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DE102011002183B4 - Apparatus and method for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces - Google Patents

Apparatus and method for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces Download PDF

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DE102011002183B4
DE102011002183B4 DE102011002183.3A DE102011002183A DE102011002183B4 DE 102011002183 B4 DE102011002183 B4 DE 102011002183B4 DE 102011002183 A DE102011002183 A DE 102011002183A DE 102011002183 B4 DE102011002183 B4 DE 102011002183B4
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Ralf Uhlemann
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Abstract

Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer 10, die Elektroden (11, 12, 13) zur Erzeugung eines Lichtbogens A, B aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung (14) und wenigstens einer Materialzuführung (15) zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms C in der Prozesskammer (10) verbunden ist, wobei wenigstens eine erste Elektrode (11) stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode (12) stromabwärts voneinander beabstandet angeordnet sind, die zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens A unterschiedliche Polaritäten aufweisen und eine erste Heizzone (16a) bilden und wenigstens eine dritte Elektrode (13) mit derselben Polarität wie die erste Elektrode (11) stromabwärts von der zweiten Elektrode (12) angeordnet ist derart, dass zwischen der zweiten und dritten Elektrode (12, 13) ein zweiter Lichtbogen B erzeugbar ist und die zweite und dritte Elektrode (12, 13) eine zweite Heizzone (16b) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelektroden jeweils Mittel (17) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes aufweisen, wobei das Mittel (17) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes wenigstens einen Magnet (18) und eine Magnetführung (19) aufweist, die in der Ringelektrode in Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei der Magnet (18) beweglich in der Magnetführung (19) angeordnet ist.Device for the plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber 10, which has electrodes (11, 12, 13) for generating an arc A, B and with at least one gas supply (14) and at least one material supply (15) for generating a gas and material flow C in the process chamber (10), at least one first electrode (11) upstream and at least one second electrode (12) downstream, which have different polarities for generating a first arc A, are arranged at a distance from one another and form a first heating zone (16a) and at least one third electrode (13) with the same polarity as the first electrode (11) is arranged downstream of the second electrode (12) such that between the second and third electrodes (12, 13) a second arc B can be generated and the second and third electrodes (12, 13) a second heating zone (16b) bi lden, characterized in that the ring electrodes each have means (17) for generating a circumferential magnetic field, the means (17) for generating a circumferential magnetic field having at least one magnet (18) and a magnet guide (19) which are in the ring electrode in Circumferential direction are formed, the magnet (18) being movably arranged in the magnet guide (19).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen.The invention relates to a device for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with the features of the preamble of claim 1 and with the features of the preamble of claim 10. The invention further relates to a method for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 41 05 407 A1 bekannt. Ähnliche Vorrichtungen beschreiben WO 90/15516 A1 und US 4,620,080 A .A device of the type mentioned is, for example DE 41 05 407 A1 known. Describe similar devices WO 90/15516 A1 and US 4,620,080 A ,

Zur Herstellung nanoskaliger Partikel werden bekanntermaßen feste Ausgangsstoffe, beispielsweise Pulver, in einem Plasma verflüssigt und verdampft. Anschließend wird die Gasphase zur Erzeugung nanoskaliger Partikel schnell abgekühlt. Die thermische Behandlung der festen Ausgangsstoffe setzt hohe Energien voraus. Zur Übertragung der Energien sollen die Ausgangsstoffe möglichst lange in der reaktiven heißen Zone verweilen. Hierfür werden Gleichstrom-Plasmaanlagen eingesetzt, wie beispielsweise aus DE 10 2006 044 906 A1 bekannt. Bei dieser Anlage wird ein Plasmabrenner verwendet, der mehrere Stabkathoden aufweist, denen eine Pilotanode zum Zünden des Lichtbogens nachgeordnet ist. Der Pilotanode ist wiederum eine Sammelanode in Strömungsrichtung nachgeordnet, die zusammen mit den Stabkathoden eine relativ kurze Heizzone bildet. Die bekannte Anordnung der Sammelanode zusammen mit der Zuführung von Schutzgas bewirkt, dass die festen Ausgangsstoffe nicht direkt in das Plasma eingebracht werden, sondern das Plasma nur am Rande streifen und somit nicht beeinflussen. Die Verweilzeit ist bei diesem Plasmabrenner relativ kurz.As is known, solid starting materials, for example powders, are liquefied and evaporated in a plasma in order to produce nanoscale particles. Subsequently, the gas phase is rapidly cooled to produce nanoscale particles. The thermal treatment of solid starting materials requires high energies. To transfer the energies, the starting materials should remain in the reactive hot zone for as long as possible. For this purpose, DC plasma systems are used, such as from DE 10 2006 044 906 A1 known. In this system, a plasma torch is used which has a plurality of rod cathodes, which is followed by a pilot anode for igniting the arc. The pilot anode is in turn downstream of a collector anode in the flow direction, which forms a relatively short heating zone together with the rod cathodes. The known arrangement of the collecting anode together with the supply of protective gas causes the solid starting materials are not introduced directly into the plasma, but only strip the plasma at the edge and thus do not affect. The residence time is relatively short for this plasma torch.

Die eingangs genannte DE 41 05 407 A1 offenbart ein Plasmaspritzgerät zum Versprühen von festem, pulverförmigen oder gasförmigen Material. Mit dem Gerät soll ein Langlichtbogen zwischen einer Kathodenanordnung und einer von der Kathodenanordnung beabstandet angeordneten ringförmigen Anode erzeugt werden. Der Reaktionsraum dieses Gerätes ist dazu düsenförmig ausgebildet, um eine Energiekonzentration im Nahbereich der Kathodenanordnung zu erreichen. Der Aufbau dieses Gerätes ist aufgrund des düsenförmigen Reaktionsraumes aufwändig. Außerdem ist der Abstand zwischen der Kathodenanordnung und der Ringanode begrenzt.The aforementioned DE 41 05 407 A1 discloses a plasma sprayer for spraying solid, powdered or gaseous material. The device is intended to generate a long arc between a cathode arrangement and an annular anode arranged at a distance from the cathode arrangement. The reaction space of this device is nozzle-shaped in order to achieve an energy concentration in the vicinity of the cathode assembly. The structure of this device is complex because of the nozzle-shaped reaction space. In addition, the distance between the cathode assembly and the ring anode is limited.

Weitere Anlagen zur Synthese von nanoskaligen Pulvern sind aus US 2007/0221635 A1 und WO 2005/116650 A2 bekannt.Other plants for the synthesis of nanoscale powders are out US 2007/0221635 A1 and WO 2005/116650 A2 known.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen anzugeben, die eine effiziente Verdampfung der Ausgangsstoffe in der Heizzone ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen anzugeben.The object of the invention is to specify a device for the plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for the coating of surfaces, which enables efficient evaporation of the starting materials in the heating zone. It is another object of the invention to provide a method for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1, alternativ durch den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 10 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.According to the invention this object is achieved with regard to the device by the subject-matter of claim 1, alternatively by the subject-matter of the independent claim 10 and with regard to the method by the subject-matter of claim 11.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer anzugeben, die Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung und wenigstens einer Materialzuführung zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms in der Prozesskammer verbunden ist. Wenigstens eine erste Elektrode ist stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode ist stromabwärts angeordnet, wobei die Elektroden voneinander beabstandet sind und zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Die Elektroden bilden dabei eine erste Heizzone.The invention is based on the idea to provide a device for plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber having electrodes for generating an arc and at least one gas supply and at least one material supply for generating a gas and material flow in the process chamber is connected. At least one first electrode is upstream and at least one second electrode is disposed downstream, the electrodes being spaced apart from each other and having different polarities to produce a first arc. The electrodes form a first heating zone.

Wenigstens eine dritte Elektrode mit derselben Polarität wie die erste Elektrode ist stromabwärts von der zweiten Elektrode angeordnet derart, dass zwischen der zweiten und dritten Elektrode ein zweiter Lichtbogen erzeugbar ist und die zweite und dritte Elektrode eine zweite Heizzone bilden.At least one third electrode having the same polarity as the first electrode is arranged downstream of the second electrode such that a second arc can be generated between the second and third electrodes and the second and third electrodes form a second heating zone.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die alternierende Anordnung von unterschiedlich polarisierbaren bzw. polarisierten Elektroden der Wirkungsgrad gegenüber bislang bekannten Verfahren erhöht wird, so dass nahezu beliebige Materialien mit höheren Durchsätzen umgesetzt werden können. Ausschlaggebend hierfür ist die Vergrößerung bzw. Verlängerung des thermisch wirksamen Reaktionsbereiches und der dadurch verlängerten Verweilzeiten der Ausgangsstoffe in dieser Zone. Dieser Vorteil kommt einerseits im Zusammenhang mit der industriellen Verfügbarkeit nanoskaliger Partikel zum Tragen. Andererseits werden dadurch neue Prozessfenster für andere Verfahren, beispielsweise für die Beschichtung von Oberflächen eröffnet. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Anordnung der Elektroden und der Aufbau der Prozesskammer vergleichsweise einfach und kompakt ist, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.The invention has the advantage that the efficiency is increased over previously known methods by the alternating arrangement of differently polarizable or polarized electrodes, so that almost any materials can be implemented at higher throughputs. Decisive for this is the enlargement or extension of the thermally effective reaction region and the extended residence times of the starting materials in this zone. On the one hand, this advantage comes into play in connection with the industrial availability of nanoscale particles. On the other hand, this opens up new process windows for other processes, for example for the coating of surfaces. A further advantage of the invention is that the arrangement of the electrodes and the construction of the process chamber is comparatively simple and compact, whereby the production costs are reduced.

Eine besonders kompakte Ausführung der Vorrichtung wird erreicht, wenn wenigstens eine Stabelektrode, insbesondere mehrere konzentrisch angeordnete Stabelektroden als erste Elektroden und Ringelektroden als zweite und dritte Elektroden vorgesehen sind, wobei zumindest die Ringelektroden koaxial angeordnet sind. Konkret kann die erste Elektrode wenigstens eine Kathode, insbesondere eine Stabkathode, die zweite Elektrode eine Anode, insbesondere eine Ringanode, und die dritte Elektrode eine Kathode, insbesondere eine Ringkathode umfassen. Damit wird die sandwichartige bzw. abwechselnde Anordnung der Elektroden mit unterschiedlichen Polaritäten beispielhaft verdeutlicht.A particularly compact embodiment of the device is achieved if at least one rod electrode, in particular a plurality of concentric arranged rod electrodes are provided as first electrodes and ring electrodes as second and third electrodes, wherein at least the ring electrodes are arranged coaxially. Concretely, the first electrode can comprise at least one cathode, in particular a rod cathode, the second electrode an anode, in particular a ring anode, and the third electrode a cathode, in particular a ring cathode. Thus, the sandwich-like or alternating arrangement of the electrodes with different polarities is exemplified.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet die Materialzuführung mittig an einem Axialende der Prozesskammer in dieselbe derart, dass der Materialstrom in axialer Längsrichtung in die Prozesskammer einleitbar ist. Zusammen mit der koaxialen Anordnung der Ringelektroden und der konzentrisch angeordneten Stabelektroden wird eine Optimierung der Verweilzeit erreicht. Eine weitere Verlängerung der Verweilzeit kann dadurch erreicht werden, dass die Materialzuführung in Strömungsrichtung vor den Stabelektroden, insbesondere den Stabkathoden in die Prozesskammer mündet, so dass die maximale Länge der kombinierten Heizzonen für die Umsetzung der festen Ausgangsstoffe in der Prozesskammer ausgenützt wird.In a further preferred embodiment, the material supply opens centrally at an axial end of the process chamber in the same such that the material flow in the axial direction can be introduced into the process chamber. Together with the coaxial arrangement of the ring electrodes and the concentrically arranged rod electrodes, an optimization of the residence time is achieved. A further extension of the residence time can be achieved in that the material supply opens in the flow direction in front of the rod electrodes, in particular the rod cathodes in the process chamber, so that the maximum length of the combined heating zones for the implementation of solid starting materials in the process chamber is utilized.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaszuführung in die erste Elektrode, insbesondere in die Stabelektrode integriert ist, wodurch ein kompakter Aufbau der Vorrichtung im Bereich der ersten Elektrode erreicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the gas supply is integrated in the first electrode, in particular in the rod electrode, whereby a compact construction of the device in the region of the first electrode is achieved.

Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ringelektroden jeweils Mittel zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes aufweisen. Dadurch wird verhindert, dass die Lichtbögen an der Ringanode bzw. der Ringkathode festbrennen.In the invention, it is provided that the ring electrodes each have means for generating a circulating magnetic field. This prevents the arcs from burning to the ring anode or the ring cathode.

Das Mittel zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes weist wenigstens einen Magnet und eine Magnetführung auf, die in der Ringelektrode in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Der Magnet ist beweglich in der Magnetführung angeordnet. Auf diese Weise wird einfach und wirkungsvoll ein Magnetfeld erzeugt, das in Umfangsrichtung der Ringelektrode variierbar ist und ausreicht, um ein Festbrennen der Lichtbögen zu verhindern.The means for generating a rotating magnetic field has at least one magnet and a magnetic guide formed in the ring electrode in the circumferential direction. The magnet is movably arranged in the magnetic guide. In this way, a magnetic field is generated easily and effectively, which is variable in the circumferential direction of the ring electrode and sufficient to prevent burning of the arcs.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Magnet kugelförmig oder scheibenförmig ausgebildet, wodurch erreicht wird, dass der Magnet sich leicht in der Magnetführung bewegen lässt.In a particularly preferred embodiment, the magnet is formed spherical or disc-shaped, whereby it is achieved that the magnet can be easily moved in the magnetic guide.

Vorzugsweise ist die Magnetführung für den Antrieb des Magneten mit einem Fluidkreislauf, insbesondere einem Wasserkreislauf verbunden. Dadurch kann in der Magnetführung eine Fluidströmung ausgebildet werden, die den Magnet mitnimmt und somit für eine dynamische Änderung des Magnetfeldes in Umfangsrichtung der Ringelektrode sorgt.Preferably, the magnetic guide for driving the magnet is connected to a fluid circuit, in particular a water circuit. As a result, in the magnetic guide, a fluid flow can be formed, which entrains the magnet and thus provides for a dynamic change of the magnetic field in the circumferential direction of the ring electrode.

Eine besonders einfache Ausbildung des Fluidkreislaufes wird dadurch erreicht, dass der Fluidkreislauf in den Kühlkreislauf zur Kühlung der Elektrode integriert ist. Der ohnehin vorhandene Kühlkreislauf zur Kühlung der Elektroden der Anlage übernimmt damit die Antriebsfunktion für den Magneten in der Magnetführung der Ringelektrode.A particularly simple design of the fluid circuit is achieved in that the fluid circuit is integrated into the cooling circuit for cooling the electrode. The already existing cooling circuit for cooling the electrodes of the system thus assumes the drive function for the magnet in the magnetic guide of the ring electrode.

Für die schnelle Kondensation aus der Gasphase zur Überführung der verdampften Feststoffe in nanoskalige Partikel kann das stromabwärts angeordnete zweite Axialende der Prozesskammer mit einer Kühlkammer verbunden sein, die einen Quenchbereich bildet. Mit der Kühlzone ist eine bezogen auf die Längsachse der Prozesskammer seitlich oder längsaxial angeordnete Kühlgaszuführung verbunden.For rapid condensation from the gas phase to transfer the vaporized solids into nanoscale particles, the downstream axial end of the process chamber may be connected to a cooling chamber forming a quench region. Connected to the cooling zone is a cooling gas feed arranged laterally or longitudinally with respect to the longitudinal axis of the process chamber.

Unabhängig von der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung wird eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer vorgeschlagen, die Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung und wenigstens einer Materialzuführung zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms in der Prozesskammer verbunden ist. Wenigstens eine erste Elektrode ist stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode ist stromabwärts angeordnet, wobei die Elektroden voneinander beabstandet sind und zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Die Elektroden bilden dabei eine erste Heizzone. Wenigstens eine der Elektroden umfasst eine Ringelektrode, in der eine Magnetführung in Umfangsrichtung ausgebildet ist. In der Magnetführung ist ein Magnet zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes beweglich angeordnet.Regardless of the electrode arrangement described above, a device for plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber is proposed which has electrodes for generating an arc and at least one gas supply and at least one material supply for generating a gas and material flow in the process chamber is connected. At least one first electrode is upstream and at least one second electrode is disposed downstream, the electrodes being spaced apart from each other and having different polarities to produce a first arc. The electrodes form a first heating zone. At least one of the electrodes comprises a ring electrode in which a magnetic guide is formed in the circumferential direction. In the magnetic guide, a magnet for generating a rotating magnetic field is arranged to be movable.

Die Konstruktion zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes, um ein Festbrennen der Lichtbögen an der Ringelektrode zu verhindern, wird somit sowohl zusammen mit der Anordnung der wenigstens drei Elektroden als auch unabhängig von dieser Anordnung offenbart und beansprucht. Diese Konstruktion kann bspw. mit herkömmlichen Elektrodensystemen verwendet werden, bei denen ein Festbrennen des Lichtbogens vermieden werden soll, um die Effizienz des Systems zu steigern.The construction for generating a circulating magnetic field to prevent burning of the arcs at the ring electrode is thus disclosed and claimed both together with the arrangement of the at least three electrodes and independently of this arrangement. This design can be used, for example, with conventional electrode systems where arcing of the arc is to be avoided to increase the efficiency of the system.

Gemäß einem weiteren nebengeordneten Aspekt beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer anzugeben, die Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung und wenigstens einer Materialzuführung zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms in der Prozesskammer verbunden ist. Dabei sind wenigstens eine erste Elektrode stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode stromabwärts voneinander beabstandet angeordnet, die zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens unterschiedliche Polaritäten aufweisen und eine erste Heizzone bilden. Die zweite Elektrode umfasst einen anodischen Teil und einen kathodischen Teil. Der anodische Teil bildet zur Erzeugung des ersten Lichtbogens mit der ersten Elektrode einen gemeinsamen ersten elektrischen Stromkreis, der von einem zweiten elektrischen Stromkreis galvanisch getrennt ist. Der zweite elektrische Stromkreis umfasst den kathodischen Teil und eine dritte Elektrode, die zur Erzeugung eines zweiten Lichtbogens stromabwärts beabstandet von dem kathodischen Teil angeordnet ist. Die dritte Elektrode bildet mit dem kathodischen Teil eine zweite Heizzone.According to a further independent aspect, the invention is based on the idea of specifying a device for plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber, the electrodes for generating an arc and is connected to at least one gas supply and at least one material supply for generating a gas and material flow in the process chamber. In this case, at least one first electrode upstream and at least one second electrode are arranged downstream of each other spaced apart, which have different polarities for generating a first arc and form a first heating zone. The second electrode includes an anodic portion and a cathodic portion. To produce the first arc with the first electrode, the anodic part forms a common first electrical circuit, which is galvanically isolated from a second electrical circuit. The second electrical circuit includes the cathodic portion and a third electrode disposed downstream of the cathodic portion for generating a second arc. The third electrode forms a second heating zone with the cathodic part.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert und beschrieben. Dabei zeigenThe invention will be explained and described below with reference to an embodiment shown in the drawing with further details. Show

1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels; 1 in a schematic representation of a longitudinal section of an embodiment of the invention;

2 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit Kühlbereich; 2 a schematic representation of a longitudinal section of another embodiment of the invention with cooling area;

3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme von SiO2 nanoskaligen Partikeln, die mit der Erfindung erzeugt wurden; und 3 an electron micrograph of SiO 2 nanoscale particles produced by the invention; and

4 eine weitere elektronenmikroskopische Aufnahme von SiO2 nanoskaligen Partikeln, die mit der Erfindung erzeugt wurden. 4 a further electron micrograph of SiO 2 nanoscale particles produced by the invention.

1 zeigt im Längsschnitt schematisch eine Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Artikel. Unter nanoskaligen Partikeln werden Feststoffe mit einer mittleren Korngröße von ca. 100 nm oder weniger verstanden. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass mit Hilfe der Vorrichtung größere Partikel hergestellt werden können. Die Messung der Korngröße kann durch an sich bekannte Messverfahren auf der Basis von Laserlichtstreuung erfolgen. 1 shows a longitudinal section schematically a device for plasma-based production of nanoscale article. Nanoscale particles are solids having a mean grain size of about 100 nm or less. It is not excluded that with the help of the device larger particles can be produced. The measurement of the grain size can be done by per se known measuring method based on laser light scattering.

Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, konkret einen Plasmabrenner, der allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist. In dem Plasmabrenner werden zugeführte feste Ausgangsstoffe aufgeschmolzen und verdampft. Die Kondensierung der in die Gasphase überführten Ausgangsstoffe erfolgt in einer Kühlzone, die in 2 dargestellt ist. Die Kühlzone 20 schließt sich an den Plasmabrenner 22 an und ist mit diesem verbunden derart, dass die im Plasmabrenner erzeugten Gase in die Kühlzone 20 überführbar und dort schnell abgekühlt werden können. Die Abkühlung erfolgt in an sich bekannter Weise durch schnelle Kondensation, so dass nanoskalige Partikel gebildet werden.The apparatus comprises means for generating a plasma, specifically a plasma torch, generally designated by the reference numeral 22 is designated. In the plasma torch supplied solid starting materials are melted and evaporated. The condensation of the gaseous phase transferred starting materials takes place in a cooling zone, which in 2 is shown. The cooling zone 20 joins the plasma torch 22 and is connected to it such that the gases generated in the plasma torch in the cooling zone 20 can be transferred and cooled down there quickly. The cooling is carried out in a conventional manner by rapid condensation, so that nanoscale particles are formed.

Bei dem Plasmabrenner 22 handelt es sich um einen Gleichstrom-Plasmabrenner mit Mehrfachelektroden. Die Elektroden 11, 12, 13 des Plasmabrenners 22 sind in Längsrichtung des Plasmabrenners 22 axial hintereinander angeordnet und bilden einen sandwichartigen Aufbau. Der sandwichartige Aufbau ergibt sich daraus, dass zwischen zwei in axialer Längsrichtung stromaufwärts und stromabwärts angeordneten Elektroden 11, 13 derselben Polarität eine weitere Elektrode 12 angeordnet ist, die eine andere Polarität aufweist. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand zwischen den in Längsrichtung des Plasmabrenners 22 unmittelbar nachgeordneten Elektroden relativ gering ist. Die Gesamtstrecke, die die Elektroden 11, 12, 13 abdecken, ist dagegen vergleichsweise lang. Wie in 1 dargestellt, setzt sich die Gesamtlänge des Plasmabereichs aus mehreren in Längsrichtung des Plasmabrenners 22 aufeinander folgende Lichtbögen A, B zusammen.At the plasma torch 22 it is a DC plasma torch with multiple electrodes. The electrodes 11 . 12 . 13 the plasma burner 22 are in the longitudinal direction of the plasma torch 22 arranged axially one behind the other and form a sandwich-like structure. The sandwich-type structure results from the fact that between two arranged in the axial longitudinal direction upstream and downstream electrodes 11 . 13 the same polarity another electrode 12 is arranged, which has a different polarity. This ensures that the distance between the longitudinal direction of the plasma torch 22 immediately downstream electrodes is relatively low. The total distance that the electrodes 11 . 12 . 13 Cover, however, is comparatively long. As in 1 shown, the total length of the plasma region is composed of several in the longitudinal direction of the plasma torch 22 consecutive arcs A, B together.

Durch den relativ kurzen Abstand der Elektroden jeweils eines Elektrodenpaares wird die Ausbildung der Einzellichtbögen erleichtert. Durch die Kombination der Einzellichtbögen A, B wird insgesamt eine relativ lange Prozessstrecke gebildet, in der die zugeführten festen Ausgangsstoffe aufschmelzen und verdampfen. Damit wird die Verweilzeit der Ausgangsstoffe in der heißen Reaktionszone verlängert.Due to the relatively short distance of the electrodes in each case one electrode pair, the formation of the individual light arcs is facilitated. As a result of the combination of the single-sheet sheets A, B, a relatively long process section is formed overall, in which the supplied solid starting materials melt and evaporate. This prolongs the residence time of the starting materials in the hot reaction zone.

Die alternierende Anordnung unterschiedlich polarisierbarer bzw. unterschiedlich polarisierter Elektroden ist erweiterbar. So können bspw. wenigstens 3, wenigstens 4, wenigstens 5 Elektroden usw. in Gasströmungsrichtung hintereinander angeordnet sein, die abwechselnd unterschiedlich polarisierbarer bzw. unterschiedlich polarisiert sind. Konkret kann der dritten Elektorde wenigstens eine vierte Elektrode mit anderer Polarität, insbesondere weitere Elektroden mit abwechselnden Polaritäten nachgeordnet sein.The alternating arrangement of differently polarizable or differently polarized electrodes is expandable. Thus, for example, at least 3, at least 4, at least 5 electrodes, etc., may be arranged one behind the other in the gas flow direction, which are alternately polarized differently or polarized differently. Specifically, the third Elektorde at least a fourth electrode with a different polarity, in particular further electrodes with alternating polarities be arranged downstream.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird die Elektrodenanordnung dadurch verwirklicht, dass am ersten Axialende 10a einer Prozesskammer 10, beispielsweise eines Quarz- oder Keramikzylinders, erste Elektroden 11, insbesondere mehrere Stabkathoden 11 angeordnet sind. Beispielsweise können zwei, drei, vier oder mehr Stabkathoden vorgesehen sein. Bevorzugt sind drei Stabkathoden 11. Die Stabkathoden 11 sind konzentrisch bezogen auf die Mittelachse der Prozesskammer 10 angeordnet. Die Stabkathoden 11 ragen am ersten Axialende 10a der Prozesskammer 10 in diese hinein. Die Stabkathoden 11 werden auch als Primärkathoden bezeichnet und können in an sich bekannter Weise bezogen auf die Mittelachse der Prozesskammer geneigt angeordnet sein. Die Stabkathoden 11 sind in einem Halter 23, insbesondere einem Keramikhalter befestigt, der mit einem Deckel 24 der Prozesskammer 10 verbunden ist. Der Deckel 24 schließt das erste Axialende 10a der Prozesskammer 10 gasdicht ab und weist mehrere Durchführungen sowohl für die Stabkathoden 11 als auch für eine Materialzuführung 15 auf.In the embodiment according to 1 the electrode arrangement is realized by the fact that at the first axial end 10a a process chamber 10 , For example, a quartz or ceramic cylinder, first electrodes 11 , in particular several rod cathodes 11 are arranged. For example, two, three, four or more rod cathodes may be provided. Three rod cathodes are preferred 11 , The rod cathodes 11 are concentric with respect to the central axis of the process chamber 10 arranged. The rod cathodes 11 protrude at the first axial end 10a of the process chamber 10 into this. The rod cathodes 11 are also referred to as primary cathodes and can be arranged inclined in a conventional manner with respect to the central axis of the process chamber. The rod cathodes 11 are in a holder 23 , in particular a ceramic holder fastened with a lid 24 the process chamber 10 connected is. The lid 24 closes the first axial end 10a the process chamber 10 gastight and has several bushings for both the rod cathodes 11 as well as for a material feed 15 on.

Die Materialzuführung 15 ist mittig bzw. zentral bezogen auf den Durchmesser der Prozesskammer 10 bzw. die Anordnung der Stabkathoden 11 angeordnet. Die Materialzuführung 15 umfasst ein Rohr, dessen Mittelachse mit der Mittelachse der Prozesskammer 10 fluchtet. Dies gilt zumindest für den deckelnahen Bereich des Rohres. Das Rohr der Materialzuführung 15 mündet etwas oberhalb, d. h. stromaufwärts von den Stabkathoden 11 in die Prozesskammer 10. Dadurch können die Ausgangsstoffe zentrisch und unmittelbar vor den bezogen auf die übrigen Elektroden stromaufwärts geschalteten Kathoden zugeführt werden. Dadurch wird eine Optimierung der Verweilzeiten der Ausgangsstoffe in oder zumindest in der Nähe der Plasmafackel bzw. der Lichtbögen erreicht, wodurch der Umsatz im Vergleich zu bekannten Verfahren weiter verbessert wird. Die Materialzuführung 15 bildet somit den Mittelpunkt der konzentrisch um die Materialzuführung 15 herum angeordneten Stabkathoden 11.The material feed 15 is centrally or centrally based on the diameter of the process chamber 10 or the arrangement of the rod cathodes 11 arranged. The material feed 15 comprises a tube whose central axis coincides with the central axis of the process chamber 10 flees. This applies at least to the area of the tube near the lid. The tube of the material supply 15 opens slightly above, ie upstream of the rod cathodes 11 in the process chamber 10 , As a result, the starting materials can be supplied centrically and immediately before the cathodes which are connected upstream in relation to the other electrodes. As a result, an optimization of the residence times of the starting materials in or at least in the vicinity of the plasma torch or the arcs is achieved, whereby the conversion is further improved compared to known methods. The material feed 15 thus forms the center of concentric around the material feed 15 arranged around rod cathodes 11 ,

Die Stabkathoden 11 weisen eine Wasserkühlung 25 auf, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Stabelektrode 11 erstreckt.The rod cathodes 11 have a water cooling 25 which extends substantially in the longitudinal direction of the respective rod electrode 11 extends.

Die Gaszuführung 14 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in die erste Elektrode 11, d. h. in die Stabkathode integriert. Dazu ist die Gaszuführung 14 mit dem Keramikhalter 23 verbunden und angeordnet derart, dass das Gas durch den Deckel 24 in die Prozesskammer 10 geleitet wird. Dabei umströmt das Gas die Stabkathode 11 und wird zur Erzeugung des Plasmas in an sich bekannter Weise durch den Lichtbogen A ionisiert. Dabei umströmt das Gas die Stabkathoden 11.The gas supply 14 is in the embodiment according to 1 into the first electrode 11 , ie integrated into the rod cathode. This is the gas supply 14 with the ceramic holder 23 connected and arranged such that the gas through the lid 24 in the process chamber 10 is directed. The gas flows around the rod cathode 11 and is ionized to generate the plasma in a conventional manner by the arc A. The gas flows around the rod cathodes 11 ,

Alternativ kann das Gas auch direkt in die Prozesskammer 10 eingeleitet werden. Beispielsweise kann die Gaszuführung 14 tangential in die Prozesskammer 10, insbesondere in das obere Axialende 10a der Prozesskammer 10 münden. Durch das tangentiale Einleiten des Gases in die Prozesskammer 10 wird erreicht, dass das Gas eine bevorzugte Strömungsrichtung einnimmt, wodurch die Prozessführung stabilisiert wird. Dies gilt für alle Ausführungsbeispiele der Erfindung.Alternatively, the gas can also go directly into the process chamber 10 be initiated. For example, the gas supply 14 tangential in the process chamber 10 , in particular in the upper axial end 10a the process chamber 10 lead. By the tangential introduction of the gas into the process chamber 10 is achieved that the gas assumes a preferred flow direction, whereby the process control is stabilized. This applies to all embodiments of the invention.

Den Stabkathoden 11 ist eine weitere Elektrode, insbesondere eine Ringanode 12, in Richtung der Gasströmung stromabwärts nachgeordnet. Wie in 1, 2 zu erkennen, werden zwischen den Stabkathoden 11 und der Ringanode 12 mehrere Lichtbögen 10 aufgespannt. Die Ringanode 12 weist eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung 26 auf. Stromabwärts von der Ringanode 12 bzw. der zweiten Elektrode ist eine dritte Elektrode 13 angeordnet, die dieselbe Polarität wie die erste Elektrode 11 aufweist.The rod cathodes 11 is another electrode, in particular a ring anode 12 downstream downstream of the gas flow. As in 1 . 2 to be recognized, between the rod cathodes 11 and the ring anode 12 several arcs 10 clamped. The ring anode 12 has a cooling, in particular a water cooling 26 on. Downstream of the ring anode 12 or the second electrode is a third electrode 13 arranged the same polarity as the first electrode 11 having.

Bei der dritten Elektrode 13 handelt es sich somit um eine Kathode, insbesondere um eine Ringkathode.At the third electrode 13 it is thus a cathode, in particular a ring cathode.

Im Betrieb der Anlage wird zwischen der zweiten und der dritten Elektrode, also zwischen der Ringanode und der Ringkathode 12, 13 ein zusätzlicher Lichtbogen B aufgespannt, wodurch sich die gesamte Heizzone signifikant verlängert. Konkret umfasst die gesamte Heizzone eine erste Heizzone 16a zwischen den Stabkathoden 11 und der Ringanode 12 und eine zweite Heizzone 16b zwischen der Ringanode 12 und der Ringkathode 13. Die mittlere Ringanode 12 wirkt also sowohl mit den stromaufwärts angeordneten Stabkathoden 11 als auch mit der stromabwärts angeordneten Ringkathode 13 zusammen und erzeugt jeweils mit den entsprechenden Kathoden einen bzw. mehrere Lichtbögen.In the operation of the system is between the second and the third electrode, ie between the ring anode and the ring cathode 12 . 13 an additional arc B spanned, which significantly extends the entire heating zone. Specifically, the entire heating zone comprises a first heating zone 16a between the rod cathodes 11 and the ring anode 12 and a second heating zone 16b between the ring anode 12 and the ring cathode 13 , The middle ring anode 12 So it works with both the upstream rod cathodes 11 as well as with the downstream arranged cathode 13 together and generates each with the corresponding cathodes one or more arcs.

Die stromabwärts angeordnete Ringkathode 13 weist ähnlich wie die Ringanode 12 eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung 27 auf. Die Wasserkühlung 27 der Ringkathode 13 bildet einen Kanal, insbesondere einen ringförmigen Kanal, der im Bereich des stromaufwärts gelegenen Axialendes der Ringkathode 13 angeordnet ist. Der Kanal der Wasserkühlung 27 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Ringkathode 13.The downstream ring cathode 13 has similar to the ring anode 12 a cooling, in particular a water cooling 27 on. The water cooling 27 the ring cathode 13 forms a channel, in particular an annular channel, in the region of the upstream axial end of the ring cathode 13 is arranged. The channel of water cooling 27 extends substantially over the entire width of the ring cathode 13 ,

Die Wasserkühlung 26 der Ringanode 12 umfasst eine Doppelkammer, die jeweils einen ringförmigen Kanal bildet und konzentrisch in Umfangsrichtung der Ringanode 12 angeordnet ist. Die beiden Kammern der Wasserkühlung 26 sind in Längsrichtung der Prozesskammer 10 angeordnet und durch eine mittige Trennscheibe 28 voneinander getrennt. Durch die Doppelkammer der Wasserkühlung 26 wird erreicht, dass die Ringanode 12 sowohl im Bereich der Lichtbögen A mit den Stabkathoden 11 als auch im Bereich des Lichtbogens B mit der Ringkathode 13 gekühlt wird.The water cooling 26 the ring anode 12 comprises a double chamber, each forming an annular channel and concentric in the circumferential direction of the annular anode 12 is arranged. The two chambers of water cooling 26 are in the longitudinal direction of the process chamber 10 arranged and through a central cutting disc 28 separated from each other. Through the double chamber of water cooling 26 is achieved that the ring anode 12 both in the area of the arcs A with the rod cathodes 11 as well as in the area of the arc B with the ring cathode 13 is cooled.

Ein weiteres Merkmal der Vorrichtung gemäß 1 ist das Mittel 17 zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes an den Ringelektroden 12, 13. Die nachfolgend beschriebene Ausgestaltung des Mittels 17 zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes wird sowohl im Zusammenhang mit der sandwichartigen Elektrodenanordnung gemäß 1, 2 zur Erzeugung eines verlängerten Reaktionsbereiches, als auch unabhängig davon beschrieben und beansprucht. Die nachfolgend beschriebene Ausgestaltung kann deshalb auch unabhängig von der sandwichartigen Elektrodenanordnung, also auch mit an sich bekannten Ringelektroden in Plasmabrennern im Rahmen der Erfindung verwendet werden.Another feature of the device according to 1 is the means 17 for generating a rotating magnetic field at the ring electrodes 12 . 13 , The embodiment of the means described below 17 for generating a rotating magnetic field is associated with both sandwich-type electrode assembly according to 1 . 2 for generating an extended reaction region, as well as independently described and claimed. The configuration described below can therefore also be used independently of the sandwich-type electrode arrangement, that is to say also with ring electrodes known per se in plasma torches within the scope of the invention.

Der Grundaufbau des Mittels 17 zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes ist bei der Ringanode 12 und der Ringkathode 13 ähnlich. In beiden Fällen ist eine Magnetführung 19 vorgesehen, in der wenigstens ein Magnet, beispielsweise ein kugelförmiger oder ein scheibenförmiger Magnet 18 beweglich angeordnet ist. Der Antrieb des Magnetes 18, d. h. die Kraft, mit der der Magnet 18 in der Magnetführung 19 bewegt wird, wird hydraulisch erzeugt. Dazu ist die Magnetführung 19 mit einem Fluidkreislauf verbunden, durch den in der Magnetführung 19 eine Fluidströmung eingestellt werden kann, die den Magnet 18 mitnimmt und diesen entlang der Magnetführung 19 bewegt.The basic structure of the agent 17 for generating a circulating magnetic field is at the ring anode 12 and the ring cathode 13 similar. In both cases is a magnetic guide 19 provided in the at least one magnet, for example a spherical or a disk-shaped magnet 18 is movably arranged. The drive of the magnet 18 ie the force with which the magnet is 18 in the magnetic guide 19 is moved, is generated hydraulically. This is the magnetic guide 19 connected to a fluid circuit through which in the magnetic guide 19 a fluid flow can be adjusted, which is the magnet 18 takes along and this along the magnetic guide 19 emotional.

Die Magnetführung 19 ist ringförmig in Umfangsrichtung der Ringanode bzw. Ringkathode angeordnet. Durch Bewegen des Magneten 18 in der Magnetführung 19 wird ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt, das ein Festbrennen der Lichtbögen A bzw. des Lichtbogens B an der Ringanode 12 bzw. der Ringkathode 13 verhindert. Der Fluidkreislauf kann als gesonderter Kreislauf mit einer eigenen Pumpe und Steuerung ausgebildet sein. Alternativ kann der Fluidkreislauf zum Antrieb des Magneten 18 mit dem Kühlkreislauf der Ringelektroden 12, 13 verbunden sein. Dies bedeutet, dass die Wasserkühlung 26, 27 der zweiten und dritten Elektrode 12, 13 gleichzeitig den Magnet 18 in der Magnetführung 19 antreibt.The magnetic guide 19 is arranged annularly in the circumferential direction of the annular anode or cathode. By moving the magnet 18 in the magnetic guide 19 a circulating magnetic field is generated which causes a burning of the arcs A and of the arc B at the ring anode 12 or the ring cathode 13 prevented. The fluid circuit can be designed as a separate circuit with its own pump and controller. Alternatively, the fluid circuit for driving the magnet 18 with the cooling circuit of the ring electrodes 12 . 13 be connected. This means that the water cooling 26 . 27 the second and third electrodes 12 . 13 at the same time the magnet 18 in the magnetic guide 19 drives.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale der Magnetfelderzeugung können für die Ringanode und/oder die Ringkathode verwirklicht sein.The above-described characteristics of the magnetic field generation can be realized for the ring anode and / or the ring cathode.

Konkret ist die Magnetführung 19 der Ringanode 12 radial außen angeordnet und bildet einen Kanal, der in axialer Richtung der Ringanode 12 im Wesentlichen mittig angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Kanal der Magnetführung 19 mittig bezogen auf die Trennscheibe 28 angeordnet ist. Insgesamt ist die Ringanode 12 im Wesentlichen symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch aufgebaut. Eine andere Anordnung der Magnetführung 19, beispielsweise radial weiter innen, ist möglich. Durch die symmetrische Anordnung der Magnetführung 19 wird erreicht, dass der in der Magnetführung 19 angeordnete Magnet 18 gleichermaßen auf die Lichtbögen A zwischen den Stabkathoden 11 und der Ringanode 12 und auf den Lichtbogen B zwischen der Ringanode 12 und der Ringkathode 13 wirkt.Specifically, the magnetic guide 19 the ring anode 12 arranged radially outside and forms a channel, in the axial direction of the ring anode 12 is arranged substantially centrally. This means that the channel of the magnetic guide 19 centered on the cutting disc 28 is arranged. Overall, the ring anode 12 essentially symmetrical, in particular rotationally symmetrical. Another arrangement of the magnetic guide 19 , For example, radially further inside, is possible. Due to the symmetrical arrangement of the magnetic guide 19 is achieved that in the magnetic guide 19 arranged magnet 18 equally to the arcs A between the rod cathodes 11 and the ring anode 12 and on the arc B between the ring anode 12 and the ring cathode 13 acts.

Die Magnetführung 19 der Ringkathode 13 bildet einen Kanal, der im Bereich des stromabwärts (bezogen auf die Gasströmung) gelegenen Axialendes der Ringkathode 13 angeordnet ist. Eine andere Anordnung bzw. Ausbildung des Kanals der Magnetführung 19 ist möglich.The magnetic guide 19 the ring cathode 13 forms a channel which is in the region of the downstream (relative to the gas flow) located Axialendes the ring cathode 13 is arranged. Another arrangement or training of the channel of the magnetic guide 19 is possible.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, 2 wird durch die rotierenden Magneten eine Fixierung der Fuß- und/oder Startpunkte der Lichtbögen verhindert. Dies hat den Vorteil, dass die an der Wand der Elektroden entstehende Wärme gleichmäßig abgeführt wird und niedrig schmelzende Materialien, beispielsweise Kupfer oder Messing zur Herstellung der Elektroden verwendet werden können.In the embodiment according to 1 . 2 The fixation of the foot and / or starting points of the arcs is prevented by the rotating magnets. This has the advantage that the heat generated at the wall of the electrodes is dissipated uniformly and low-melting materials, such as copper or brass can be used for the preparation of the electrodes.

Wie in 2 dargestellt, schließt sich an den Plasmabrenner 22 eine Kühlzone 20 mit einer Kühlgaszuführung 21 an. Die Kühlgaszuführung 21 ist bei dem Beispiel gemäß 2 seitlich angeordnet. Alternativ können die Kühlgase auch axial zugeführt werden. Die Kühlzone 20 ist in an sich bekannter Weise mit einem Kollektor (nicht dargestellt) verbunden.As in 2 shown, joins the plasma torch 22 a cooling zone 20 with a cooling gas supply 21 at. The cooling gas supply 21 is in the example according to 2 arranged laterally. Alternatively, the cooling gases can also be supplied axially. The cooling zone 20 is connected in a conventional manner with a collector (not shown).

Die Vorrichtung gemäß 1 funktioniert wie folgt:
In der Prozesskammer wird zwischen den ersten und zweiten unterschiedlich polarisierten Elektroden, d. h. zwischen den Stabkathoden 11 und der Ringanode 12 ein erster Lichtbogen A zur Bildung einer ersten Heizzone 16a aufgespannt. Die erste Heizzone 16a wird durch eine zweite Heizzone 16b bzw. durch Kombination mit einer zweiten Heizzone 16b verlängert. Dazu wird ein zweiter Lichtbogen B zwischen der mittleren zweiten Elektroden 16, d. h. zwischen der Ringanode 12 und einer weiteren dritten in Richtung der Gasströmung stromabwärts angeordneten Elektrode 13, d. h. der Ringkathode 13 aufgespannt. Der erste und zweite Lichtbogen A, B brennen gleichzeitig, so dass insgesamt eine aus der ersten und zweiten Heizzone A, B kombinierte verlängerte Heizzone gebildet wird. In die Heizzone wird im Bereich der Stabkathoden 11, konkret unmittelbar vor den Stabkathoden 11 das zu verdampfende fest Ausgangsmaterial durch eine Materialzuführung 15 in die Prozesskammer 10 eingeleitet. Außerdem wird an den Stabkathoden 11 vorbei ein Prozessgas durch die Gaszuführung 14 in die Prozesskammer 10 zugeführt, das im Bereich der ersten und zweiten Heizzone 16a, 16b das Plasma bildet. Im Plasma wird das feste Ausgangsmaterial verdampft und zwar sowohl in der ersten Heizzone 16a als auch in der zweiten Heizzone 16b, die gleichzeitig gebildet werden. Durch die verlängerte Gesamtheizzone wird die Verweilzeit der Ausgangsstoffe in der Heizzone verlängert.
The device according to 1 works as follows:
In the process chamber is between the first and second differently polarized electrodes, ie between the rod cathodes 11 and the ring anode 12 a first arc A for forming a first heating zone 16a clamped. The first heating zone 16a is through a second heating zone 16b or by combination with a second heating zone 16b extended. For this purpose, a second arc B between the middle second electrodes 16 ie between the ring anode 12 and another third electrode arranged downstream in the direction of gas flow 13 ie the ring cathode 13 clamped. The first and second arcs A, B burn at the same time, so that a total of one of the first and second heating zone A, B combined extended heating zone is formed. In the heating zone is in the field of rod cathodes 11 , specifically immediately before the rod cathodes 11 the solid starting material to be evaporated through a material feed 15 in the process chamber 10 initiated. In addition, on the rod cathodes 11 passing a process gas through the gas supply 14 in the process chamber 10 fed in the area of the first and second heating zone 16a . 16b the plasma forms. In the plasma, the solid starting material is evaporated, both in the first heating zone 16a as well as in the second heating zone 16b which are formed at the same time. The extended overall heating zone prolongs the residence time of the starting materials in the heating zone.

Die vorstehend im Zusammenhang mit der Herstellung von nanoskaligen Partikeln beschriebene Vorrichtung bzw. das beschriebene Verfahren kann zur Herstellung von Dünnschichten durch Kondensation der Gasphase an Oberflächen verwendet werden.The apparatus described above in connection with the production of nanoscale particles or the method described can be used for the production of thin films by condensation of the gas phase on surfaces.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gemäß 1, 2 hergestellte Nano-Partikel sind in den 3, 4 dargestellt. Derartige Nano-Partikel bzw. Nano-Schichten finden Anwendung in der Solarbranche, Mikroelektronik, Umwelttechnik, in der Herstellung von Lithium-Ionenbatterien, als Sinterzusätze oder als neuartige Kraftstoffe.With the device described above according to 1 . 2 manufactured nano-particles are in the 3 . 4 shown. Such nano-particles or nano-layers are used in the solar industry, microelectronics, environmental technology, in the production of lithium-ion batteries, as sintering additives or as novel fuels.

Nicht zeichnerisch dargestellt ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen. Die Vorrichtung gemäß diesem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und unterscheidet sich lediglich im Aufbau der Prozesskammer 10. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Prozesskammer 10 zwischen den Elektroden 11, 12, 13 durch wassergekühlte, elektrisch isolierte Metallzylinder bzw. Metalltrichter begrenzt ist. Das obere Axialende 10a der Prozesskammer 10 umfasst ein konisch zulaufendes, doppelwandiges Metallrohr, das durch hitzebeständige elektrische Isolatoren elektrisch von den Elektroden 11, 12, insbesondere den Stabkathoden 11 und der Ringanode 12, getrennt ist. Das konusförmige Metallrohr umfasst einen Kühlwasserzulauf und einen Kühlwasserrücklauf. Durch den Kühlwasserzulauf strömt Kühlwasser in das Metallrohr ein, umspült dabei die Prozesskammer 10, insbesondere das obere Axialende 10a der Prozesskammer 10, und tritt durch den Kühlwasserrücklauf aus dem Metallrohr aus. Auf diese Weise wird das Metallrohr gekühlt. Die Trichterfrom bzw. die konusartige Form des Metallrohrs bildet einen Übergang von der Gaszuführung 14 der Stabkathoden 11 zum kreiszylindrischen Prozesskammerabschnitt, der durch die Ringelektrode 12 vorgegeben ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Metallrohr an einem unteren Ende, das der Ringanode 12 zugewandt ist, einen Öffnungsdurchmesser aufweist, der dem Öffnungsdurchmesser der Ringanode 12 entspricht. Das konusförmige bzw. trichterförmige, doppelwandige Metallrohr begrenzt im Wesentlichen die erste Heizzone 16a in der Prozesskammer 10.Not shown in the drawing is a further embodiment of the device according to the invention for plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces. The device according to this embodiment, not shown, substantially corresponds to the embodiment according to 1 and differs only in the structure of the process chamber 10 , In particular, it is provided that the process chamber 10 between the electrodes 11 . 12 . 13 is limited by water-cooled, electrically insulated metal cylinder or metal funnel. The upper axial end 10a the process chamber 10 comprises a tapered, double-walled metal tube, electrically insulated from the electrodes by heat-resistant electrical insulators 11 . 12 , in particular the rod cathodes 11 and the ring anode 12 , is separated. The cone-shaped metal tube comprises a cooling water inlet and a cooling water return. Through the cooling water inlet, cooling water flows into the metal pipe, while it flows around the process chamber 10 , in particular the upper axial end 10a the process chamber 10 , and exits through the cooling water return from the metal tube. In this way, the metal tube is cooled. The funnelfrom or the cone-like shape of the metal tube forms a transition from the gas supply 14 the rod cathodes 11 to the circular cylindrical process chamber section passing through the ring electrode 12 is predetermined. In particular, it is provided that the metal tube at a lower end, that of the annular anode 12 facing, having an opening diameter, the opening diameter of the annular anode 12 equivalent. The conical or funnel-shaped, double-walled metal tube essentially delimits the first heating zone 16a in the process chamber 10 ,

Die zweite Heizzone 16b in der Prozesskammer 10 ist zwischen der Ringanode 12 und der Ringkathode 13 angeordnet und durch einen Metallzylinder begrenzt. Der Metallzylinder ist wie das konusförmige Metallrohr doppelwandig ausgebildet und mit einem Kühlwasserzulauf und einem Kühlwasserrücklauf versehen. Der Metallzylinder weist einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Ringanode 12 bzw. der Ringkathode 13 entspricht. An den axialen Enden des Metallzylinders sind elektrische Isolatoren angeordnet, die eine elektrische Trennung zwischen dem Metallzylinder und den Ringelektroden 12, 13 bewerkstelligen. Das konusförmige Metallrohr der ersten Heizzone 16a und der Metallzylinder der zweiten Heizzone 16b können einen gemeinsamen Kühlwasserkreislauf umfassen. Alternativ kann sowohl für das Metallrohr, als auch für den Metallzylinder jeweils ein getrennter Kühlwasserkreislauf vorgesehen sein. Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Magnetführungen 19 als Wasserführungen bzw. als Kühlleitungen zu nutzen, so dass auch die Ringelektroden 12, 13 kühlbar sind. Insbesondere können die Magnetführungen 19 mit einem Kühlwasserzulauf und einem Kühlwasserrücklauf verbunden sein, so dass Kühlwasser durch die Ringelektroden 12, 13 strömen kann. Ein zusätzliches Leitungssystem zur Kühlung der Ringelektroden 12, 13 wird auf diese Weise vermieden. Konkret können die Wasserkühlungen 26, 27 der zweiten Elektrode 12 und der dritten Elektrode 13 und die jeweiligen Magnetführungen 19 in einem einzigen Bauteil vereint sein. Eine Trennscheibe 28, wie bei der zweiten Elektrode 12 bzw. der Ringanode 12 vorgesehen ist, kann dann entfallen. Die Kühlung der Elektroden 12, 13 erfolgt in diesem Fall direkt durch das Hindurchleiten von Kühlwasser durch die Magnetführungen 19. Vorgenanntes gilt für alle Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Trennscheibe 28 ist daher optional.The second heating zone 16b in the process chamber 10 is between the ring anode 12 and the ring cathode 13 arranged and bounded by a metal cylinder. The metal cylinder is like the cone-shaped metal tube double-walled and provided with a cooling water inlet and a cooling water return. The metal cylinder has an inner diameter which is substantially equal to the inner diameter of the annular anode 12 or the ring cathode 13 equivalent. At the axial ends of the metal cylinder electrical insulators are arranged, which provide an electrical separation between the metal cylinder and the ring electrodes 12 . 13 accomplish. The cone-shaped metal tube of the first heating zone 16a and the metal cylinder of the second heating zone 16b may include a common cooling water circuit. Alternatively, both for the metal tube, as well as for the metal cylinder each have a separate cooling water circuit can be provided. In addition, it can be provided, the magnetic guides 19 to use as water ducts or as cooling lines, so that the ring electrodes 12 . 13 are coolable. In particular, the magnetic guides 19 be connected to a cooling water inlet and a cooling water return, so that cooling water through the ring electrodes 12 . 13 can flow. An additional line system for cooling the ring electrodes 12 . 13 is avoided in this way. Specifically, the water cooling can 26 . 27 the second electrode 12 and the third electrode 13 and the respective magnetic guides 19 be united in a single component. A cutting disc 28 as with the second electrode 12 or the ring anode 12 is provided, can then be omitted. The cooling of the electrodes 12 . 13 takes place in this case directly by the passage of cooling water through the magnetic guides 19 , The aforementioned applies to all embodiments of the device according to the invention. The cutting disc 28 is therefore optional.

Es ist möglich, dass die elektrisch leitenden Eigenschaften des konusförmige Metallrohrs und des Metallzylinders zur zusätzlichen Steuerung der Lichtbögen in der Prozesskammer 10 genutzt werden. Insbesondere kann in das konusförmige Metallrohr und/oder den Metallzylinder von außerhalb ein Strom induziert werden, so dass die Ausbildung der Lichtbögen A, B beeinflussbar ist. Hierzu können beispielsweise geeignete Magnetspulen zum Einsatz kommen.It is possible that the electrically conductive properties of the cone-shaped metal tube and the metal cylinder for additional control of the arcs in the process chamber 10 be used. In particular, a current can be induced in the conical metal tube and / or the metal cylinder from outside, so that the formation of the arcs A, B can be influenced. For this purpose, for example, suitable magnetic coils can be used.

Mögliche Verschaltungsvarianten für die Ausbildung der elektrischen Stromkreise zwischen den einzelnen Elektroden 11, 12, 13 sehen vor, dass die ersten Elektroden 11, die stabförmig ausgebildet sind, mit der zweiten Elektrode 12 einen gemeinsamen ersten Stromkreis 40 bilden, wobei die ersten Elektroden 11 als Kathoden und die zweite Elektrode 12 als Anode ausgebildet sind. Ferner ist in derartigen Varianten vorgesehen, dass zwischen der zweiten Elektrode 12 und der dritten Elektrode 13 ein zweiter elektrischer Stromkreis gebildet ist.Possible wiring options for the formation of electrical circuits between the individual electrodes 11 . 12 . 13 Foresee that the first electrodes 11 , which are rod-shaped, with the second electrode 12 a common first circuit 40 form, wherein the first electrodes 11 as cathodes and the second electrode 12 are formed as an anode. Furthermore, it is provided in such variants that between the second electrode 12 and the third electrode 13 a second electrical circuit is formed.

Eine Variante sieht vor, dass die dritte Elektrode 13 als Kathode ausgebildet ist, wobei die zweite Elektrode 12 als Anode wirkt. Die zweite Elektrode 12 bildet dabei sowohl für den ersten Stromkreis, als auch für den zweiten Stromkreis eine Anode. Vorzugsweise ist die zweite Elektrode 12 zweigeteilt und umfasst einen ersten anodischen Teil und einen zweiten anodischen Teil, wobei der erste anodische Teil und der zweite Anodische Teil galvanisch voneinander getrennt sind. Der erste anodische Teil ist dem ersten Stromkreis und der zweite anodische Teil dem zweiten Stromkreis zugeordnet.A variant provides that the third electrode 13 is formed as a cathode, wherein the second electrode 12 acts as an anode. The second electrode 12 forms an anode for both the first circuit and the second circuit. Preferably, the second electrode 12 is divided into two parts and comprises a first anodic part and a second anodic part, wherein the first anodic part and the second anodic part are galvanically separated from each other. The first anodic part is associated with the first circuit and the second anodic part with the second circuit.

Bei einer alternativen Variante ist hingegen vorgesehen, dass die dritte Elektrode 13 eine Anode bildet. Dabei ist die zweite Elektrode 12 zweigeteilt und umfasst einen anodischen Teil 12a und einen kathodischen Teil 12b. Der anodische Teil 12a und der kathodische Teil 12b sind galvanisch voneinander getrennt. Der anodische Teil 12a ist dem ersten Stromkreis und der kathodische Teil 12b dem zweiten Stromkreis zugeordnet. In einer Ausführung, bei dem die Elektroden 11, 12, 13 derart polarisiert sind, dass im ersten Stromkreis die ersten Elektroden 11 kathodisch und die zweite Elektrode 12, insbesondere der anodische Teil 12a, anodisch geschaltet sind. Im zweiten Stromkreis, der von dem ersten Stromkreis galvanisch getrennt ist, kann die zweite Elektrode 12, insbesondere der kathodische Teil 12b, kathodisch und die dritte Elektrode 13 anodisch geschaltet sein.In an alternative variant, however, it is provided that the third electrode 13 forms an anode. Here is the second electrode 12 divided into two parts and includes an anodic part 12a and a cathodic part 12b , The anodic part 12a and the cathodic part 12b are galvanically separated from each other. The anodic part 12a is the first circuit and the cathodic part 12b assigned to the second circuit. In an embodiment in which the electrodes 11 . 12 . 13 are polarized such that in the first circuit, the first electrodes 11 cathodic and the second electrode 12 , especially the anodic part 12a , are connected anodically. In the second circuit, which is galvanically isolated from the first circuit, the second electrode 12 , especially the cathodic part 12b , cathodic and the third electrode 13 be connected anodically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Prozesskammerprocess chamber
10a, 10b10a, 10b
Axialenden der ProzesskammerAxial ends of the process chamber
1111
erste Elektrode, Stabkathodefirst electrode, rod cathode
1212
zweite Elektrode, Ringanodesecond electrode, ring anode
12a12a
anodischer Teilanodic part
12b12b
kathodischer Teilcathodic part
1313
dritte Elektrode, Ringkathodethird electrode, ring cathode
1414
Gaszuführunggas supply
1515
Materialzuführungmaterial supply
16a16a
erste Heizzonefirst heating zone
16b16b
zweite Heizzonesecond heating zone
1717
Mittel zur Erzeugung eines MagnetfeldesMeans for generating a magnetic field
1818
Magnetmagnet
1919
Magnetführungmagnetic guide
2020
Kühlzonecooling zone
2121
KühlgaszuführungCooling gas supply
2222
Plasmabrennerplasma torch
2323
Halterholder
2424
Deckelcover
2525
Wasserkühlung erste ElektrodeWater cooling first electrode
2626
Wasserkühlung zweite ElektrodeWater cooling second electrode
2727
Wasserkühlung dritte ElektrodenWater cooling third electrodes
2828
Trennscheibecutting wheel
AA
erster Lichtbogenfirst arc
BB
zweiter Lichtbogensecond arc
CC
Materialstrommaterial flow

Claims (11)

Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer 10, die Elektroden (11, 12, 13) zur Erzeugung eines Lichtbogens A, B aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung (14) und wenigstens einer Materialzuführung (15) zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms C in der Prozesskammer (10) verbunden ist, wobei wenigstens eine erste Elektrode (11) stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode (12) stromabwärts voneinander beabstandet angeordnet sind, die zur Erzeugung eines ersten Lichtbogens A unterschiedliche Polaritäten aufweisen und eine erste Heizzone (16a) bilden und wenigstens eine dritte Elektrode (13) mit derselben Polarität wie die erste Elektrode (11) stromabwärts von der zweiten Elektrode (12) angeordnet ist derart, dass zwischen der zweiten und dritten Elektrode (12, 13) ein zweiter Lichtbogen B erzeugbar ist und die zweite und dritte Elektrode (12, 13) eine zweite Heizzone (16b) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelektroden jeweils Mittel (17) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes aufweisen, wobei das Mittel (17) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes wenigstens einen Magnet (18) und eine Magnetführung (19) aufweist, die in der Ringelektrode in Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei der Magnet (18) beweglich in der Magnetführung (19) angeordnet ist.Device for plasma-based production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber 10 , the electrodes ( 11 . 12 . 13 ) for generating an arc A, B and having at least one gas supply ( 14 ) and at least one material feeder ( 15 ) for generating a gas and material flow C in the process chamber ( 10 ), at least one first electrode ( 11 ) upstream and at least one second electrode ( 12 ) are arranged spaced apart downstream, which have different polarities for generating a first arc A and a first heating zone ( 16a ) and at least one third electrode ( 13 ) with the same polarity as the first electrode ( 11 ) downstream of the second electrode ( 12 ) is arranged such that between the second and third electrodes ( 12 . 13 ) a second arc B can be generated and the second and third electrodes ( 12 . 13 ) a second heating zone ( 16b ), characterized in that the ring electrodes each comprise means ( 17 ) for generating a circulating magnetic field, wherein the means ( 17 ) for generating a rotating magnetic field at least one magnet ( 18 ) and a magnetic guide ( 19 ) which are formed in the ring electrode in the circumferential direction, wherein the magnet ( 18 ) movable in the magnetic guide ( 19 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (11) wenigstens eine Stabelektrode, insbesondere mehrere konzentrisch angeordnete Stabelektroden und die zweite und dritte Elektrode (12, 13) jeweils eine Ringelektrode umfassen, wobei zumindest die Ringelektroden koaxial angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the first electrode ( 11 ) at least one rod electrode, in particular a plurality of concentrically arranged rod electrodes and the second and third electrodes ( 12 . 13 ) each comprise a ring electrode, wherein at least the ring electrodes are arranged coaxially. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (11) wenigstens eine Kathode, insbesondere eine Stabkathode, die zweite Elektrode (12) eine Anode, insbesondere eine Ringanode, und die dritte Elektrode (13) eine Kathode, insbesondere eine Ringkathode umfassen.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first electrode ( 11 ) at least one cathode, in particular a rod cathode, the second electrode ( 12 ) an anode, in particular a ring anode, and the third electrode ( 13 ) comprise a cathode, in particular a ring cathode. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzuführung (15) mittig an einem ersten Axialende (10a) der Prozesskammer (10) in diese mündet derart, dass der Materialstrom C in axialer Längsrichtung in die Prozesskammer (10) einleitbar ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material supply ( 15 ) centrally at a first axial end ( 10a ) of the process chamber ( 10 ) in this opens such that the material flow C in the axial longitudinal direction in the process chamber ( 10 ) can be introduced. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (14) in die erste Elektrode (11), insbesondere in die Stabelektrode integriert ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gas supply ( 14 ) into the first electrode ( 11 ), in particular integrated in the rod electrode. Vorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (18) kugelförmig oder scheibenförmig ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet ( 18 ) is spherical or disc-shaped. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (19) für den Antrieb des Magneten (18) mit einem Fluidkreislauf, insbesondere einem Wasserkreislauf, verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Leadership ( 19 ) for driving the magnet ( 18 ) is connected to a fluid circuit, in particular a water circuit. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreislauf in den Kühlkreislauf zur Kühlung der Elektroden integriert ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the fluid circuit is integrated into the cooling circuit for cooling the electrodes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärts angeordnete zweite Axialende (10b) der Prozesskammer (10) mit einer Kühlzone (20) verbunden ist, die einen Quenchbereich bildet und mit einer bezogen auf die Längsachse der Prozesskammer (10) seitlichen oder längsaxialen Kühlgaszuführung (21) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the downstream arranged second axial end ( 10b ) of the process chamber ( 10 ) with a cooling zone ( 20 ), which forms a quench area and with respect to the longitudinal axis of the process chamber ( 10 ) lateral or longitudinal axial cooling gas supply ( 21 ) connected is. Vorrichtung zur plasmagestützten Herstellung nanoskaliger Partikel und/oder zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Prozesskammer (10), die Elektroden (11, 12, 13) zur Erzeugung eines Lichtbogens A, B aufweist und mit wenigstens einer Gaszuführung (14) und wenigstens einer Materialzuführung (15) zur Erzeugung eines Gas- und Materialstroms C in der Prozesskammer (10) verbunden ist, wobei wenigstens eine erste Elektrode (11) stromaufwärts und wenigstens eine zweite Elektrode (12) stromabwärts voneinander beabstandet angeordnet sind, die zur Erzeugung eines Lichtbogens A unterschiedliche Polaritäten aufweisen und eine Heizzone (16a) bildenundwenigstens eine der Elektroden (11, 12, 13) eine Ringelektrode umfasst, in der eine Magnetführung (19) in Umfangsrichtung ausgebildet ist, wobei in der Magnetführung (19) ein Magnet (18) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes beweglich angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (17) zur Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes wenigstens einen Magnet (18) und eine Magnetführung (19) aufweist, die in der Ringelektrode in Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei der Magnet (18) beweglich in der Magnetführung (19) angeordnet ist.Device for plasma-assisted production of nanoscale particles and / or for coating surfaces with a process chamber ( 10 ), the electrodes ( 11 . 12 . 13 ) for generating an arc A, B and having at least one gas supply ( 14 ) and at least one material feeder ( 15 ) for generating a gas and material flow C in the process chamber ( 10 ), at least one first electrode ( 11 ) upstream and at least one second electrode ( 12 ) are spaced downstream of each other, which have different polarities for generating an arc A and a heating zone ( 16a ) and at least one of the electrodes ( 11 . 12 . 13 ) comprises a ring electrode in which a magnetic guide ( 19 ) is formed in the circumferential direction, wherein in the magnetic guide ( 19 ) a magnet ( 18 ) is movably arranged to generate a circulating magnetic field, characterized in that the means ( 17 ) for generating a rotating magnetic field at least one magnet ( 18 ) and a magnetic guide ( 19 ) which are formed in the ring electrode in the circumferential direction, wherein the magnet ( 18 ) movable in the magnetic guide ( 19 ) is arranged. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Prozesskammer (10) zwischen unterschiedlich polarisierten Elektroden (11, 12, 13) ein erster Lichtbogen A zur Bildung einer ersten Heizzone (16a) erzeugt und die erste Heizzone (16a) durch eine zweite Heizzone (16b) verlängert wird, die durch Erzeugung eines zweiten Lichtbogens B gebildet wird, wobei der erste und zweite Lichtbogen A, B gleichzeitig brennen, der ersten und zweiten Heizzone (16a, 16b) ein Gas zur Erzeugung eines Plasmas zugeführt und Material im Plasma verdampft wird.Method for operating a device according to any preceding claim, in which in the process chamber ( 10 ) between differently polarized electrodes ( 11 . 12 . 13 ) a first arc A for forming a first heating zone ( 16a ) and the first heating zone ( 16a ) through a second heating zone ( 16b ) formed by generating a second arc B, the first and second arcs A, B burning simultaneously, of the first and second heating zones (FIGS. 16a . 16b ) is supplied to a gas for generating a plasma and material is evaporated in the plasma.
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