BRPI0818025B1 - método para o tratamento de plasma de substratos metálicos ou isolantes, e dispositivo para o tratamento de substratos metálicos ou isolantes por plasma - Google Patents

Abstract

método para o tratamento de plasma de substratos metálicos ou isolantes, e dispositivo para o tratamento de substratos metálicos ou isolantes por plasma a invenção está relacionada a um método e um dispositivo para o tratamento por plasma de substratos metálicos ou substratos isolantes (3) que transitam de forma substancialmente contínua ao longo da extensão de uma câmara de vácuo que possui uma zona de tratamento (2), o plasma sendo mantido por acoplamento indutivo de radiofreqüência na zona de tratamento (2) por meio de um indutor (4) conectado a um gerador de radiofreqüência, em que o indutor (4) está protegido de qualquer contaminação pelo material elétrico emitido pela superfície dos substratos (3) por meio de uma gaiola de faraday (7), que está posicionada entre o plasma e o indutor (4), e em que a gaiola de faraday (7) é em média eletricamente induzida positivamente com respeito aos substratos (3) ou com respeito a um contra-eletrodo presente no plasma.

Description

MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE PLASMA DE SUBSTRATOS METÁLICOS OU ISOLANTES, E DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE SUBSTRATOS METÁLICOS OU ISOLANTES POR PLASMA

[0001] A invenção está relacionada a um método para o tratamento de plasma, em particular para a limpeza e/ou aquecimento na produção em massa, de substratos metálicos ou substratos isolantes, sob a forma de fios, vigas, tubos, chapas, perfis, todos os tipos de cortes transversais, faixas e/ou em chapas, mas também peças dispostas em suportes, ganchos de metal ou cestas exemplo, transportados em uma zona de tratamento por meio de dispositivos em geral, de qualquer tipo, tais como um banco de roletes ou um sistema de transporte monotrilho.

[0002] Neste método, o substrato a ser tratado é movimentado em uma determinada direção em uma câmara de vácuo, com uma área de tratamento em que uma descarga elétrica é criada entre um eletrodo e um substrato, nas proximidades da superfície desse último, por meio de um dispositivo que também é o assunto da invenção.

[0003] O método e dispositivo de acordo com a invenção torna possível, em particular, eliminar uma camada de contaminação no substrato, tal como um óxido metálico superficial e carbono superficial, de modo a promover a adesão de um revestimento aplicado posteriormente por uma técnica de deposição a vácuo. [0004] A invenção também torna possível aquecer eficazmente o substrato e pode, consequentemente, servir para o recozimento de produtos de metal, ou garantir a formação de compostos de superfície por difusão ou reação com o substrato, quando substâncias reativas são adicionadas na forma de gás a uma pressão abaixo 1000 mbar na área de tratamento.

[0005] O método de acordo com a invenção é aplicável a qualquer substrato que seja suficientemente eletricamente condutivo e, portanto, aplicável igualmente bem em substratos de aço doce, aço inoxidável, alumínio, cobre e outros metais, mas também para substratos eletricamente condutivos revestidos com uma fina camada isolante e, em uma modalidade particular da invenção, para substratos isolantes, embora tenha sido desenvolvida essencialmente para uma aplicação industrial que visa o pré-tratamento dos aços doces antes de galvanização pelo método de deposição a vácuo.

[0006] É esta grande flexibilidade de aplicação que confere a este método inovador de uma vantagem considerável em comparação com os métodos de tratamento utilizados até agora no objetivo em particular que visa o tratamento de produtos siderúrgicos.

[0007] Isto ocorre porque, como será explicado a seguir com mais detalhe, este método torna possível, por exemplo, o tratamento de superfícies, não só abertas, mas também parcialmente fechadas, de produtos com todas as formas de seção transversal, contanto que o plasma gerado pelo novo dispositivo seja capaz de se difundir a essas superfícies.

[0008] Este método, através do seu dispositivo de excitação particular, é muito menos sensível à formação de arcos elétricos do que os métodos já conhecidos na arte que se baseiam no aquecimento do plasma pela geração de elétrons secundários.

[0009] Finalmente, este novo método também torna possível, através de uma excitação alternada ou pulsada de um eletrodo diante do produto a ser tratado, o tratamento de superfícies de metal recoberto com substâncias isolantes, tais como chapas de aço, perfis ou vigas revestidas com uma pintura que não conduza corrente elétrica, por exemplo. Técnica Existente [00010] Os métodos conhecidos até agora para a limpeza ou o aquecimento de um produto de metal por plasma tem várias desvantagens: • Eles tornam possível tratar apenas superfícies metálicas, no máximo revestidas com uma camada de óxido de metal de alguns nanômetros de espessura, e, portanto, não torna possível fazer a limpeza de produtos altamente oxidados ou aqueles revestidos com polímeros; • Estes métodos já conhecidos da arte anterior, baseados exclusivamente na geração de um plasma por emissão de elétrons secundários, são extremamente propícios para a formação de arcos elétricos, que podem tornar a descontaminação do substrato muito difícil ou mesmo impossível, e mesmo levar a uma degradação irremediável da superfície deste último pela formação de pontos de fusão de superfície por dissipação da energia dos arcos produzidos. • A arte existente permite apenas o tratamento de substratos metálicos com formas geométricas simples, essencialmente substratos longitudinais com superfícies altamente abertas passantes diretamente através dos dispositivos de tratamento.

[00011] De acordo com a tecnologia já existente, antes da invenção descrita no pedido internacional WO 02/12591, não era, por exemplo, possível tratar, em uma única operação, todas as faces externas de produtos metálicos, tornando impossível tratar vigas, tubos e perfis, por exemplo, mas também complicando muito o tratamento de chapas por causa das variações na largura das tiras e os inevitáveis movimentos de deslocamentos laterais desses em uma linha de produção de indústria que se movimenta continuamente e em particular para o tratamento de chapas de aço. Isso ocorre porque os métodos existentes envolvem a criação, na superfície do substrato, de uma descarga magnetrônica mediante dispor arranjos de magnetos na parte de trás da superfície a ser tratada. Isso, obviamente, limitou essa tecnologia para o tratamento de chapas e tiras relativamente finas, a fim de obter um campo magnético suficientemente forte para permitir a formação de um plasma por descarga magnetrônica nas proximidades da superfície oposta àquela atrás da qual os arranjos de magnetos foram dispostos.

[00012] Este é particularmente o caso com chapas de aço doce, que também necessitam ser também saturadas pelo campo de indução magnética. O dispositivo descrito em WO 02/12591, que utiliza pelo menos um espelho magnético que um produto longitudinal deve passar, resolve esta dificuldade, mas também tem desvantagens importantes quanto a um grande número de aplicações práticas. Isso ocorre porque, embora esse dispositivo permita o tratamento de produtos de grandes comprimentos e de quaisquer formas, tais como vigas com praticamente todos os cortes transversais, perfis, chapas finas ou grossas, tubos, fios, etc., na prática, mais uma vez isso tem alguns inconvenientes para o tratamento das extremidades dos produtos que sejam longos e que, portanto, não passam diretamente através do dispositivo de tratamento. Neste caso, a zona de descarga magnetrônica na superfície do produto a ser tratado, limitada ao comprimento do substrato na área de tratamento, pode revelar-se insuficiente para formar um plasma estável por causa de um confinamento axial do plasma que é insuficiente na direção do espelho magnético que o produto não passa. Para superar esse problema, um meio simples consiste, durante o tratamento das extremidades, em aumentar a energia elétrica útil a fim de manter a densidade do plasma, mediante aumento da taxa de ionização, de modo a compensar quanto às perdas de plasma por difusão axial ambipolar na direção do espelho que o produto não passa. Isso todavia complica enormemente o gerenciamento do sistema. Uma outra desvantagem deste dispositivo é que apenas com dificuldade que ele permite o tratamento de produtos possuindo superfícies internas altamente fechadas. Desse modo, por exemplo, este dispositivo permite o tratamento de toda a superfície de vigas de forma-U, forma-T ou forma-I, mas apresenta mais dificuldades com o tratamento da superfície interna de forma-U parcialmente fechada ou de um tubo dividido ao longo da extensão de seu eixo.

[00013] Uma outra desvantagem deste dispositivo está relacionada ao fato de que as características elétricas do plasma dependem essencialmente da geometria e características da superfície do substrato, que podem criar instabilidades durante o tratamento em paralelo de vários substratos, como por exemplo a passagem em vigas paralelas na área de tratamento. Neste caso, a descarga é passível de não se formar sobre a totalidade dos substratos colocados em paralelo na área de tratamento uma vez que o plasma se forma preferencialmente nas áreas de menor impedância e determinados produtos podem não ser tratados.

[00014] Uma outra desvantagem também ocorre quando um substrato está recoberto em áreas determinadas com um material isolante impedindo a simetria axial necessária para o funcionamento da descarga magnetrônica descrita em WO 02/12591 e o tratamento da peça fica então impossível.

[00015] Um inconveniente frequente na prática dos dispositivos e métodos conhecidos até agora se apresenta quando o substrato está altamente contaminado com um óxido metálico. Neste caso, a impossibilidade de controle independente do fluxo de íons no substrato e da tensão de descarga promove a formação de arcos elétricos, o que limita consideravelmente a densidade de energia útil, o que pode limitar enormemente a densidade útil de energia, o que pode tornar impossível descontaminar um substrato sem o risco de danificar sua superfície com o desenvolvimento de arcos pontuais.

Descrição Geral da Invenção [00016] O método proposto e um dispositivo de acordo com a invenção têm por objetivo solucionar essas desvantagens através dos seguintes meios: • O aquecimento do plasma não é mais dependente da emissão de elétrons secundários, mas é, fundamentalmente, ôhmico e estocásticos por acoplamento indutivo de radiofrequência (RF) de acoplamento indutivo de energia eletromagnética, o que torna possível o tratamento de substratos que estejam fortemente contaminados, ou mesmo cobertos na superfície com materiais eletricamente isolantes, e de formas variadas. Por exemplo, é possível tratar as extremidades de substratos de comprimento, substratos que não sejam necessariamente alongados ou superfícies internas de substratos altamente fechados. • Na concretização principal da invenção, o sistema contra-eletrodo/substrato, que não mais atua na criação do plasma, propicia controle independente da diferença de potencial na aceleração dos íons no sentido ao substrato e o fluxo deles sobre o substrato. Isso ocorre porque o fluxo de íons depende apenas da densidade do plasma e é diretamente proporcional à energia de RF acoplada na descarga.

[00017] O acoplamento indutivo é um processo relativamente simples e, além disso conhecido, e significa a criação de um plasma de alta densidade numa dada energia, em comparação com um acoplamento capacitivo para o qual a maior parte da energia de RF é utilizada na aceleração dos íons no envoltório.

[00018] O acoplamento RF indutivo é geralmente aplicado por meio de um solenóide indutor posicionado fora de uma câmara de vácuo formada a partir de um material dielétrico (cerâmica, vidro ou quartzo) para permitir a transmissão da energia eletromagnética. Em estações de tratamento industrial do tipo previsto pela invenção, que dizem respeito ao tratamento de vigas e chapas de aço, por exemplo, o tamanho das câmaras de vácuo é tal que as forças que seriam geradas pela pressão externa da atmosfera tornaria extremamente complexo, ou até mesmo perigoso, construir parte da câmara de vácuo desse tamanho a partir de materiais dielétricos. Isto ocorre porque, devido às dimensões excedendo um metro, construções mecanicamente soldadas, feitas de aço ou de alumínio providas com reforçadores, são inevitáveis. Essas restrições mecânicas torna necessário posicionar o indutor no interior da câmara de vácuo, o que implica em dificuldades de natureza elétrica para as quais a invenção proporciona soluções.

[00019] O tratamento de descontaminação de peças metálicas, na sequência do bombardeamento de íons da superfície destes, produz uma alta emissão de átomos provenientes da camada de contaminação removida, a partir do que é necessário proteger o indutor, que deve se conservar com uma resistência superficial tão pequena quanto possível, a fim de minimizar as perdas por efeito Joule. O indutor é, por exemplo, formada por um solenóide. Em geral, o indutor é, por exemplo, feito de cobre sendo vantajosamente revestido em sua superfície com um depósito de prata, a fim de reduzir a resistência superficial na medida do possível, uma vez que a corrente de RF flui essencialmente na superfície do indutor.

[00020] A proteção da superfície de acoplamento do indutor contra qualquer contaminação pelo material emitido pela superfície descontaminada, tal como por exemplo ferro, é assegurada, de acordo com a invenção, por meio de uma tela de Faraday dispostos em sua vizinhança com uma forma semelhante àquela que do indutor, o projeto da qual permite não só a proteção total da face ativa do indutor, mas também da ótima transmissão da energia eletromagnética da RF na área de tratamento.

[00021] Em uma configuração especialmente vantajosa, a tela de Faraday é formada por uma estrutura de metal disposta no interior de um solenóide indutor, e tem uma série de fendas paralelas entre si e perpendiculares à direção do fluxo da corrente de indução que transita através do solenóide. Cada fenda é protegida por um elemento metálico longitudinal firmado à tela de Faraday e colocado no mesmo lado da área de tratamento em alinhamento com a fenda numa pequena distância da última a fim de não produzir curto-circuito na capacitância elétrica criada pela fenda. Um elemento longitudinal é, portanto, posicionado diante de cada fenda na tela de Faraday, de modo a impedir a contaminação de chegar até a superfície do solenóide através dessas fendas.

[00022] A tela de Faraday e os elementos longitudinais que protegem as fendas longitudinais são montados por meio de dois flanges posicionados preferivelmente fora da área de influência do indutor. Os flanges são vantajosamente resfriados com água. Esses flanges devem ficar preferencialmente fora da área de influência do solenóide indutor e ficarem realmente desse modo quando a tela de Faraday possuir comprimento suficientemente grande tal que eles se situem fora do solenóide e suficientemente afastados das extremidades do último a fim de não servirem de assentamento de correntes induzidas. É uma possibilidade vantajosa combinar com essa medida geralmente uma, e algumas vezes, várias seções de isolamento nos flanges de apoio da tela Faraday, de modo que estas últimas não constituam um circuito elétrico fechado, o que reduz ainda mais o nível da corrente induzida na tela de Faraday.

[00023] Apenas simulações tornam possível determinar o melhor arranjo das fendas longitudinais, a posição dos flanges em relação ao indutor e o número de seções de isolamento a ser fornecido por flange. O arranjo ideal é aquele que leva à máxima de transmissão da energia eletromagnética irradiada pelo indutor através da tela de Faraday.

[00024] A tela de Faraday é, de acordo com a invenção, eletricamente polarizada, positivamente em média com o passar do tempo com respeito ao substrato ou em relação a um eletrodo diante dela, a fim de constituir um eletrodo direcionado no sentido ao substrato ou substratos a serem tratados e para permitir o acoplamento da energia necessária para seu tratamento.

[00025] Esse eletrodo constitui, por consequência, de acordo com a invenção, a tela de Faraday acima mencionada e torna possível acumular em sua superfície, sem prejuízo das condições de tratamento do substrato, a camada de contaminação removida dos substratos tratados.

[00026] No dispositivo de acordo com a invenção, a tela de Faraday, consequentemente, constitui um eletrodo condutor adjacente ao plasma, em particular em contato com o plasma, que se polariza em média positivamente com respeito a um contra-eletrodo ou com respeito ao substrato a ser tratado. [00027] O propósito da tela de Faraday, que, portanto forma principalmente o anodo, é o de restabelecer os eletrodos do plasma e desse modo fechar um circuito elétrico no plasma que é criado por outros meios. Esses outros meios se constituem preferivelmente numa excitação eletromagnética de radiofrequência indutiva através da tela de Faraday. Este último, desse modo, acelera os íons presentes no plasma no sentido a um contra-eletrodo o qual é, por exemplo, formado pelo substrato a ser tratado.

[00028] O plasma é gerado no espaço intermediário entre dois eletrodos, ou entre a tela de Faraday e os substratos na área de tratamento, ou entre a tela de Faraday e um contra-eletrodo.

[00029] É crucial impedir a formação de qualquer plasma disperso entre o eletrodo, que forma a tela de Faraday, e o indutor. Para isso, é necessário limitar os espaços livres entre este eletrodo e o indutor para dimensões inferiores a espessura do envoltório de que possa se formar entre essas superfícies e qualquer plasma. A espessura desse envoltório é normalmente menor que, ou em torno de, 1 mm.

[00030] Além disso, é também necessário, a fim de aumentar a reatância capacitiva entre o indutor e o eletrodo que forma a tela de Faraday, a fim de limitar o acoplamento capacitivo, mas também por razões de construção, manter uma separação de pelo menos alguns milímetros entre essas superfícies. Para este fim, geralmente uma distância 1 a 10 cm deve ser mantida entre a tela Faraday e o indutor.

[00031] Para cumprir com estas duas condições, a invenção prevê a colocação de um material intermediário dielétrico no espaço que separa o indutor do eletrodo que forma a tela de Faraday. Quando o indutor e o eletrodo são adequadamente resfriados, por exemplo, pela circulação de água em um circuito de arrefecimento previsto para este efeito, um material polimérico intermediário, tal como o Teflon, pode ser usado, ou de outro modo pode ser feito uso proveitoso de uma espuma de material cerâmico, ou uma lã de vidro ou de alumina, como um material intermediário. Isso ocorre porque o último tem a vantagem de resistir a temperaturas e de limitar os espaços livres onde o plasma pode se formar ao longo das proximidades das fibras adjacentes.

[00032] Infelizmente, com o aumento do espaço entre o indutor e o eletrodo que forma a tela de Faraday, onde o dielétrico intermediário se coloca, embora a reatância acoplamento capacitivo entre os dois eletrodos seja aumentada, a corrente de movimento de RF no sentido da tela Faraday não é suficientemente reduzida, apenas mediante esses meios. Isto é porque, com o aumento desse espaço, a corrente de indução é também movida em afastamento da corrente induzida no plasma, a qual, pelo aumento da reatância indutiva, aumenta a amplitude da voltagem da RF, o que significa um aumento da corrente capacitiva de RF parasita que é objetivada ser reduzida na tela de Faraday.

[00033] É portanto recomendado bloquear essa corrente de RF parasita mediante colocar um filtro de passa-baixa entre o eletrodo que forma a tela de Faraday e o fornecimento elétrico conectado à mesma. Na prática, um filtro que permite apenas a passagem de frequências abaixo 1 MHz e de preferência abaixo 100 kHz é adequado, pois permite uma alternância ou excitação pulsante da tela de Faraday ao mesmo tempo em que bloqueia as correntes de RF no sentido ao gerador ligado à tela de Faraday, enquanto que o sinal de frequência mais baixa do gerador conectado à tela Faraday no sentido ao gerador de RF conectado ao indutor é bloqueado pela alta reatância capacitiva criada pelo espaço entre o solenóide indutor e o eletrodo que forma a tela de Faraday. O filtro de passa-baixa geralmente consiste de uma retenção colocada em série entre a tela de Faraday e seu gerador, e um capacitor conectando uma das extremidades da retenção à terra, mas outras configurações equivalentes também são possíveis.

[00034] O dispositivo de acordo com a invenção é, portanto, diferenciado dos existentes na técnica anterior através da presença de um espaço intermediário suficiente para bloquear um sinal com uma frequência igual a ou menor que a frequência alta no sentido ao indutor acoplado ao uso de um filtro de passa-baixa pretendido a bloquear o sinal de RF, e situado entre a tela de Faraday e o seu suprimento de energia. Neste espaço um plasma não pode se formar devido à presença de um material dielétrico intermediário.

[00035] Blindagem aterrada pode ser vantajosamente provida para proteger todos os dispositivos de tratamento, para permitir fixação mecânica na câmara de vácuo, para proporcionar a fixação de correias para a sua manipulação durante a manutenção e limpeza necessárias após cada campanha de produção, mas também para reduzir a emissão de RF na câmara de vácuo. Neste caso, devem ser tomadas precauções para evitar a formação de plasma difuso entre essa blindagem e o indutor, por um lado e o eletrodo que forma a tela de Faraday, por outro lado, mas as perdas também perdas de corrente através do movimento pelo acoplamento capacitivo de RF à terra. As correntes em curso através do movimento pela RF acoplamento capacitivo para a Terra. As correntes parasitas são reduzidas pela manutenção de espaço suficiente, pelo menos alguns milímetros, entre a superfície interna da blindagem e a superfície externa do solenóide indutor e, se necessário, com os flanges da tela de Faraday.

[00036] Para evitar a formação de aa plasma parasita, é necessário preencher o espaço entre a blindagem e o indutor e a tela Faraday com um material dielétrico intermediário, tal como um polímero, um material cerâmico ou vidro, em forma de um material sólido, espuma, ou um material fibroso. Têxteis feitos de fibra de vidro também podem ser usados naturalmente. Os materiais devem ser compatíveis com as faixas de temperatura preconizadas e não produzirem excessiva liberação de gases durante o uso a fim de não contaminar o substrato durante o tratamento.

Descrição das Figuras [00037] A Figura 1 é uma representação esquemática em perspectiva de uma modalidade particular do dispositivo de acordo com a invenção.

[00038] A Figura 2 mostra uma vista explodida dos diversos elementos que compõem o dispositivo mostrado na figura 1.

[00039] A Figura 3 é uma vista em perspectiva do eletrodo que forma uma tela Faraday da modalidade da invenção mostrada nas figuras 1 e 2.

[00040] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma outra modalidade do dispositivo de acordo com a invenção.

[00041] A Figura 5 mostra uma vista explodida de uma modalidade interessante do dispositivo de acordo com a invenção para uso de uma fonte de plasma.

[00042] A Figura 6 mostra uma vista explodida de uma modalidade interessante do dispositivo de acordo com a invenção para o uso de uma fonte de íons.

[00043] A Figura 7 mostra a fonte de plasma ou a fonte de íons, de acordo com a invenção, quando esta está montada.

[00044] Nas diversas Figuras, sinais referenciais iguais estão relacionados a elementos similares ou idênticos.

Descrição Detalhada da Invenção 1. O dispositivo De acordo com a Invenção [00045] Um dispositivo de acordo com uma modalidade particularmente interessante da invenção é representado esquematicamente nas figuras 1 a 3. Este dispositivo 1 está montado em uma câmara de vácuo e compreende uma área de tratamento 2, na qual um ou mais substratos de metal podem transitar de forma substancialmente contínua. Essa área de tratamento 2 está situada no interior do dispositivo.

[00046] Na figura 1 é mostrado um dispositivo através do qual três vigas de metal 3 se movimentam, paralelas uma em relação a outra, em sua direção longitudinal. As vigas são apoiadas por três bancos de roletes, que não são mostradas nas figuras, a montante e a jusante do dispositivo de tratamento.

[00047] O dispositivo dispõe de meios para gerar um plasma na área de tratamento 2. Estes meios incluem, entre outras coisas, um indutor 4 acoplado a um gerador de radiofrequência para a geração de um plasma na área de tratamento 2 por acoplamento indutivo de radiofrequência. O indutor 4, que pelo menos parcialmente circunda a área de tratamento 2, é vantajosamente formado por um solenóide compreendendo uma passagem. Este indutor 4 é conectado ao gerador de radiofrequência (não mostrado) por conectores 5 e 6 providos para essa finalidade, por meio de um circuito de casamento de impedância do circuito, também não mostrado. Um dos conectores de 5 ou 6 pode ser conectado ao gerador de radiofrequência e o outro dos conectores 5 e 6 é então conectado à terra. Fica claro que outras configurações equivalentes, como uma configuração simétrica, que reduz a amplitude da voltagem de radiofrequência por um fator de dois em relação à terra, também são possíveis.

[00048] Um eletrodo formando uma tela de Faraday 7 é provida entre o indutor 4 e a área de tratamento 2, onde o plasma forma e protege o indutor de qualquer contaminação pelo material emitido pela superfície do substrato. Esse eletrodo 7 é suprido com energia elétrica DC, que pode ter a possibilidade de ser pulsada, ou com energia elétrica de alta frequência (HF) com uma frequência abaixo 1 MHz de acordo com a aplicação objetivada. O eletrodo 7 tem um conector 8 para ser suprido com energia DC ou HF.

[00049] Para ser capaz de resfriar o eletrodo 7, o último tem um circuito de circulação de água suprida por um conector 9 e descarregada por um conector 10.

[00050] O indutor 4 e tela de Faraday 7 são na forma de uma manga que envolve a área de tratamento 2. O eixo longitudinal da manga corresponde substancialmente para a direção de trânsito dos substratos. A luva tem uma abertura de entrada e uma abertura de saída através da qual o substrato pode entrar na área de tratamento 2 e deixá-lo.

[00051] Como mostrado na figura 3, o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 consiste em uma parte central situada entre dois flanges 12 e 13. Esses flanges 12 e 13 são produzidos de um material eletricamente condutivo e são em forma anular. A parte central é composta por uma sucessão tiras 14 que se prendem com as suas extremidades opostas, respectivamente aos flanges 12 e 13. Entre as tiras 14, fendas 15 estão presentes. Estas fendas 15 se estendem preferentemente paralelas à direção do curso dos substratos, ou, em outras palavras, substancialmente paralelas ao eixo do solenóide que constitui o indutor 4. Assim, essas fendas 15 são substancialmente perpendiculares à direção de fluxo da corrente de indução no indutor 4.

[00052] As fendas 15 são protegidos por membros longitudinais 16 colocados no interior do eletrodo que forma a tela de Faraday 7, na área de tratamento 2, e apoiada pelos flanges 12 e 13 deste eletrodo 7. Uma pequena distância é mantida entre os elementos longitudinais 16 e as tiras 14 de modo a não fazer curto-circuito das fendas 15 e, de modo a permitir que o campo eletromagnético gerado pelo indutor 4 para estender tanto quanto possível para a área de tratamento 2. Um dos flanges 12 é provido com os já mencionados conectores 9 e 10 para seu circuito de resfriamento por água e com o conector 8 para a polarização elétrica do eletrodo 7 relativamente ao substrato 3 por meio de um suprimento de energia elétrica DC ou HF.

[00053] É claro que o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 não é necessariamente formada por uma sucessão de tiras, mas também pode incluir uma chapa metálica provida com uma sucessão de aberturas em forma de fendas.

[00054] Em uma variante da modalidade do dispositivo acima descrito, os flanges 12 e 13 podem ter pelo menos um recorte de modo a não formar um circuito fechado e contribuir para a redução da amplitude das correntes que sejam possivelmente ali induzidas pelo indutor 4.

[00055] O eletrodo que forma uma tela de Faraday 7 é preferivelmente recoberto com um material dielétrico 11 antes de ser introduzido no interior do indutor 4.

[00056] O indutor 4 é protegido por um material dielétrico intermediário 17 antes de ser recoberto pela blindagem 18. O último é geralmente eletricamente ligado à terra. Esta blindagem tem aberturas 18, 19, 20 e 21 que permitem a passagem dos conectores 5 e 6. A blindagem 18 pode também, em alguns casos, ser mantida em um potencial flutuante mediante seu isolamento da terra por meio de seus pontos de fixação na câmara de vácuo.

[00057] A Figura 4 é uma representação esquemática de uma configuração específica do dispositivo de acordo com a invenção. Esta configuração permite que produtos longos de alta tonelagem sejam tratados, tais como vigas 3 com uma seção transversal de forma-I. A seção transversal do dispositivo 1 é adaptada à seção transversal do produto 3. Nesta configuração o dispositivo de tratamento 1 compreende o indutor de 4 e um eletrodo que forma a tela de Faraday 7, os flanges 12 e 13 que emergem do indutor 4 a fim de não serem origem de correntes elétricas induzidas. O material intermediário dielétrico 17 e a blindagem 18 não são mostrados, a fim de enfatizar a parte ativa do dispositivo. O material intermediário dielétrico 11 não é visível, uma vez que está situado entre o indutor 4 e o eletrodo 7. O indutor 4 é abastecido com energia de RF pelos conectores 5 e 6. Uma abertura 22 fica na parte superior do dispositivo de tratamento 1, que se necessário torna possível transportar o produto a ser tratado por meio de um suporte suspenso sob um monotrilho, não mostrado. Esse monotrilho se movimenta fora da área de tratamento 2.

[00058] Também é possível imaginar uma situação onde a abertura esteja na parte inferior do dispositivo 1. Isso permite que os materiais a serem transportados através da área de tratamento 2 sobre os carros transitem sobre um ou mais trilhos. Uma abertura orientada para baixo 22 também torna possível recuperar detritos soltos provenientes da camada de contaminação que se acumula sobre o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 em um vaso de recuperação, não mostrado.

[00059] É útil salientar que o indutor, que pode, em uma das suas formas particularmente vantajosas, ser formado por um solenóide compreendendo uma ou mais espiras, pode ter de modo geral qualquer geometria. Isto é porque, os campos eletromagnéticos induzidos pelo indutor ficando confinados na periferia do plasma e nas vizinhanças do eletrodo que forma a tela de Faraday que protege o indutor, a força do campo eletromagnético fica substancialmente independente da geometria geral do dispositivo e de qualquer proximidade de outros dispositivos independentes. Isso pode ser aproveitado em aplicações específicas. Por exemplo, para tratar uma face em particular de um substrato seria possível fornecer um indutor e um eletrodo formando uma tela de Faraday, a superfície do qual, com uma forma similar, fica substancialmente paralela a essa face e diante da qual o produto possa passar.

[00060] Assim, é possível, por exemplo, para tratar de forma independente por este método, as duas faces de uma chapa de aço, passantes em frente de um dispositivo plano consistindo de um indutor plano protegido por seus eletrodos formando uma tela de Faraday oposta à face a ser tratada. Essa configuração por girar sobre a chapa horizontalmente em 180°, torna possível tratar as duas faces da chapa com os dispositivos situados sob a chapa, e os eletrodos dos quais que formam a tela de Faraday podem servir como vasos para recolher a camada de contaminação.

[00061] Outra vantagem deste projeto modular do dispositivo é ser capaz de limitar a reatância do indutor, limitando o comprimento percorrido pela corrente, mas também dividir a energia de radiofrequência sobre os diversas condutores quando grandes produtos são tratados. Se for necessário, por exemplo, tratar o corpo completo de um carro, é possível projetar um sistema com quatro dispositivos, onde dois dispositivos têm uma largura 2 metros para o tratamento das faces superiores e inferiores da carroçaria e onde dois dispositivos possuem uma largura 1,5 metros para tratar as laterais da carroceria. Esse projeto modular permite também adaptar a geometria dos dispositivos para o tratamento das superfícies internas de alguns produtos, ou para mover lateralmente os dispositivos e, portanto, perpendicular à direção do movimento dos substratos tratados, a fim de se adaptar às particulares dimensões transversais de diferentes substratos. 2. condições operacionais e configurações particulares da invenção 2.1. Natureza e pressão dos gases de tratamento [00062] Para a limpeza de produtos metálicos, em particular aços na forma de produtos de grande comprimento e produtos planos, a pressão do gás presente na câmara de vácuo é fixada entre 0,05 Pa e 5 Pa (5 x 10 mbar e 5 x 10 mbar).

[00063] Este gás é geralmente composto 100% de argônio. Em aplicações específicas, o argônio pode ser combinado com o oxigênio, hidrogênio, ou eventualmente de outros gases raros, como por exemplo, He, Kr e Xe.

[00064] Quando o dispositivo de acordo com a invenção é utilizado para aquecimento de produtos com, possivelmente, tratamento por difusão de um elemento trazido na forma de uma molécula gasosa que o contenha, o grãs de tratamento é em geral argônio, possivelmente misturado com gases contendo os elementos a serem difundidos na superfície do produto tratado no caso de tratamento reativo com a superfície do substrato. Um tal gás pode, por exemplo, compreender gases de hidrocarbonetos para a difusão de carbono na superfície de um produto, ou gases organometálicos para adicionar metais a esta superfície. A pressão total do gás deve ser em geral superior a 5 Pa, a fim de evitar a erosão da superfície do substrato por pulverização catódica e de preferência entre 5 Pa e 100 Pa (0,05 mbar e 1 mbar). 2.2. Radiofrequência de excitação do indutor [00065] O indutor 4 é vantajosamente excitado com uma frequência de excitação entre 1 MHz e 170 MHz, e de preferência entre 1 e 30 MHz, em especial, de 13,56 MHz, de acordo com o comprimento percorrido pela corrente no indutor. As frequências mais baixas são escolhidos para dispositivos com grandes secções, a fim de reduzir a impedância da restrição do indutor. Por esta mesma razão, o indutor geralmente tem apenas uma espira, o que também torna possível construir dispositivos possuindo uma abertura como descrito acima e mostrado, por exemplo, na Figura 4. Desse modo, isso permite o uso de dispositivos de transporte suspensos em um monotrilho ou em carros de transporte, e/ou a remoção da camada de contaminação que poderia possivelmente se desprender do eletrodo que forma a tela de Faraday em um vaso de recuperação sob o dispositivo de tratamento.

[00066] Preferencialmente a frequência convencional de 13,56 MHz é usada, mas as frequências abaixo de 10 MHz e, em particular entre 2 MHz e 5 MHz são vantajosas para as unidades industriais, onde o comprimento percorrido pela corrente no indutor seja superior a 3 metros. A energia da radiofrequência útil por dispositivo varia de acordo com o tamanho do dispositivo, mas em geral deve ser igual ou superior a 5 kW. Normalmente esta energia está entre 5 kW e 30 kW por indutor embora potências maiores ou menores possam ser vislumbradas. 2.3. Excitação do eletrodo que forma a tela de Faraday [00067] O eletrodo que forma a tela Faraday é polarizado positivamente com respeito ao substrato tratado com um contra-eletrodo situado entre a tela de Faraday e o substrato. Esse substrato ou esse contra-eletrodo está geralmente, mas nem sempre, conectado ao aterramento da unidade industrial. A energia média durante um ciclo de polarização, com relação ao potencial do substrato tratado ou do contra-eletrodo, deve ser positiva, o que significa dizer que, a relação entre a integral da tensão ao longo de um período relativamente ao é positiva. A polarização pode ser DC, AC retificado, ou AC polarizada positivamente com relação ao substrato ou contra-eletrodo com qualquer impulsos negativos.

[00068] A frequência de excitação do eletrodo que forma a tela Faraday deve ser inferior em pelo menos um fator 10 em relação à radiofreqüência acoplada ao indutor. Na prática, essa frequência de excitação é menor que 1 MHz e de preferência inferior a 100 kHz. No caso de uma corrente DC, essa frequência de excitação é zero, em especial, com pulsos possivelmente negativos.

[00069] Um suprimento elétrico está conectado ao eletrodo que forma a tela de Faraday e ao substrato ou ao eletrodo que estejam diante dele. Esse suprimento é regulado para fornecer energia proporcionalmente à área dos substratos que estejam diante do eletrodo que forma a tela de Faraday e que se movimenta diante desse eletrodo ao longo da extensão da área de tratamento.

[00070] É oportuno mencionar que a energia aplicada ao eletrodo que forma a tela de Faraday é, de preferência, pelo menos, igual à energia de radiofrequência aplicada ao indutor para que o plasma seja criado. Esta energia aplicada ao eletrodo é vantajosamente maior que a energia de radiofrequência aplicada. Na verdade, o método é de todo modo mais econômico, quanto maior a relação de energia do eletrodo que forma a tela de Faraday relativamente a energia de radiofreqüência acoplada pelo indutor. Esse ponto é importante para aplicações metalúrgicas objetivadas onde as potências envolvidas são consideráveis e os custos do investimento e usos de fornecimentos de RF são muito maiores que aqueles dos fornecimentos de funcionamento nas frequências abaixo de 100 kHz. 2.4. Condições a serem satisfeitas pelo substrato passante pelo tratamento [00071] O substrato metálico que passa através do dispositivo de tratamento deve ter dimensões transversais limitadas de modo a não dar origem a correntes induzidas. Para isso, o substrato não deve em nenhum caso estar em contacto e estar suficientemente afastado da zona periférica do plasma que constitui ao origem da corrente induzida pelo indutor. Essa zona periférica do plasma, que é geralmente em torno de um centímetro de espessura, onde essencialmente a totalidade da corrente eletrônica induzida no plasma circula e onde a transferência de energia ocorre entre o campo elétrico induzido e os elétrons da descarga por meio de processo estocástico e colisional, protege o substrato contra a geração de qualquer corrente induzida sobre sua superfície. O papel dessa camada de corrente induzida na periferia do plasma onde portanto essencialmente a totalidade do campo eletromagnético (EM) está situado, é essencial uma vez que torna possível obter um campo eletromagnético desprezível na área de tratamento no ponto onde passa o substrato tratado. O plasma, portanto, fornece uma blindagem efetiva contra a propagação das ondas eletromagnéticas, a amplitude das quais é muito rapidamente atenuada na direção do eixo do dispositivo. É essa característica física que torna possível, no dispositivo de acordo com a invenção, o tratamento de materiais condutivos e em particular de materiais ferromagnéticos tais como um aço doce.

[00072] Para esse propósito, é necessário (1) que exista um plasma anterior à passagem do substrato através da área de tratamento, ou (2) que um plasma de ignição possa ser criado por um meio diferente a partir do indutor antes do indutor ser colocado sob o poder da radiofrequência, e (3), como já mencionado acima, que o substrato tratado passe suficientemente longe da zona periférica de plasma, onde praticamente toda a corrente eletrônica induzida no plasma flui. Na prática, qualquer ponto sobre a superfície do substrato não irá se aproximar a menos de 5 cm da superfície do eletrodo que forma a tela Faraday orientada no sentido do plasma. O campo eletromagnético induzido diminui exponencialmente em função da distância medida perpendicularmente em relação à superfície do plasma que se movimenta em afastamento do indutor. A uma distância de 5 cm, a atenuação da amplitude do sinal é geralmente em torno de 99% do seu valor inicial.

[00073] Por conseguinte, o plasma é gerado por indução de radiofrequência nas proximidades da superfície do indutor, antes do substrato ou substratos passar a ser tratado em conformidade com este indutor, ou qualquer outro dispositivo para gerar um plasma de ignição é provida a criação de um plasma antes da energia de radiofrequência é acoplado ao indutor quando o substrato estiver pelo menos parcialmente presente em consonância com o indutor.

[00074] Um dispositivo para a ignição capacitiva do plasma, no caso em que o fornecimento de radiofrequência passa a ser cortado durante o tratamento de um substrato, é particularmente bem adequado para a aplicação. É também possivelmente vantajoso tirar proveito da alta voltagem gerada no já mencionado conector 5 ou 6 do indutor, quando este estiver ligado, fazendo uso de um eletrodo de ignição situado na área de tratamento nas proximidades do eletrodo que forma a tela de Faraday. Esse eletrodo de ignição está conectado ao já mencionado conector 5 ou 6 para permitir um plasma de ignição capacitiva entre esse eletrodo de ignição e o substrato, por exemplo. 2.5 Uso de espelhos magnéticos [00075] A fim de reduzir as perdas de plasma por difusão ambipolar nas aberturas de entrada e de saída situadas nos flanges mencionados 12 e 13 do dispositivo de acordo com a invenção, pode ser feita utilização de espelhos magnéticos constituídos por solenóides, com uma passagem de corrente elétrica passante que seja preferivelmente uma corrente DC. Estes dois solenóides são vantajosamente posicionados, de modo a envolver os flanges 12 e 13. Uma forma simples consiste em dispor em torno da blindagem 18 dois solenóides posicionados em alinhamento com os flanges 12 e 13. Estes solenóides são alimentados com correntes por meio de um gerador elétrico independente para criar um campo de indução magnética máxima, de acordo com cada solenóide. 3. Exemplos de Aplicações Práticas 3.1. Dispositivo de limpeza para produtos de aço de grandes comprimentos de secções transversais médias [00076] O dispositivo utilizado é do tipo mostrado nas figuras 1 a 3. O produto tratado tem uma superfície específica nominal total 2 m2/m. As principais dimensões internas do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 são 1 m x 0,3 m, com um comprimento axial útil de 0,55 m. O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é resfriado com água. O solenóide indutor 4 é feito de cobre e refrigerado com água, e sua superfície interna está situada a 2 cm da superfície externa do plasma induzido.

[00077] O dispositivo é fixado em uma câmara de vácuo entre os dois bancos de roletes que permitem aos produtos 3 serem transportados na área de tratamento 2. A blindagem 18 é mantida aterrada. A câmara de vácuo é fornecida com argônio a uma pressão de 5 x 10-3 mbar e temperatura de 300°K.

[00078] Nestas condições, um dispositivo de ignição capacitiva, que inclui um eletrodo conectado ao conector 6 do indutor 4 é usado. É feito uso do produto aterrado 3 como um contra-eletrodo. Depois da ignição capacitiva do plasma, a plasma é mantido por indução, através do solenóide indutor 4, embora dissipando nele uma energia elétrica útil 15 kW a 13,56 MHz.

[00079] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 está ligado a um gerador de corrente contínua, que mantém uma energia de 57 kW entre este e o produto, garantindo a limpeza da superfície do produto pelo bombardeamento de íons a uma tensão de 600 V. O inverso do coeficiente de atenuação do campo eletromagnético na periferia da plasma é igual a 1,14 cm. A periferia do plasma significa a espessura de pele do plasma onde essencialmente a corrente induzida flui.

[00080] Quando o indutor do dispositivo é excitado não a 13,56 MHz, mas em 3,39 MHz, todas as outras condições permanecendo iguais, as características do plasma permanecem inalteradas, mas a impedância do circuito de excitação entre os conectores 5 e 6 do indutor 4 é mais baixa. 3.2. Dispositivo de limpeza para produtos de aço de grande comprimento com secção transversal alta [00081] O dispositivo utilizado é do tipo mostrado na Figura 4 e é provido com blindagem 18 e um material intermediário dielétrico 17, não mostrado neste material. O produto tratado tem uma superfície específica total nominal de 3 m2/m. As principais dimensões internas do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 são 0,8 m x 0,9 m com um comprimento axial útil de 0,5 m.

[00082] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é resfriado com água. O solenóide indutor 4 é feita de cobre e refrigerado com água e sua superfície interna está situado a 2 cm da superfície externa do plasma induzido. O dispositivo é fixado em uma câmara de vácuo entre os dois bancos de roletes que permitem o produto 3 ser transportado na área de tratamento. A blindagem 18, é aterrada. A câmara de vácuo é fornecido com argônio a uma pressão de 5 x 10-3 mbar e temperatura de 300°K. [00083] Nestas condições, um dispositivo de ignição capacitiva consiste de um eletrodo conectado ao conector 6 e utilizando o produto aterrado 3 como um contra-eletrodo, faz ignição do plasma, o qual é em seguida mantido por indução por meio do solenóide indutor 4, que nele dissipa uma energia elétrica útil de 15 kW a 13,56 MHz.

[00084] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é conectado a um gerador de corrente contínua, que mantém uma energia de 50 kW entre este e o produto, garantindo a limpeza da superfície do produto pelo bombardeamento de íons a uma tensão de 600 V. O inverso do coeficiente de atenuação do campo eletromagnético na periferia da plasma é igual a 1,37 cm. A periferia do plasma significa a espessura de pele do plasma onde a corrente induzida essencialmente flui. 3.3 Dispositivo adaptado para a limpeza de chapas de aço continuamente [00085] O dispositivo utilizado é do tipo mostrado nas figuras 1 a 3. O produto tratado tem uma superfície total nominal específica de 3 m2/m. Ela é em particular uma chapa de 1,5 m de largura. As principais dimensões internas do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 são 1,7 m x 0,2 m com um comprimento axial útil de 0,7 m. O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é resfriado com água. O solenóide indutor 4 é feito de cobre e refrigerado com água e sua superfície interna está situada a 2 cm da superfície externa do plasma induzido. O dispositivo é fixado em uma câmara de vácuo para que a chapa que se move verticalmente passe através dele em seu plano médio. A blindagem 18, é aterrada. A câmara de vácuo é suprida com argônio a uma pressão de 5 x 10-3 mbar e numa temperatura de 300°K.

[00086] Nestas condições, um dispositivo de ignição capacitiva consiste de um eletrodo conectado ao conector 6 e utilizando o produto aterrado 3 como um contra-eletrodo, faz ignição do plasma, o qual é em seguida mantido por indução por meio do solenóide indutor 4, que nele dissipa uma energia elétrica útil 25 kW a 13,56 MHz.

[00087] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é conectado a um gerador DC, que mantém uma energia de 148 kW entre este e o produto, garantindo a limpeza da superfície do produto pelo bombardeamento de íons a uma tensão de 900 V. O inverso do coeficiente de atenuação do campo eletromagnético na periferia da plasma que significa a espessura de pele do plasma onde a corrente induzida flui principalmente, é igual a 1,2 cm sob essas condições operacionais. 4. O dispositivo de acordo com a invenção formando uma fonte de plasma ou de uma fonte de íons [00088] Os princípios da invenção também permitem criar uma fonte de plasma ou de uma fonte de íons.

[00089] A Figura 5 mostra uma configuração específica do dispositivo de acordo com a invenção para a utilização de uma fonte de plasma. Nesta configuração, a produção de um plasma os íons dos quais são acelerados numa dada energia é feita sem precisar polarizar qualquer substrato. Isso ocorre porque a polarização não é mais estabelecida entre o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 e um substrato condutor, mas sim entre o eletrodo 7 e um contra-eletrodo 23, sob a forma de uma grade 24. O contra-eletrodo 23 tem aberturas com uma dimensão característica “d”. A dimensão característica "d" das aberturas formadas em uma grade de extração 24 é tipicamente em torno da espessura da capa que se forma naturalmente na interface do plasma e esse contra-eletrodo 23 mantido em seu potencial de extração.

[00090] O espaçamento ideal entre as aberturas na grade 24 é de cerca de duas vezes a espessura do envoltório correspondente à densidade do plasma produzido pelo indutor e em relação à polarização média positivamente aplicada ao eletrodo que forma a tela de Faraday 7 em relação a esta grade 24. Isto é porque, nestas condições para a fonte de plasma, o plasma não pode se difundir através das aberturas por definição e as linhas de campo que determinam o trajeto dos íons que então passam através dessas aberturas são regidos pelas leis da eletrostática.

[00091] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é na forma de um vaso com um fundo 25 e paredes laterais 26. Fendas 15 são providas na parte inferior 25, estendendo-se paralelas entre si e substancialmente perpendiculares à direção de fluxo da corrente indutora no indutor 4.

[00092] O potencial de extração da grade 24 é naturalmente em média negativo com respeito ao potencial do eletrodo que forma a tela de Faraday 7, que é em média positivamente, de acordo com a invenção. Isso é porque este é o potencial do eletrodo que forma a tela de Faraday 7, que é fixado com relação ao contra-eletrodo 23. O potencial do contra-eletrodo 23 pode ser vantajosamente o da terra. Sob essas condições, as linhas de campo elétrico formado no envoltório do plasma passam, principalmente através da grade 24 se a proporção de abertura da área dessa grade 24 for alta comparada com a sua superfície total projetada. Isto pode ser conseguido por exemplo, mediante utilizar fios metálicos interceptantes feitos de tungstênio, molibdênio, aço ou outro material com uma dimensão menor do que a dimensão "d" das aberturas. Normalmente, a dimensão de "d" é de cerca de 1 milímetro sob condições normais de uso, e é possível utilizar fios metálicos de uma fração de um milímetro para formar a grade de extração 24. [00093] Em uma outra modalidade desta forma particular da invenção, a grade 24 pode consistir de fios paralelos separados um do outro por uma distância "d".

[00094] Isso é porque, quando o potencial do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é em média de +600 V com relação ao contra-eletrodo 24, com uma densidade de plasma no limite do envoltório de cerca 2 x 1011 cm-3 em íons argônio, uma espessura de envoltório de 1,2 mm é normalmente observada. A grade 24 pode vantajosamente estar em contato elétrico com a blindagem 18, a qual é, se necessário, conectada ao aterramento.

[00095] Nestas condições, os íons, que seguem as linhas de campo, passam através das aberturas na grade de extração 24 com uma energia cinética determinada pelo potencial do envoltório formado entre o plasma e essa grade 24, propriamente determinado pelo potencial fixado no eletrodo que forma a tela de Faraday 7 com respeito ao contra-eletrodo 23. No exemplo anterior, os íons são extraídos a partir da fonte com uma energia em torno de 600 ev.

[00096] A fim de evitar a formação de uma carga espacial positiva, o fluxo de íons é geralmente neutralizado por um fluxo de elétrons gerado por uma fonte independente de elétrons. Um meio mais elegante e menos dispendioso consiste da utilização de um suprimento elétrico pulsado a fim de polarizar o eletrodo que forma a tela de Faraday 7. Isso é porque, sob essas condições, pela imposição de pulsos negativos de curta duração mas repetidos no eletrodo que forma a tela de Faraday 7, os elétrons são ativados para escapar através das aberturas na grade, o que é positivo pelo pulso com respeito ao eletrodo que forma tela de Faraday 7, e para neutralizar eletricamente o fluxo de íons.

[00097] Isso é portanto realmente uma fonte de plasma. A duração dos pulsos negativos em comparação com aquela da polarização positiva pode parecer muito baixa. O mesmo se aplica ao valor absoluto do potencial de pulso negativo. Ele pode permanecer baixo comparado com o valor do potencial positivo, dado que a mobilidade dos elétrons é muito maior que aquela dos íons.

[00098] As fendas 15 são produzidas no eletrodo que forma a tela de Faraday 7. Estas fendas 15 podem naturalmente, estarem protegidas pelos elementos longitudinais 16 não mostrados na Figura 5 e fixados às paredes 26 do eletrodo 7. Essas paredes 26 são equivalentes aos flanges 12 e 13 mostrados nas Figuras 1 a 4.

[00099] A geometria da fonte de plasma não está de nenhum modo limitada à geometria de plano da Figura 5. Isso ocorre porque a geometria pode ser aquela de uma estrutura fechada como mostrado nas Figuras 1 a 4. Nesse caso particular de configuração geométrica, a grade de extração 24 precisa ter uma geometria similar àquela do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 e posicionada acima das paredes 26 de modo a serem eletricamente isoladas do potencial da tela de Faraday 7. [000100] Na Figura 6, uma modalidade do dispositivo de acordo com a invenção é mostrado para o uso de uma fonte iônica. [000101] Neste caso, o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é fechado por meio de uma grade de saída 27 colocada ao mesmo potencial que aquele do eletrodo que forma a tela de Faraday 7. A grade de extração 24 que forma o contra-eletrodo 23, que está em um potencial negativo na média em relação ao da grade de saída 27, que está, em média em um potencial positivo, deve ser colocada numa distância de cerca de "d" diante da grade de saída iônica 27. Sob essas condições, com base nos métodos bem conhecidos de fontes iônicas, é possível otimizar a geometria das aberturas nas grades tal que as linhas de campo elétrico que iniciam a partir do plasma e passam através das duas grades são tais que os íons não bombardeiam as grades e não as correm. Os íons são então essencialmente acelerados no espaço "d" que separa as grades 27 e 34. Isso está, por exemplo, descrito em detalhes em "The Physics and Technology of Ion Sources” by Ian G. Brown, John Wiley & Sons ISBN 0471857084 (1989).

[000102] Como mencionado no caso de uma fonte de plasma acima, o fluxo de íons pode ser neutralizado por uma fonte independente de elétrons da invenção, não mostrado na figura 6. No entanto, também é particularmente vantajoso fazer uso de uma fonte de fornecimento elétrico pulsado para polarizar o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 tal que, em cada pulso negativo aplicado a esse eletrodo 7 e à grade 27, os elétrons possam escapar do volume de plasma situado entre os últimos dois e, após aceleração entre as duas grades 27 e 24, passem através da grade de extração 24 a fim de neutralizar o fluxo de íons emitidos durante a maior parte do ciclo de polarização do eletrodo que forma a tela de Faraday 7.

[000103] A blindagem 18 formada por um vaso 28 com um formato similar àquele do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 envolve o último. Um material dielétrico 11 está presente entre o eletrodo que forma a tela de Faraday 7 e o indutor 14. A superfície interna do vaso 28 que forma a blindagem 18 é revestida com um material dielétrico 17. O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 junto com o indutor 4 está alojado na blindagem 18.

[000104] O eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é polarizado em média positivamente com respeito à grade de extração 24. Esta última pode ser eletricamente isolada com respeito à blindagem 18 mas está em geral no potencial dessa blindagem 18. O potencial da grade de extração 24 é vantajosamente aquele da terra, mas não necessariamente.

[000105] No caso de uma fonte de íons, o sistema pode também compreender três eletrodos: a grade de saída 27, a grade de extração 24 e um eletrodo complementar situado entre estas duas grades 27 e 24, mais próximo da grade de extração 24 que da grade de saída 27, e em um potencial ligeiramente mais negativo que o da grade de extração 24 servindo para impedir o retorno dos elétrons para a grade de saída 27, quando esses elétrons são produzidos por uma fonte independente do dispositivo. Esta fonte independente de elétrons pode ser um cátodo oco emissor de elétrons ou um filamento que emite elétrons. A geometria e as posições relativas das aberturas nos diferentes eletrodos formados pelas grades se baseiam nos contornos do assim chamados equipotenciais de Pierce (cf. “The Physics and Technology of Ion Sources” par Ian G. Brown, John Wiley & Sons ISBN 0471857084 (1989), p.28).

[000106] A Figura 7 mostra a montagem das partículas constituintes mostradas na representação explodida na Figura 5 ou 6.

[000107] É claro que a malha das grades 24 e 27 e a distância “d” indicadas nas figuras 5 e 7 não estão à escala, por razões de legibilidade do desenho.

[000108] Uma injeção de gás nas proximidades do eletrodo que forma a tela de Faraday 7, não mostrado nas Figuras, é sempre necessário, e especialmente no caso do plasma e fontes iônicas, uma vez que é necessário compensar quanto à perda de gás associada com o fluxo de íons emergente proveniente da fonte.

[000109] O plasma ou as fontes iônicas descritas acima têm a vantagem de possuírem simplicidade muito grande de construção e de resistência à contaminação proveniente dos produtos que estão sendo tratados.

[000110] Além disso, o plasma é produzido economicamente em uma forma indutiva e a aceleração dos íons é também conseguida economicamente por meio de uma fonte elétrica DC, possivelmente pulsada. Assim, uma fonte de plasma ou íons com uma alta eficiência energética é produzida.

[000111] É possível produzir fontes para quaisquer geometrias e, em particular, geometria plana com dimensões grandes, por exemplo, de até 3 m de comprimento, por exemplo, para o pré-tratamento de vidro arquitetônico antes do revestimento em vácuo.

[000112] A fonte de plasma pode ser usada para limpeza de vidro arquitonico. Neste caso, o dispositivo utilizado é uma fonte de plasma do tipo mostrado na figura 5 e adaptada para a limpeza de placas de vidro de 3 m de largura antes de revestimento por pulverização catódica. O dispositivo é fornecido com argônio e produz um plasma de argônio os íons do qual são extraídos em uma energia de cerca de 300 eV mediante polarização negativa da grade de extração 24 com respeito ao eletrodo que forma a tela de Faraday 7 por meio de uma fonte DC pulsada. O potencial do eletrodo que forma a tela de Faraday 7 é de 300 V em relação à terra e a grade de extração 24 está no potencial da blindagem 18 aterrada. A energia consumida é cerca 15 kW em corrente contínua pulsada para 5 kW em radiofreqüência de 13,56 MHz. - REIVINDICAÇÕES -

Claims (24)

1. MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE PLASMA DE SUBSTRATOS METÁLICOS OU ISOLANTES, caracterizado por pelo menos um substrato ser feito passar de forma contínua através de uma câmara de vácuo possuindo uma área de tratamento (2) ao longo da extensão dessa área de tratamento (2), o plasma sendo mantido por um acoplamento indutivo de radiofreqüência na área de tratamento (2) por meio de um indutor (4), montado dentro de uma câmara de vácuo e_conectado a um gerador de radiofrequência, em que o indutor (4) é protegido de qualquer contaminação pelo material emitido pela superfície do substrato (3), por uma tela de Faraday (7) que está posicionada entre o plasma e o indutor (4), e adjacente ao plasma, a tela de Faraday (7) constituindo um eletrodo condutor que é eletricamente polarizado, em média positivamente com respeito ao substrato (3) ou com respeito a um contra-eletrodo (23) presente no plasma, acelerando desse modo os íons presentes no plasma no sentido ao substrato (3) ou no sentido ao contra-eletrodo (23) e recuperando elétrons provenientes do plasma no eletrodo que forma a tela de Faraday (7), o plasma sendo gerado entre a tela de Faraday e os substratos na área de tratamento ou entre a tela de Faraday e o referido contra-eletrodo, sendo que a frequência de excitação da tela Faraday (7) ser inferior em pelo menos um fator 10 no que diz respeito à frequência do gerador de radiofrequência acoplado ao indutor (4) e em particular menor que 1 MHz.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a tela de Faraday (7) ser submetida a uma sucessão de ciclos de polarização compreendendo pulsos negativos.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado por a tela de Faraday (7) ser polarizada em média positivamente relativamente ao substrato (3) e por o fornecimento elétrico para a tela Faraday (7) ser conectado entre essa tela (7) e o substrato (3) e ser regulada quanto a energia de forma proporcional relativamente à área do substrato (3) que se movimenta diante da tela Faraday (7) na área de tratamento (2).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por uma distância mínima 2 cm, e de preferência de 5 cm, ser mantida entre a tela de Faraday (7) e a superfície do substrato (3) ou do contra-eletrodo.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por um plasma ser gerado na área de tratamento (2) antes do indutor (4) que está sendo energizado pelo gerador de radiofrequência.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o plasma ficar confinado na área de tratamento (2) através da geração de um campo magnético no ponto onde o substrato (3) entra e/ou sai da área de tratamento (2).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a energia elétrica aplicada entre a tela de Faraday (7) e o substrato (3) ser pelo menos igual à energia de radiofrequência que serve para criar o plasma.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a transmissão da energia eletromagnética do indutor (4) para o plasma através da tela de Faraday (7) ser permitida pela presença de uma série de fendas (15) paralelas entre si e perpendiculares à direção de fluxo da corrente de indução no indutor (4).

9. DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE SUBSTRATOS METÁLICOS OU ISOLANTES POR PLASMA, caracterizado por compreender uma câmara de vácuo com uma zona de tratamento (2) na qual um substrato metálico ou isolante podem passar de forma contínua, o dispositivo compreendendo um indutor (4), e um gerador de radiofreqüência a fim de gerar um plasma, o indutor sendo montado dentro da câmara de vácuo e conectado ao gerador de radiofreqüência, e uma tela de Faraday (7) adjacente ao plasma e posicionado entre o plasma e o indutor (4) para proteger o indutor (4) de qualquer contaminação pelo material emitido pela superfície dos substratos (3), em que o plasma é gerado na área de tratamento (2) ou no espaço presente entre a tela de Faraday e um contra-eletrodo (23), a tela de Faraday (7) constituindo um eletrodo condutor, o dispositivo adicionalmente compreendendo meios configurados para eletricamente polarizar a tela de Faraday (7), em média positivamente relativamente aos substratos (3) ou com relação ao contra-eletrodo (23), e por a tela de Faraday (7) estar disposta tal que o plasma seja gerado entre a tela de Faraday (7) e o substrato (3) na área de tratamento (2) ou entre a tela de Faraday (7) e o referido contra eletrodo (23), o dispositivo adicionalmente compreendendo um filtro de passa-baixa ser provido entre a tela de Faraday (7) e o suprimento elétrico para essa tela (7) que permite apenas a passagem de frequências abaixo de 1 MHz.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por um espaço intermediário ser provido entre o indutor (4) e a tela de Faraday (7), este espaço sendo preenchido com um material dielétrico (11).

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a distância entre o indutor (4) e a tela de Faraday (7) ser entre 0,1 e 10 cm.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por o material intermediário dielétrico (11) compreender um polímero, Teflon, uma espuma de cerâmica ou lã de vidro ou de alumina.

13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por a tela de Faraday (7) possuir uma série de fendas (15) paralelas entre si e perpendiculares à direção de fluxo da corrente de indução no indutor (4) .

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por os elementos longitudinais (16) estarem posicionados a uma curta distância a partir das fendas (15) em oposto a estas últimas no lado do plasma.

15. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado por uma blindagem (18), conectada ao aterramento e mantida em um potencial flutuantes, ser provida a qual envolve o indutor (4).

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por um espaço intermediário estar presente entre o indutor (4) e a blindagem (18) que está preenchida com um material dielétrico (17).

17. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado por o indutor (4) compreender pelo menos uma espira de indução.

18. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 17, caracterizado em que o indutor (4) ser excitado numa frequência de entre 1 e 170 MHz.

19. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 18, caracterizado por o suprimento para a tela de Faraday (7) possuir uma frequência de excitação que é não mais que um décimo da frequência acoplada ao indutor (4).

20. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 19, caracterizado por serem providos meios para permitir que seja criado um plasma de ignição.

21. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 20, caracterizado por o indutor (4) e a tela de Faraday (7) serem na forma de uma manga que envolve a área de tratamento (2) e o eixo longitudinal da qual corresponde à direção do trânsito dos substratos (3), essa manga possuindo uma abertura de entrada e uma abertura de saída através da qual o substrato (3) pode entrar na área de tratamento (2) e sair dele.

22. Dispositivo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por a referida manga possuir uma abertura que se estende ao longo de toda a extensão de sua direção longitudinal.

23. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 22, caracterizado por um contra-eletrodo (23), possuindo aberturas ou fendas com uma largura (d) próxima da espessura do envoltório formado pela interface do plasma e este contra-eletrodo (23), ser provido em oposto ao eletrodo que forma a tela de Faraday (7), sendo este último eletricamente polarizado em média positivamente com respeito ao contra-eletrodo (23), de forma a constituir uma fonte de plasma ou de uma fonte de íons.

24. Dispositivo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por uma grade de saída (27) estar presente entre o eletrodo que forma a tela de Faraday (7) e o referido contra-eletrodo, esta grade de saída (27) sendo posta no mesmo potencial como o da tela Faraday (7) e sendo posicionada diante do contra-eletrodo (23) numa distância curta dele tal que não possa existir plasma entre a grade de saída (27) e o referido contra-eletrodo (23).