DE19959845B4

DE19959845B4 - Plasmagenerator

Info

Publication number: DE19959845B4
Application number: DE19959845A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: DE19959845A1

Abstract

Plasmagenerator zur plasmagestützten Beschichtung eines rohrförmigen Bauteils mit einer Induktionsspule (1) zur Erzeugung eines hochfrequenten Wechselfeldes wobei koaxial zum Bauteil (5) ein das Bauteil umgebendes Schutzrohr (6) vorgesehen ist, an den beiden offenen Enden des Schutzrohrs (6) Flansche (3, 4) zum Verschließen des Schutzrohrs vorgesehen sind, und die Induktionsspule (1) das Schutzrohr (6) zumindest abschnittsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr in seiner Länge mit dem Bauteil übereinstimmt, und daß in den Flanschen Aufnahmen (7, 8) für das Schutzrohr (6) und das Bauteil (5) vorgesehen sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Plasmagenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Plasmageneratoren erfolgt die Energieeinkopplung in das Plasma induktiv durch ein Hochfrequenzfeld. Durch das hochfrequente Wechselfeld werden in dem elektrisch leitenden Plasma Wirbelströme induziert, deren Joulsche Wärme die Aufheizung bewirken. Der Vorgang erhält sich in der stationären Plasmaströmung selbst aufrecht. In einem derartigen Plasma können Bauteile oder Werkstücke beschichtet, an ihrer Oberfläche gereinigt, aktviert oder bearbeitet werden. Um dabei eine Verunreinigung des Werkstücks zu verhindern, erfolgt die Bearbeitung in einer Vakuumkammer. Durch die Größe der Vakuumkammer sind die zu bearbeitenden Werkstücke in ihren äußeren Abmessungen begrenzt. Insbesondere Werkstücke mit einer großen Ausdehnung wie beispielsweise Rohre, Walzen oder Stangen einer bestimmten Länge können aufgrund ihrer großen Ausdehnung in einer Richtung nicht oder nur mit sehr großen Vakuumkammern bearbeitet werden. Die Erzeugung eines für die Bearbeitung notwendigen Vakuums in der Kammer ist aufgrund des großen Volumens mit einem entsprechend großen Aufwand verbunden. Häufig ist eine Bearbeitung der Werkstücke aufgrund ihrer zu großen Abmessungen überhaupt nicht möglich, da die Abscheidung der Schichtmaterialien auf den Bauteilen nicht homogen ist.
Aus der EP 5 963 B1 ist ein Verfahren zur Abscheidung von undotiertem oder dotiertem Siliziumdioxid in glasiger Form auf der inneren Oberfläche eines Siliziumrohrs bekannt, bei der zur Abscheidung von Siliziumtetrachlorid auf der inneren Oberfläche des Rohrs innerhalb des Rohrs ein induktiv angeregtes Hochfrequenzplasma gezündet und aufrechterhalten wird. Dabei wird die Plasmaentladung entlang des Rohrs bewegt, um eine gleichmäßige Beschichtung mit Siliziumdioxid zu erzielen. Das Siliziumrohr ist hierzu in einem äußeren Rohr angeordnet. Das äußere Rohr weist eine größere axiale Länge auf als das Siliziumrohr.
In der US 4 632 842 A ist ein Verfahren zur Herstellung von implantierbaren Prothesen, beispielsweise röhrenförmigen Gefäßprothesen, offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Abscheidung einer Fluor-enthaltenden Beschichtung insbesondere auch an der Innenseite eines länglichen röhrenförmigen Substrats durch induzierte Glimmentladung entlang eines länglichen Reaktionsgefäßes. Dabei ist das Reaktionsgefäß wesentlich länger als das Substrat.
Aus der DE 24 45 564 A1 und der DE 25 23 257 A1 ist ein CVD-Verfahren zur Beschichtung von rohrförmigen Hohlkörpern bekannt, bei dem der Hohlkörper zonenweise auf eine Abscheidetemperatur erhitzt wird, so dass nur in den jeweils erhitzten Zonen eine Beschichtung an der Innenseite des Hohlkörpers erfolgt. Zur Beschichtung der rohrförmigen Hohlkörper mit Tantal wird durch die rohrförmigen Hohlkörper Wasserstoff geleitet, dem Tantalchlorid beigemischt ist.
Die JP 05-222 230 AA betrifft ein Verfahren zur plasmagestützten Beschichtung der Innenseite eines Rohres. Dabei befindet sich das an seinen Stirnseiten offene Rohr in einem zylindrischen Reaktor und wird durch ein Anschlussstück gehalten.
Aus der DE 31 16 026 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung biokompatibler Schichten auf der Innenseite und/oder Außenseite von Gefäßprothesen bekannt.
Die Schichten werden mittels einer Glimmentladung aus einem Gasgemisch abgeschieden. Schläuche werden hierzu an einer im Schlauchinneren oder im Außenraum zwischen Schlauch und Gefäßwand eines Reaktionsrohrs aufrechterhaltenen Glimmentladung vorbeigeführt. Die Schläuche sind dabei in ihren Enden nicht verschlossen.
Die DE 33 31 899 C2 offenbart die Herstellung von Glasschichten auf der Außenseite eines stabförmigen Grundkörpers, wobei eine oder mehrere Schichten mittels Plasmazersetzung von gasförmigen Ausgangsstoffen abgeschieden werden. Hierzu wird der stabförmige Grundkörper mittig in einem Entladungsrohr angeordnet. Der stabförmige Grundkörper ist langer als das Entladungsrohr.
Aus der DE 1 141 850 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermisch-chemischen Oberflächenbehandlung von Rohren bekannt, wobei die Rohre durch eine Glimmentladung erhitzt werden. Auf dem Außenmantel der Rohre wird eine abnehmbare Kühleinrichtung angebracht, die aus einem Kühlzylinder besteht. In den Zwischenraum zwischen Rohr und Kühlzylinder wird ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel eingeleitet.
Aus der JP 05-098 446 AA ist ein Ofen für CVD-Verfahren bekannt, der ein Kernrohr, ein Anschlussstück, einen Puffer und eine Kappe aufweist. Dabei sind Kernrohr, Anschlussstück, Puffer und Kappe über ein Kühlrohr miteinander verbunden.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Demgegenüber hat der Plasmagenerator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil, dass das rohrförmige Bauteil anstelle einer Vakuumkammer nur von einem Schutzrohr umgeben wird. Dieses ist koaxial zum Bauteil angeordnet und stimmt mit dessen Länge überein. An den offenen Enden ist das Schutzrohr durch Flansche verschlossen. In den Flanschen sind Aufnahmen sowohl für das Schutzrohr als auch für das Bauteil vorgesehen. Durch diese Aufnahmen ist gewährleistet, dass das Bauteil und das Schutzrohr koaxial zueinander angeordnet sind. Die Induktionsspule umgibt das Schutzrohr an dessen Außenseite. Da die Induktionsspule das relativ lange Schutzrohr in der Regel nicht auf dessen gesamter Länge umgibt, wird die Induktionsspule durch eine Verschiebevorrichtung in axialer Richtung bewegt. Auf diese Weise kann eine Bearbeitung des Werkstücks auf dessen gesamter Länge stattfinden.
Durch die Induktionsspule wird ein azimutales elektrisches Feld erzeugt. Hierzu ist die Induktionsspule mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Flanschen Leitungen zur Druckregelung in dem Schutzrohr vorgesehen. Eine an einen Flansch oder an beide Flansche angeschlossene Vakuumpumpe sorgt für den zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr notwendigen Druck. Der Innenraum des Bauteils muss bei einer entsprechenden Abdichtung an den Flanschen nicht evakuiert werden. Hierzu sind an den Aufnahmen der Flansche entsprechende Dichtungen vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Flanschen Leitungen für das Arbeitsgas und/oder den Beschichtungswerkstoff vorgesehen. Diese Leitungen münden in den Zwischenraum zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr. Als Arbeitsgase können sämtliche Gase und Gasmischungen verwendet werden. Soll eine Beschichtung des Bauteils erfolgen, so kann der notwendige Beschichtungswerkstoff über die Leitungen in den Zwischenraum zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr eingeführt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Flanschen Vorrichtungen zur Kühlung des Bauteils vorgesehen. Eine entsprechende Kühlung kann je nach Art der Bearbeitung und nach Material des Bauteils notwendig sein. Außerdem kann zur Kühlung der Innenwand des Bauteils ein schwer zu ionisierendes Gas bei entsprechend hohem Druck eingesetzt werden. Je nach Wahl des Drucks und des Gases wird die Plasmazündung im Inneren der beiden Rohre verhindert. Das strömende Gas bewirkt somit die Kühlung der Innenwand des Werkstücks.
Durch die Wahl eines geeigneten Arbeitsgases erfolgt die Erzeugung einer Plasma-CVD-Beschichtung (Chemical Vapor Deposition). Durch eine chemische Reaktion der im Plasma befindlichen angeregten Elemente an der Oberfläche des Bauteils kommt es zur Abscheidung von Hartstoffschichten oder von Schichten mit speziellen Eigenschaften wie beispielsweise Korrosionsbeständigkeit.
Der erfindungsgemäße Plasmagenerator hat den Vorteil, dass lediglich das Schutzrohr auf die Länge und die Flansche auf den Durchmesser des zu bearbeitenden Bauteils abgestimmt werden müssen. Damit ist der Generator hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten sehr flexibel. Darüber hinaus muss zur Bearbeitung des Werkstücks lediglich der Zwischenraum zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr evakuiert werden. Da dieser Raum ein geringes Volumen aufweist, ist die Evakuierung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen mit einem entsprechend geringen Aufwand verbunden. Der Plasmagenerator erlaubt eine Bearbeitung beispielsweise von Rohren, Walzen oder Stangen aus metallischem oder nicht metallischem Material. Hierzu zählt beispielsweise auch Keramik. Trotz ihrer Leitfähigkeit bildet sich bei metallischen Bauteilen ein Plasma aus.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plasmagenerators dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1 Plasmagenerator in Seitenansicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Plasmagenerator mit einer Induktionsspule 1 dargestellt. Der hochfrequente Wechselstrom wird durch einen Hochfrequenzgenerator 2 erzeugt. Durch zwei Flansche 3 und 4 werden ein Bauteil 5 und ein Schutzrohr 6 koaxial zueinander gehalten. In den Flanschen sind Aufnahmen 7 für das Bauteil und Aufnahmen 8 für das Schutzrohr vorgesehen. Die Dichtungen 9 und 10 sorgen dafür, dass das Schutzrohr gegen die Atmosphäre und das Bauteil gegen das Rohrinnere des Schutzrohrs isoliert ist. Die Induktionsspule 1 ist koaxial zu dem Bauteil 5 und dem Schutzrohr 6 angeordnet. Sie wird in Richtung der mit a und b gekennzeichneten Pfeile an der Oberfläche des Schutzrohrs entlang bewegt. In den Flanschen 3 und 4 sind einerseits Leitungen 11 zur Druckregelung und andererseits Leitungen 12 für Arbeitsgase und Beschichtungswerkstoffe vorgesehen. Die Leitungen 11 sind an in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpen angeschlossen. Sämtliche Leitungen münden in den Zwischraum zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr. Da nur eine Bearbeitung des Bauteils an seiner Außenseite stattfinden soll und das Bauteil gegenüber dem Schutzrohr entsprechend isoliert ist, braucht lediglich der Zwischenraum zwischen dem Bauteil und dem Schutzrohr evakuiert werden. Auch die Arbeitsgase und der Beschichtungswerkstoff werden lediglich in diesen Zwischenraum eingeführt. Bei einer Bearbeitung des Bauteils an dessen Innenseite kann bei entsprechender Isolierung auf das Schutzrohr verzichtet werden. In diesem Fall müssen die Leitungen 11 und 12 in den Innenraum des Werkstücks münden.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Indutkionsspule
2: Hochfrequenzgenerator
3: Flansch
4: Flansch
5: Bauteil
6: Schutzrohr
7: Aufnahme für das Bauteil
8: Aufnahme für das Schutzrohr
9: Dichtung
10: Dichtung
11: Leitung zur Druckregelung
12: Leitung für Arbeitsgase und Beschichtungswerkstoffe

Claims

Plasmagenerator zur plasmagestützten Beschichtung eines rohrförmigen Bauteils mit einer Induktionsspule (1) zur Erzeugung eines hochfrequenten Wechselfeldes wobei koaxial zum Bauteil (5) ein das Bauteil umgebendes Schutzrohr (6) vorgesehen ist, an den beiden offenen Enden des Schutzrohrs (6) Flansche (3, 4) zum Verschließen des Schutzrohrs vorgesehen sind, und die Induktionsspule (1) das Schutzrohr (6) zumindest abschnittsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr in seiner Länge mit dem Bauteil übereinstimmt, und daß in den Flanschen Aufnahmen (7, 8) für das Schutzrohr (6) und das Bauteil (5) vorgesehen sind.
Plasmagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebevorrichtung zum Bewegen der Induktionsspule in axialer Richtung des Bauteils an der Oberfläche des Schutzrohrs entlang vorgesehen ist.
Plasmagenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Flanschen (3, 4) Leitungen (11) zur Druckregelung in dem Schutzrohr (6) vorgesehen sind.
Plasmagenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Flanschen (3, 4) Leitungen (12) für das Arbeitsgas und/oder den Beschichtungswerkstoff vorgesehen sind.
Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in den Flanschen Vorrichtungen zur Kühlung des Bauteils vorgesehen sind.