Установка для плазменной обработки бесконечного материала

Установка для плазменной обработки бесконечного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается установки для плазменной обработки бесконечного материала с, по меньшей мере, одной вакуумируемой разрядной камерой, через которую может непрерывно транспортироваться бесконечный материал, причем каждая разрядная камера имеет внешний электрод, который расположен электрически изолированно по отношению к бесконечному материалу; и с устройством для контроля газовой атмосферы в упомянутой, по меньшей мере, одной разрядной камере; и с снабжающим энергией устройством для подачи электрической разрядной энергии к разрядным промежуткам, образованным между внешним электродом соответствующей разрядной камеры и бесконечным материалом в качестве внутреннего электрода.

Плазменная обработка с применением "плазмы тлеющего разряда" используется для поверхностной обработки на большой площади заготовок или бесконечных материалов при пониженном давлении, причем эта обработка включает в себя, например, нагрев, очистку, окисление (дезоксидацию), обезжиривание, вакуумное напыление, ионное напыление и подобное. Может использоваться как физическое, так и химическое действие плазмы.

Для всех этих обработок желательно, что горение разряда осуществляется покрывая обрабатываемую поверхность заготовок или поверхность бесконечного материала. По экономическим соображениям желательно максимально короткое время обработки, что, в свою очередь, приводит к необходимости максимально высокой интенсивности обработки (максимально высокая удельная мощность). В общем, предел введения энергии в вязком вакуумном диапазоне (в котором длина свободного пробега газовых частиц существенно меньше, чем размеры емкости) достигается посредством того, что разряд с тлеющей или схожей с тлеющей характеристикой до высоких удельных мощностей имеет тенденцию к переходу в дуговой разряд. Подавление этого перехода от тлеющего разряда к дуговому разряду является одной из важнейших целей при развитии процессов и установок, которые вырабатывают плазму в диапазоне низкого давления (вакуума), если не требуется никакой точечной обработки (как, например, при сварке). Важным шагом для достижения этой цели стало использование источников напряжения в качестве снабжающих энергией устройств для подачи электрической энергии для разряда, которые работают с импульсным постоянным напряжением. Для образования электрической дуги требуется время. За счет повторяющихся пауз в ходе разрядного напряжения электрическая дуга распыляется прежде, чем она приведет к сильному осуществляемому в определенных местах разогреву. В пределах одного импульса ток монотонно увеличивается, в начале приблизительно линейно, а позднее скорость нарастания уменьшается. Напряжение в течение импульса в большинстве вариантов применений из технических соображений остается приблизительно постоянным. Установка для плазменной обработки бесконечных материалов, в которой используются импульсные источники постоянного напряжения в качестве снабжающих энергией устройств, известна, например, из заявки WO 2004/073009 A2.

Как, например, описано в US 2004/0026412 А1, вместо импульсного постоянного напряжения могут использоваться другие временные характеристики напряжения, приводящие к обрыву находящейся в стадии возникновения электрической дуги. Однако техническая значимость таких отличающихся от импульсного постоянного напряжения характеристик напряжения является незначительной, так как они приводят к увеличенным техническим затратам без предоставления различимых преимуществ в случае разрядного процесса.

Хотя импульсная подача напряжения обеспечила большой прогресс в плазменной технологии, многие недостатки все же сохранились. В частности, следующие проблемы и недостатки до сих пор не решены удовлетворительным образом.

В течение импульса постоянного напряжения вероятность того, что тлеющий разряд перейдет в дуговой разряд, со временем экстремально прогрессивно возрастает. Переходу к дуговому разряду способствуют три фактора: ток, напряжение и время. Так, видится неблагоприятным, что в течение импульса возрастают два из этих факторов (ток и время), а третий фактор (напряжение) остается постоянным.

Переход от тлеющего разряда к дуговому разряду электрически проявляется в виде уменьшения полного сопротивления разрядного промежутка. Уже разработано регулирование, которое обнаруживает возникновение этого уменьшения полного сопротивления и в этом случае прерывает подачу напряжения на определенный временной интервал для того, чтобы обеспечить затухание электрической дуги. Разумеется, как обнаружение уменьшения полного сопротивления, так и выключение подачи напряжения требует определенного времени реагирования, которое не может устанавливаться сколь угодно коротким. В течение времени срабатывания ток увеличивается при приблизительно постоянном напряжении, то есть увеличивается энергия, что вызывает нежелательный разогрев дуги. Так, электрическая дуга может образовываться с большой внутренней энергией, которая затем очень тяжело (за счет прерывания нескольких импульсов) "рассеивается".

Прежде всего, в случае легкоплавких материалов возникновение электрической дуги может сразу же приводить в возникновению повреждений поверхности.

Другая значительная проблема возникает, когда состав газа в разрядном пространстве является непостоянным. Это происходит, в частности, постоянно тогда, когда плазма используется для очистки материалов или соответственно когда с поверхности электродов в газовую фазу поступают вещества. Так как подлежащие обработке материалы в целом являются по-разному загрязненными и плазма также точно не имеет одну и ту же интенсивность обработки, то перемещенное плазмой от поверхностей материала в газовую фазу количество загрязнений изменяется с течением времени. Эти изменения не могут предвидеться или контролироваться и, таким образом, приводят к неконтролируемому изменению состава газа в разрядной камере. В плазме постоянно конкурируют два процесса, из которых один способствует электрическому разряду и его стабильности, а другой вредит им обоим: в плазме тлеющего разряда при пониженном давлении электроны ускоряются до тех пор, пока они не столкнутся с газовыми частицами. В благоприятном случае электрон может ионизировать столкнувшуюся с ним газовую частицу и образовывать с ней новую пару электрон-ион, В неблагоприятном случае электрон теряет свою энергию за счет возбуждения столкнувшейся с ним газовой частицы. Отдельные атомы (прежде всего атомы инертных газов и в меньшей степени даже малые молекулы) имеют, прежде всего в случае незначительных энергий, расположенные далеко друг от друга, дискретные, квантомеханически допустимые уровни энергии так, что вероятность того, что электрон при столкновении с одним таким атомом возбудит его и при этом отдаст свою энергию этому атому, очень незначительна. Наоборот, молекула, прежде всего большие органические молекулы, из которых обычно состоят загрязнения, имеют очень большое количество квантомеханически допустимых состояний, из которых некоторые являются с незначительной энергией. Если электрон сталкивается с такой молекулой, то имеется очень высокая вероятность того, что он возбудит эту молекулу, вследствие чего электрон лишится своей энергии.

Электрически присутствие такой молекулы в разрядном пространстве проявляется в виде повышения полного сопротивления разрядного промежутка. Еще больше проявляется повышение полного сопротивления, когда в газовую фазу перемещаются частицы, которые лишают электроны их энергии, а плазму соответственно самих этих электронов.

Так как в случае базирующейся на тлеющем разряде установки для плазменной обработки, в которой также имеет место очистка подложки, для отвода перемещенных в газовую фазу посредством разряда загрязнений в целом устанавливаются высокие скорости газа и подвод загрязнений в газовую фазу изменяется очень быстро во времени, быстро и неконтролируемо изменяется состав газа и, следовательно, полное сопротивление, и тем самым также разрядный ток. Прежде всего, при обработке бесконечных материалов непрерывным способом это изменение полного сопротивления осуществляется настолько быстро, что даже быстродействующие регулировочные механизмы источника напряжения не могут контролировать электрические параметры разряда так, чтобы разрядная мощность или разрядный ток могли поддерживаться постоянными. Однако именно это было бы особенно важным в случае бесконечной обработки, так как за счет короткого времени обработки участка бесконечного материала в разрядной зоне не может иметь место высокоэффективное усреднение по времени процесса обработки.

Другая аналогичная проблема нарушения постоянства разряда возникает при обработке материалов, поверхность которых не является чистой, так как на разряд оказывает значительное влияние вторичная электронная эмиссия на катоде (который обычно образован подлежащим обработке материалом). Если материал загрязнен неравномерно, то соответственно изменяется вторичная электронная эмиссия и тем самым полное сопротивление. Эти воздействия, с одной стороны, аналогичны поясненным в предыдущем пункте, а, с другой стороны, нерегулярный налет на подлежащей обработке поверхности перемещается плазмой, что приводит к локальным уплотнениям (сжатиям) разряда, а следовательно, к образованию дуги. Так, покрытые определенными загрязнениями поверхности даже не обрабатываются в установках согласно уровню техники, поскольку, несмотря на малые количества загрязнений катода, разряд уже при чрезвычайно малой мощности обработки переходит в дуговой разряд.

При обработке прежде всего бесконечных материалов, которые должны обрабатываться с высокой интенсивностью, имеется еще и другая проблема. Часто оказывается предпочтительным, что бесконечный материал движется последовательно через несколько разрядных зон для того, чтобы обеспечить возможность включения большей мощности без того, чтобы в случае перехода в дуговой разряд на одном месте концентрировалась вся высокая мощность, а не только мощность соответствующего обрабатывающего модуля. Каждая из этих разрядных зон может иметь отдельное снабжение газом и энергией. При этом бесконечный материал, который действует в качестве электрода для создания электрического разряда, во многих случаях из термических соображений входит в контакт только перед первым и после последнего обрабатывающего модуля для того, чтобы отводить ток разряда. При этом, даже если для каждой разрядной зоны предоставить отдельное электро- и газоснабжение, то взаимодействия обрабатывающих зон между собой могут сделать процесс нестабильным. Если в отдельных зонах все же достигается введение высоких токов, то, в свою очередь, на бесконечном материале устанавливается существенное падение напряжения, так как эти потоки отводятся к расположенным снаружи обрабатывающих зон контактам. В случае установок для плазменной обработки, в которых импульсные источники постоянного напряжения используются в качестве источников разрядной энергии, потенциал в каждом месте бесконечного материала, которое удалено на, по меньшей мере, один разрядный промежуток от ближайшего контакта, не известен. Зачастую являются достаточными относительно малые отклонения потенциала от потенциала контактов для того, чтобы сделать нестабильными источники напряжения и, тем самым, разрядный процесс в середине обрабатывающего участка.

При обработке бесконечных материалов, которые требуют очень высоких температур (например, отжиг высокотемпературных материалов) встречается другая проблема. Если на поверхности бесконечного материала достигается температура, которая находится вблизи той температуры, при которой имеет место спонтанная электронная эмиссия, то в таком случае невозможна равномерная обработка, поскольку производство вторичных электронов сильно увеличивается с температурой. Таким образом, плазма здесь более интенсивно обрабатывает нагретые места бесконечного материала, а последующий перегрев этих мест приводит к нарушению процесса. Здесь могло бы помочь разделение обрабатывающего участка на короткие, отделенные, снабжаемые мощностью сегменты. При этом каждый сегмент способствовал бы лишь малому повышению температуры бесконечного материала. Чем выше необходимая температура обработки, тем меньшее повышение температуры должно выпадать на долю каждого сегмента. Однако именно при высоких температурах наличие контакта с бесконечным материалом между сегментами обязательно приводит к повреждениям поверхности этого материала.

Задача изобретения заключается в том, чтобы предоставить установку для плазменной обработки бесконечного материала, в которой описанные недостатки уровня техники устранены или, по меньшей мере, существенно снижены.

В первом аспекте эта задача в соответствии с изобретением решается посредством установки для плазменной обработки бесконечного материала с признаками пункта 1. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах.

Соответствующая изобретению установка для плазменной обработки бесконечного материала включает в себя, по меньшей мере, одну вакуумируемую разрядную камеру, через которую может непрерывно транспортироваться бесконечный материал, причем каждая разрядная камера имеет внешний электрод, который расположен электрически изолированно по отношению к бесконечному материалу. Кроме того, установка включает в себя устройство для контроля газовой атмосферы в упомянутой, по меньшей мере, одной разрядной камере, и снабжающее энергией устройство для подачи электрической разрядной энергии к заданному между внешним электродом соответствующей разрядной камеры и бесконечным материалом в качестве внутреннего электрода разрядного промежутка. Соответствующая изобретению установка для плазменной обработки бесконечного материала характеризуется тем, что снабжающее энергией устройство представляет собой выполненный с возможностью импульсной подачи разрядной энергии собственный источник тока, который имеет, по меньшей мере, один элемент индуктивности в качестве аккумулятора энергии, выполненный с возможностью совместного включения с согласованным с ним разрядным промежутком или последовательно с несколькими согласованными с ним разрядными промежутками. За счет этого мероприятия гарантировано, что подача энергии к согласованным с соответствующими элементами индуктивности разрядными промежутками осуществляется при в значительной мере стабилизированном электрическом разрядном токе. При этом стабилизация электрического разрядного тока осуществляется в независимости от воздействия регулирующего или управляющего элемента, то есть элементы индуктивности действуют в качестве "внутренних" источников стабильного тока. Это является существенным отличием от уровня техники, так как источник стабилизированного тока в значительной мере предотвращает возникновение электрических дуг, поскольку в течение разрядки не возникает никакого увеличения подаваемого в разрядному промежутку электрического тока. Наоборот, за счет элемента индуктивности подаваемый к разрядному промежутку ток даже при возможно быстрых и/или больших изменениях полного сопротивления разрядного участка не может быстро изменяется так, что в течение отдельных импульсов создается - даже дискретно -постоянное во времени, уменьшающееся в соответствии с потерей энергии, но не имеющее в каждом случае разрывы (дискретность) протекание тока через каждый разрядный промежуток в целом независимо от изменений полного сопротивления, причем каждый разряд принимает существенный по сравнению с разрядной камерой объем и по поверхности воздействует на, по меньшей мере, расположенный внутри электрод, то есть на бесконечный материал.

Следовало бы указать на то, что до сих пор никакая коммерчески применяемая электронная регулирующая мощность схема переключения не может реагировать достаточно быстро для того, чтобы предотвратить или соответственно подавить в самом начале возникновение электрической дуги. Таким образом, настоящее изобретение представляет собой существенное усовершенствование, поскольку оно может подавить образование электрической дуги при значительно более коротких прерываниях подачи разрядной энергией, и часто даже полностью без вмешательства средств электронного регулирования мощности.

Элементы индуктивности снабжающего энергией устройства могут быть выполнены, например, в виде дискретных аккумулирующих энергию катушек или в виде обмоток трансформатора, причем в последнем случае ввод энергии осуществляется через другую обмотку трансформатора.

Особенно для применений, которые требуют высоких температур обработки, важно разделять участок плазменной обработки на несколько разрядных промежутков, причем, по меньшей мере, один элемент индуктивности в течение импульса подачи энергии в каждый момент времени каждого импульса соединяется с одним разрядным промежутком. Если элемент индуктивности пригоден для снабжения энергией более чем одного разрядного промежутка, то переключение к другому разрядному участку предпочтительным образом осуществляется во время паузы между импульсами подачи энергии этого элемента индуктивности.

В альтернативных вариантах осуществления изобретения элемент индуктивности в зависимости от параметров снабжающего энергией устройства заряжается либо только во время импульсов подачи энергии, либо только во время пауз между импульсами подачи энергии.

Кроме того, целесообразно, если снабжающее энергией устройство имеет ограничивающую выходное напряжение схему, поскольку полное сопротивление плазмы в начале импульса может быть очень высоким и в противном случае постоянный ток в элементе индуктивности мог бы вызывать неконтролируемое и опасное как для процесса, так и для установки, а также для ее окружения, увеличение напряжения.

Для различных процессов может быть преимущественным, если снабжающее энергией устройство имеет электронный включающий механизм для подачи импульсов энергии любой полярности к разрядному промежутку. Например, для более легкого зажигания, но прежде всего для самоочищения установки, каждый Х-ый импульс энергии может подаваться с обратной полярностью.

Далее, в усовершенствовании соответствующей изобретению установки предусмотрено, что между упомянутым, по меньшей мере, одним элементом индуктивности снабжающего энергией устройства и упомянутой, по меньшей мере, одной разрядной камерой расположена, по меньшей мере, одна корректирующая схема для того, чтобы подавлять или соответственно компенсировать «паразитные» высокочастотные эффекты и соответственно их воздействия, как например, на индуктивность проводника электрического тока, емкость разрядной камеры или соответственно электродов и тому подобное.

Специально для высокотемпературной обработки бесконечного материала в одном варианте осуществления изобретения друг за другом расположено несколько разрядных камер, через которые проходит бесконечный материал без контактирования в разрядных камерах или между ними. Вследствие этого предотвращается поверхностное повреждение бесконечного материала.

Во втором аспекте для решения соответствующей изобретению задачи в соответствующей изобретению установке для плазменной обработки предусмотрена система с магнитами высокой мощности, которая в области внешнего электрода создает сильное, ориентированное по существу параллельно бесконечному материалу магнитное поле, по меньшей мере, 120 мТл, предпочтительно, по меньшей мере, 400 мТл, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 700 мТл. Таким образом, достигается значительное повышение плотности энергии газового разряда. За счет создания сильного магнитного поля такого рода становятся возможными высокие плотности плазменного тока, которые также обеспечивают очистку сильно загрязненных бесконечных материалов, в случае которых согласно уровню техники газовый разряд прекращается ввиду поступления в газовую фазу частиц, которые не только электроны лишают электронной энергии, но и плазму лишают самих электронов.

За счет приложенного магнитного поля плазма становится более электропроводящей так, что разряд предпочтительно горит только в пронизанном магнитным полем объеме.

Для того, чтобы достичь максимально равномерного разряда и тем самым однородной обработки, далее предусмотрено, что система с магнитами высокой мощности выполнена таким образом, чтобы создавать по существу однородное по ходу своей продольной протяженности магнитное поле. Для того, чтобы создать такое однородное магнитное поле, является предпочтительным, если система с магнитами высокой мощности представляет собой окружающую внешний электрод катушку, которая расположена по существу коаксиально бесконечному материалу, причем эта катушка предпочтительным образом выполнена в виде охлаждаемой, в частности, охлаждаемой жидкостью катушки, при необходимости в виде сверхпроводящего электромагнита. Вследствие этого охлаждения катушки обеспечиваются более высокие рабочие мощности.

Для других применений плазменной обработки может быть целесообразным, если система с магнитами высокой мощности выполнена с возможностью создания неоднородного по ходу своей продольной протяженности магнитного поля, максимумы которого устанавливают максимумы интенсивности обработки бесконечного материала даже при наличии факторов с противоположными тенденциями. При этом система с магнитами высокой мощности целесообразным образом выполнена в виде системы с постоянными магнитами, которая включает в себя, в частности, анизотропные постоянные магниты, предпочтительным образом, из NdFeB-постоянных магнитов, которые по существу образуют боковые стенки призмы с многоугольным поперечным сечением, причем направление намагничивания магнитов предпочтительным образом проходит по существу радиально по отношению к поперечному сечению призмы. Посредством такого выполнения обеспечивается экономичная эксплуатация установки, поскольку для создания магнитного поля не требуется никакого охлаждения и никакого электрического тока. Посредством конструкции системы с расположением постоянных магнитов в форме призмы могут простым образом обеспечиваться благоприятные формы магнитного поля в разрядной камере. Применение анизотропных постоянных магнитов, предпочтительным образом NdFeB-постоянных магнитов, позволяет создавать особенно сильное магнитное поле.

За счет наличия выполненных из железа замыкающих элементов, которые концентрируют магнитное поле системы с постоянными магнитами в области газового разряда, может экономичным образом значительно усиливаться действие постоянных магнитов в области газового разряда.

Для того, чтобы достичь горения разряда полностью в пределах зоны магнитного поля, а не за пределами этой зоны магнитного поля, далее предусмотрено, что внешний электрод в своей продольной протяженности не выступает за границы магнитного поля.

В одном альтернативном варианте осуществления изобретения внешний электрод в своей продольной протяженности выступает из магнитного поля в, по меньшей мере, одном месте, вследствие чего разряд в продольном направлении на этой стороне или соответственно на этих сторонах на конце магнитного поля непрерывно переходит в обычный тлеющий разряд, который выступает от бесконечного материала.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения внешний электрод выполнен таким образом, что он по существу полностью оптически плотно окружает бесконечный материал в проекции на его плоскость поперечного сечения. Таким образом, возможно достичь формы газового разряда с высокой удельной мощностью. В комбинации с другими признаками изобретения, как ниже будет пояснено более подробно, авторами был реализован новый тип газового разряда, который отличается от существовавших до сих пор форм разряда и позволяет бесступенчатое регулирование плотности плазменной обработки от очень малых значений (приблизительно 1 Вт/см²) до очень больших значений (несколько кВт/см²) без появления пространственной и временной нестабильности разряда.

Посредством достигаемой таким образом экстремально высокой плотности энергии на поверхности бесконечного материала в совокупности с коротким временем обработки участка бесконечного материала в зоне обработки, во внешнем слое этого бесконечного материала может достигаться температура, которая лежит существенно выше температуры внутри бесконечного материала и тем самым обеспечивает возможность термически существенно более интенсивной обработки близкой к поверхности области бесконечного материала, чем внутренней области бесконечного материала. Таким образом, за счет соответствующей настоящему изобретению установки впервые стали возможны следующие варианты применения плазменной обработки.

а. Обработка покрытого бесконечного материала, причем воздействие на покрытие является сильным, а термическое воздействие на несущий материал (подложку) является слабым.

б. Расплавление и обеспечиваемое за счет этого уплотнение электролитически нанесенного на бесконечный несущий материал покрытия за счет плазменной обработки без термического изменения несущего материала выше желаемой или соответственно допустимой величины.

в. Инициирование диффузионного процесса в, по меньшей мере, одном покрытии бесконечного несущего материала посредством плазменной обработки без термического изменения центральной области несущего материала выше желаемой или соответственно допустимой величины. Например, на несущий материал может наноситься внутреннее покрытие из меди и внешнее покрытие из цинка, которые диффундируют посредством плазменной обработки друг в друга, образуя латунь, без того, чтобы несущий материал термически изменялся сверх желаемой или соответственно допустимой величины.

г. Посредством плазменной обработки во внешней области бесконечного материала может вызываться диффузия примесей в поверхность, причем эта внешняя область может (но не должна) переходить в жидкую фазу. На другом этапе плазменной обработки после охлаждения внешнего слоя внешняя часть этого внешнего слоя, которая содержит большую часть примесей внешнего слоя, может посредством ионной бомбардировки удаляться без большого повышения температуры так, что отсутствует какое-либо последующее значительное разделение материала и таким образом в близкой к поверхности области остается особенно бедный примесями состав материала. Это имеет особое преимущество, если бесконечный материала представляет собой высокочастотный проводник, так как в высокочастотной области электропроводность имеет место почти исключительно в обедненной примесями поверхностной области.

д. Удаление с поверхности состоящего из железа, сплавов на основе никеля или тому подобного бесконечного материала мартенситного слоя, который образовался вследствие предшествующей механической и/или термической обработки, посредством плазменной обработки без термического изменения центральной области бесконечного материала сверх желаемой или соответственно допустимой величины. Удаление мартенситного слоя посредством плазменной обработки может осуществляться как распыление, и/или испарение, и/или преобразование в другую кристаллическую структуру, и/или окисление мартенситного слоя.

е. Если подлежащий обработке бесконечный материал покрыт слоем, который должен удаляться во время отжига, - причем этот слой состоит, в частности, из углерода (графита), мыла, в особенности стеаратов, жиров, масел, эмульсий или других углеродсодержащих соединений или их смесей, - то этот слой может по меньшей мере частично удаляться посредством плазменной обработки в кислородсодержащей атмосфере, которая при наличии разряда вызывает окисление этого слоя. При этом может достигаться то, что остатки окисления в области давления разрядной камеры присутствуют почти полностью или даже полностью в газообразной форме (CO₂ и H₂O) и таким образом на бесконечном материале не остается никакого или почти никакого органического или другого углеродсодержащего или оксидосодержащего, отличающегося от бесконечного материала слоя. После вызванного плазменной обработкой процесса окисления бесконечный материал для восстановления может еще горячим подаваться в водородосодержащую или спиртосодержащую, или имеющую другой состав восстановительную газовую атмосферу или жидкость так, что совместно окисленная в процессе окисления поверхность бесконечного материала посредством подходящей установки температуры бесконечного материала и химического состава окружающей бесконечный материал среды восстанавливается (дезоксидируется). Альтернативно, это восстановление может осуществляться также на другом этапе плазменной обработки, причем как химическое воздействие плазмы, так и ионное воздействие, а также их комбинация приводят к дезоксидации.

ж. В соответствующей изобретению установке бесконечный материал может проходить одну за другой камеры плазменной обработки, причем химический состав атмосферы может быть различным в отдельных камерах плазменной обработки, а температура бесконечного материала может быть различной при входе в отдельные камеры плазменной обработки и при выходе из них.

з. Соответствующая изобретению установка может приводиться в действие так, что температура бесконечного материала в случае выбранной химической атмосферы выбирается приблизительно так, чтобы химическая реакция, в особенности экзотермическая химическая реакция, между поверхностью бесконечного материала и газовой атмосферы имела наивысшую скорость. Это является значительным прогрессом, поскольку сами по себе экзотермические реакции становятся медленными или даже обратными при высоких температурах, то есть они имеют "оптимальную" температуру. Важным подобным применением является, например, деграфитизация высокотемпературных проволок, причем на первом этапе осуществляется отжиг в кислородсодержащей атмосфере, причем графит "сжигается". Если процесс осуществляется при очень высоких температурах, то он происходит вблизи или даже свыше той температуры, при которой разложение СО₂ или соответственно СО представляет собой термодинамически нормальный процесс, и окисление графита происходит очень медленно или соответственно не происходит совсем. В случае упомянутого процесса на втором отдельном этапе удаляется возникающий оксидный слой бесконечного материала. Если процесс осуществляется в плазме, то он в целом подвержен тем же самым проблемам.

В одном механически стабильном и благоприятном с точки зрения техники изготовления варианте осуществления изобретения внешний электрод задает часть разрядной камеры и, предпочтительным образом, выполнен с возможностью охлаждения, в частности с возможностью охлаждения жидкостью.

Для того, чтобы обеспечить максимально всестороннюю и равномерную плазменную обработку бесконечного материала, в развитии изобретения соотношение между площадью поперечного сечения внутри внешнего электрода и площадью поперечного сечения наименьших выпуклых огибающих бесконечного материала составляет, по меньшей мере, 4:1, лучше, по меньшей мере, 10:1, а предпочтительным образом, по меньшей мере, 20:1.

Ввиду обусловленных конструкцией причин может происходить то, что в установке для плазменной обработки бесконечный материал в зоне обработки не окружается по всей длине продольным магнитным полем, что потенциально способствует появлению дугового разряда. Для того, чтобы даже в таких местах зоны обработки все-таки подавлялось появление дугового разряда, в одном усовершенствовании изобретения предложено, что устройство для контроля газовой атмосферы выполнено в, по меньшей мере, одной разрядной камере для того, чтобы в областях газоразрядной камеры, в которых продольное магнитное поле не полностью или соответственно с уменьшенной напряженностью магнитного поля окружает бесконечный материал, создать газовый поток с компонентами скорости потока в продольном направлении бесконечного материала. Таким образом, предотвращается то, что газовые частицы слишком долго задерживаются в этих областях газоразрядной камеры.

Существенная дополнительная польза от магнитного воздействия на разряд также способствует обработке бесконечного материала: не только потому, что разряд, если внешний электрод еще в сильном магнитном поле ограничен в своей протяженности, горит до очень высоких мощностей только в магнитном поле, но и с увеличением магнитного поля также повышается макроскопическая проводимость плазмы на величину, которая представляет собой эффективный инструмент для пространственного запоминания разряда или, по меньшей мере, центра тяжести разряда в продольном направлении бесконечного материала. Этот инструмент зачастую может при соответствующем выборе параметров гарантировать равномерную обработку бесконечного материала, которая в противном случае была бы невозможна, поскольку бесконечный материал в процессе обработке очень сильно склонен к образованию перегретых частичных областей, которые ненадолго затягивают центр тяжести разряда при поступательном движении бесконечного материала.

С помощью настоящего изобретения впервые стала возможна равномерная плазменная обработка (неравномерно) загрязненного бесконечного материала.

Собственный источник тока формирует разрядный ток так, что он (в противоположность уровню техники) может не изменяться при движении бесконечного материала (несмотря на флуктуации состава газа и несмотря на вторичную эмиссию электронов, то есть несмотря на быстрые и большие изменения условий разряда), а магнитное поле формирует точное место разряда так, что центр тяжести разряда (в противоположность уровню техники) сохраняет положение и каждый участок проволоки обвивается одинаково долго. Комбинация этих двух инструментов предоставляет возможность повышения мощности (производительности) установки, которая значительно больше, чем при их простом суммировании, что является одним из существенных главных моментов изобретения.

Пульсация мощности, постоянная характеристика подачи тока от собственного источника тока, магнитное поле и, при необходимости, сильный газовый поток взаимно поддерживаются для подавления перехода новой формы разряда в классический дуговой разряд так, что может использоваться недостигаемая до сих пор удельная мощность плазмы с равномерным перекрытием по поверхности бесконечного материала.

В одном варианте осуществления изобретения давление в разрядной камере установлено как 0,1-100 мбар, более предпочтительно до 0,5-50 мбар, наиболее предпочтительно до 1-10 мбар. Этот диапазон давления является достаточно низким для того, чтобы обеспечить обвивание по плоскости бесконечного материала плазмой, и одновременно является достаточно высоким для того, чтобы имело место достаточно большое количество частиц в разрядной камере, которые достаточны для желательно высоких электрических токов при плазменной обработке. Кроме того, давление в разрядной камере является достаточно высоким, чтобы просто и эффективно реализовывать вакуумную, газоподающую и шлюзовую систему.

В соответствующей изобретению установке для плазменной обработки устройство для настройки газовой атмосферы предпочтительно включает в себя систему предкамер и/или вспомогательных камер, причем между камерами этой системы предусмотрены шлюзовые отверстия, через которые может проходить бесконечный материал. Для достижения хорошего шлюзового действия оказалось чрезвычайно эффективным, если, по меньшей мере, одно перепускное отверстие выполнено в виде туннеля, который предпочтительно имеет соотношение между своей длиной и своей шириной в свету, по меньшей мере, 2:1, предпочтительно, по меньшей мере, 4:1. При этом предпоч