el propio chorro de plasma permanece encerrado en el espacio de reacción.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el chorro de plasma es generado por una descarga de barrera impedida dieléctricamente.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque varios chorros de plasma generados independientes unos de los otros son mezclados a fondo al mismo tiempo o de forma sucesiva con el gas portador.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el o los chorros de plasma son mezclados a fondo de forma sucesiva varias veces con el mismo gas portador.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el o los chorros de plasma son mezclados a fondo de forma sucesiva con diferentes gases portadores.

6. Dispositivo para el tratamiento o recubrimiento de superficies por medio de un chorro de plasma (7) , en el que está prevista una instalación en un cabezal de plasma (5) para la generación de un chorro de plasma (7) bajo la alimentación de un gas de proceso (6) , de tal manera que el chorro de plasma (7) sale desde un orificio de la instalación, en el que, además, está prevista una cámara de reacción (8) separada, que presenta un orificio de admisión (9) para el chorro de plasma (7) así como un orificio de entrada (10) y un orificio de salida (13) para el gas portador (11) , caracterizado porque el orificio de entrada (9) para el chorro de plasma (7) está dispuesto perpendicularmente a una línea formada por el orificio de entrada (10) para el gas portador (11) y el orificio de salida (13) opuesto para el gas portador (11) , y porque la cámara de reacción (8) está cerrada sobre el lado opuesto al orificio de entrada (9) para el chorro de plasma (7) .

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque varias cámaras de reacción (8, 17) están dispuestas unas detrás de las otras en cascada, de tal manera que, respectivamente, el orificio de salida (13) de la primera cámara de reacción (8) está en conexión con un orificio de entrada de las otras cámaras de reacción (127) siguientes.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque la al menos una cámara de reacción (8, 17, 20a) se puede atemperar, es decir, calentar o refrigerar, de forma selectiva.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque al menos un orificio de entrada y/o de salida (9, 10, 13, 17, 20) se puede regular o cerrar.