SISTEMA Y METODO PARA EL TRATAMIENTO DE PARTÍCULAS SÓLIDAS EN UN AMBIENTE DE ESPECIES ACTIVADAS POR PLASMA.

Sistema y método para el tratamiento de partículas sólidas en un ambiente de especies activadas por plasma.

La presente invención está dirigida a un sistema para el tratamiento de partículas sólidas en un ambiente de especies activadas por plasma, que comprende una cámara de vacío, un contenedor mallado provisto de una entrada de partículas sólidas, situado en el interior de la cámara de vacío, y un mecanismo percutor situado también en el interior de la cámara de vacío en una posición adecuada para permitir su contacto con el contenedor mallado durante un movimiento de percusión. Se presenta también un método para el tratamiento por plasma de partículas sólidas en un sistema como el descrito que comprende las etapas de cargar las partículas sólidas en el contenedor mallado, y tratar superficialmente las partículas sólidas, generándose durante el tratamiento percusiones con el mecanismo percutor sobre la base para provocar la elevación y disgregación de las partículas sólidas.

SISTEMA Y METODO PARA EL TRATAMIENTO DE PARTÍCULAS SÓLIDAS EN UN AMBIENTE DE ESPECIES

ACTIVADAS POR PLASMA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está dirigida a un sistema y un método para el tratamiento de partículas sólidas en un ambiente de especies activadas por plasma. El sistema y el método de la Invención garantizan el contacto total entre las partículas sólidas sometidas a tratamiento y dichas especies activadas por plasma, al mismo tiempo que evitan la formación de aglomerados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La modificación, o tratamiento, superficial asistida por plasma es una técnica empleada para modificar químicamente la superficie de partículas. El proceso se realiza en una cámara hermética con presencia de un gas rico en una determinada especie a una presión de vacío. Las partículas a tratar se disponen en una pletina situada en el interior de la cámara y aislada eléctricamente de la misma. Al aplicar una diferencia de potencial entre las partículas a tratar y la cámara, se genera un flujo eléctrico a través del gas contenido en la cámara. Dicho flujo eléctrico provoca la ionización del gas, generando un plasma. Los iones de signo de carga adecuado presentes en el plasma son atraídos hacia las partículas, lo que permite formar un recubrimiento superficial y/o la reacción química entre los iones y la superficie de las partículas. Dependiendo de las especies activadas por plasma y de las condiciones del proceso, pueden conseguirse distintas propiedades.

El tratamiento superficial por plasma de micro o nano-partículas presenta fundamentalmente dos problemas. El primero es la volatilización, que supone la pérdida de material tratado por su adhesión a distintos componentes del sistema en el que se realiza el tratamiento, tales como conducciones o bomba de vacío, con el consiguiente deterioro de dicho equipo por la contaminación producida por el material adherido.

Por otro lado, existe un problema adicional, que es el de la formación de agregados en las partículas sólidas a tratar cuando las partículas son de pequeño tamaño y tienen tendencia a aglomerarse, lo que Implica una mala dispersión de las especies activadas por plasma sobre la superficie de las partículas sólidas y un tratamiento no homogéneo de éstas y, por tanto, deficiente.

Este segundo problema pretende ser solucionado en el documento US5176938, que describe un proceso para tratar partículas haciéndolas pasar por una llama de plasma, donde la disgregación de partículas se produce por las turbulencias del gas Inyectado a gran velocidad y caudal, por lo que la solución a dicho problema solo se consigue en un equipo donde las condiciones de trabajo son elevadas velocidades y flujos. En el documento US5234723 se

describe un proceso para tratar partículas con especies activadas por plasma a presión subatmosférica mediante el lanzamiento de forma homogénea de las partículas a través de la zona de tratamiento, donde el problema de la aglomeración se resuelve mediante la acción de la gravedad, lo que restringe dicha solución a tratamientos cortos. Por lo tanto, los métodos propuestos en estos documentos no ofrecen una solución adecuada al problema de la formación de agregados en las partículas sólidas a tratar.

Por otro lado, en la patente US5340618 se describe un método para tratar polvo mediante plasma de presión atmosférica mediante la dispersión del polvo en el seno de la cámara de reacción usando una especie de lecho fluidizado, sin hacer referencia al problema de la aglomeración.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Los problemas técnicos anteriormente expuestos se solucionan mediante la presente invención, que proporciona un sistema según la reivindicación 1 y un método para el tratamiento de partículas sólidas por plasma según la reivindicación 13. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas de la invención.

En un primer aspecto inventivo de la Invención se presenta un sistema para el tratamiento de partículas sólidas en un ambiente de especies activadas por plasma, caracterizado por que comprende:

- una cámara de vacío

- un contenedor mallado provisto de una entrada de partículas sólidas, situado en el interior de la cámara de vacío y donde el contenedor mallado presenta:

una zona inferior del contenedor mallado según la dirección de la gravedad, denominada base, una malla de orificios de tamaño adaptado para

-permitirla entrada y salida de las especies activadas por plasma del contenedor mallado, e -impedir la salida de las partículas sólidas a tratar, cuando están situadas en el interior del contenedor mallado,

- un mecanismo percutor dispuesto en el interior de la cámara de vacío en una posición adecuada para permitir su contacto con el exterior del contenedor mallado durante un movimiento de percusión.

El sistema para el tratamiento de partículas sólidas, tanto micrométricas como nanométricas, según la invención comprende una cámara de vacio, adecuada para generar en su interior el plasma para el tratamiento o recubrimiento de las partículas.

El sistema además comprende un contenedor mallado adaptado para contener las partículas sólidas durante el tratamiento y que está situado dentro de la cámara de vacío. El contenedor mallado presenta una malla con orificios cuyo tamaño o luz es inferior al tamaño de las partículas a tratar, por lo que no permiten la salida de estas partículas, pero que a su vez permiten el paso de las especies activadas por plasma. Como ventaja respecto al estado de la

técnica, las partículas quedan confinadas en un volumen definido sobre el que se focaliza el tratamiento o recubrimiento mediante las especies activadas por plasma, lo que evita la pérdida de material por adhesión a componentes del sistema, como la cámara de vacío o sus paredes.

El sistema comprende además un mecanismo percutor, situado también dentro de la cámara de vacío. Este mecanismo percutor está adaptado para entrar en contacto con el contenedor mallado durante el tratamiento o el recubrimiento de las partículas sólidas, de forma que mediante un movimiento de percusión sobre el contenedor mallado se provoca que las partículas depositadas en el contenedor mallado se disgreguen en el interior del contenedor mallado y se dispersen en el seno del plasma. De manera ventajosa frente al estado de la técnica, este movimiento de percusión evita que la totalidad de las partículas sólidas se aglomeren en el fondo del contenedor mallado mientras se realiza el tratamiento con las especies activadas por plasma (gas o vapor), y garantiza un contacto total entre las especies y las partículas. Es decir, se evita la formación de aglomerados mediante la dispersión mecánica por el Impacto que se produce mediante el mecanismo percutor sobre el contenedor mallado.

La combinación de estos elementos en un mismo sistema permite evitar tanto la volatilización o pérdida de material tratado (partículas sólidas) dentro de la cámara de vacío como el deterioro del equipo por la contaminación producida por estas pérdidas en elementos del sistema tales como conducciones o bomba de vacío. También permite evitar la formación de aglomerados, que Implica una mala dispersión de las partículas en el espacio de tratamiento por plasma y produce un tratamiento no homogéneo en las partículas.

En un segundo aspecto inventivo de la invención se presenta un método para el tratamiento por plasma de partículas sólidas en un sistema según el primer aspecto inventivo, estando caracterizado el método por que comprende las siguientes etapas:

a) cargar las partículas sólidas en el contenedor mallado, y

b) tratar superficialmente las partículas sólidas, generando durante el tratamiento percusiones con el mecanismo percutor para provocar la elevación y disgregación de las partículas sólidas.

La etapa a) del método comprende la carga en el contenedor mallado de las partículas sólidas a tratar, permitiéndose así que las especies activadas puedan acceder al interior del contenedor mallado durante el tratamiento o el recubrimiento, pero limitando también el espacio que ocupan las partículas sólidas durante el tratamiento, dado que estas no pueden salir de dicho contenedor. De esta forma, las partículas sólidas quedan confinadas en un espacio dentro del cual se favorece que el tratamiento sea lo más efectivo posible y a su vez se impide la pérdida de material por la adhesión de las partículas sólidas a elementos del sistema.

En la etapa b) del método se realiza el tratamiento superficial o el recubrimiento de las partículas sólidas anteriormente cargadas en el contenedor mallado....

1- Sistema (1) para el tratamiento de partículas sólidas en un ambiente de especies activadas por plasma,

caracterizado por que comprende

- una cámara de vacío (11),

- un contenedor mallado (2) situado en el interior de la cámara de vacío (11) y provisto de una entrada (13) de partículas sólidas, presentando el contenedor mallado (2):

una zona inferior según la dirección de la gravedad, denominada base (4), una malla de orificios de tamaño adaptado para

-permitir la entrada y salida de las especies activadas por plasma del contenedor mallado (2), e -impedir la salida de las partículas sólidas a tratar, cuando están situadas en el interior del contenedor mallado (2),

- un mecanismo percutor (3) dispuesto en el interior de la cámara de vacío (11) en una posición adecuada para permitir su contacto con el exterior del contenedor mallado (2) durante un movimiento de percusión.

2.- Sistema (1) según la reivindicación 1 caracterizado por que el mecanismo percutor (3) está adaptado para contactar con el contenedor mallado (2) en la base (4).

3 - Sistema (1) según la reivindicación 2 caracterizado por que el elemento percutor (3) está adaptado para percutir a una frecuencia tal que provoca un efecto de salto de las partículas sólidas más de una vez durante el tratamiento superficial por plasma.

4 - Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el contenedor mallado (2) presenta al menos una de las siguientes características:

- tiene forma hexaédrica,

- está fabricado de malla metálica.

- Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el contenedor mallado (2) comprende una base (4) metálica que presenta al menos una de las siguientes características:

- ser resistente a la fatiga,

- presentar elevado módulo elástico,

- presentar al menos una frecuencia natural de vibración resonante a la frecuencia de vibración originada por el mecanismo percutor (3),

- estar tensionada.

6 - Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el contenedor mallado (2) tiene una zona superior opuesta a la base (4), denominada parte superior (5), abatible y que opcionalmente

comprende un sistema de cierre (6) que permite su apertura y cierre desde el exterior del contenedor mallado (2).

7.- Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la cámara de vacío (11) comprende medios de giro (12) para provocar el giro de un adaptador giratorio.

8.- Sistema (1) según la reivindicación 7 en el que el mecanismo percutor (3) está adaptado para contactar con la base (4), y caracterizado por que los medios de giro (12) comprenden un primer eje (14) rotatorio colocado en una pared de la cámara de vacío (11) que permite trasladar movimiento a un adaptador giratorio en una pared de la cámara de vacío (11) y que permite trasladar el movimiento al mecanismo percutor (3).

9 - Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8 caracterizado por que el mecanismo percutor (3) comprende

- una correa de distribución (8),

- un segundo eje (9) y

- una pletina (10) en voladizo, con un extremo fijo y otro capaz de flectar bajo la acción del segundo eje (9), estando estos elementos relacionados entre sí de tal manera que:

-la correa de distribución (8) está conectada de manera que transmite el giro de los medios de giro al segundo eje (9) y conectada con los medios de giro (12), de manera que permite el traslado de movimiento desde los medios de giro (12) a la correa de distribución (8),

-el segundo eje (9) está colocado en una posición tal que se permite el traslado de movimiento de la correa de distribución (8) al segundo eje (9),

-a su vez, el segundo eje (9) está situado a una distancia desde la pletina (10) y poslclonado tal que el segundo eje (9) en su movimiento es capaz de flectar la pletina (10), y

- la pletina (10) está situada de manera que al serflectada es capaz de percutir la base (4) del contenedor mallado (2).

10.- Sistema (1) según la reivindicación 9 caracterizado por que el segundo eje (9) es un cigüeñal (9) de al menos un brazo.

11.- Sistema (1) según una de las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado por que la pletina (10) está formada por un material ligero con un módulo de Young comprendido en el intervalo 25-180GPa.

12.- Sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 caracterizado porque la pletina (10) está soldada a la base (4) del contenedor mallado (2).

13.- Método para el tratamiento por plasma de partículas sólidas en un sistema (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

a) cargar las partículas sólidas en el contenedor mallado (2), y

b) tratar superficialmente las partículas sólidas, generando durante el tratamiento percusiones con el mecanismo percutor (3) sobre alguna pared del contenedor mallado (2) para provocar la elevación y

disgregación de las partículas sólidas.

14.- Método según la reivindicación 13 caracterizado por que

se realiza en un sistema según la reivindicación 12 y,

las percusiones generadas en la etapa b) se realizan transmitiendo un movimiento de giro desde los medios 10 de giro (12) a través de la correa de distribución (8).

15.- Método según la reivindicación 13 o 14, caracterizado por que previamente a la etapa a) se implementa la etapa de limpiar el contenedor mallado (2) para garantizar la ausencia de contaminación.

16.- Método según la reivindicación 15 donde la etapa de limpiar el contenedor mallado (2) comprende las etapas:

I) Introducir el contenedor mallado (2) en un recipiente resistente al calor y químicamente inerte,

ii) cubrir el contenedor mallado (2) con un disolvente, preferiblemente agua con jabón o acetona o etanol o cloroformo o tolueno,

iii) aplicar sonicaclón o ultrasonidos durante al menos 4 horas al contenedor mallado (2) renovando periódicamente 20 el disolvente,

iv) introducir el contenedor mallado (2) en una cámara de vacío (11) de tratamiento superficial por plasma,

v) realizar el vacío en dicha cámara de vacío (11),

vi) Introducir un gas de limpieza, preferiblemente O2, y

vil) generar plasma en el sistema de vacío (1) y mantener durante al menos 1 hora al 90% de potencia.