CN100338976C - 等离子体辅助处理多个工件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在生产线中用于等离子体辅助处理多个工件的方法及装置。在一个实施例中，该方法可以包括将工件(320)放置在可动运载部分上，将输送装置(310)上的运载部分移入辐射区域，使气体流入辐射区域，激发辐射区域中的气体以形成等离子体(例如，通过在等离子体催化剂存在的情况下使气体受到电磁辐射的方式)，维持等离子体一段足够长的时间以至少部分地等离子体处理辐射区域中的至少一个工件(320)，并且推进输送装置(310)将至少一个等离子体处理过的工件移出辐射区域。本发明还提供了各种类型的等离子体催化剂。

Description

等离子体辅助处理多个工件的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时专利申请的优先权：2002年5月8日申请的No.60/378,693，2002年12月4日申请的No.60/430,677，2002年12月23日申请的No.60/435,278，在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
本发明涉及用于在生产线中对工件进行等离子体辅助处理的方法及装置。
背景技术
等离子体可以用于辅助包括材料的连接和热处理在内的多种处理。然而，由于多种原因而造成难于激发、调节和维持用于这些目的等离子体。
例如，已知可以通过将大量的微波辐射引入包含气体的腔中来激发腔中的等离子体。如果辐射强度足够大，等离子体能够自发地激发。然而，能够提供如此高强度的辐射源具有如下几个缺点：它们可能很昂贵、沉重、体积庞大并且耗能。此外，这些大型辐射源通常要求巨大的电力供应，这也具有类似的缺点。
使用较低辐射强度激发等离子体的一种方法是降低腔中的压力。然而，尤其是在等离子腔较大且尤其是在生产线上，可以用来降低该压力的真空设备会限制生产的灵活性，。
同样可以用放电设备以较低的辐射强度来激发等离子体。然而，这样的设备仅能周期性地放电，因此仅能周期性地激发等离子体，有时会导致点火滞后。此外，传统的放电设备通常使用电能提供动力，这就会在许多生产环境中限制它们的使用和设置。
发明内容
本发明提供了一种等离子体辅助处理多个工件的方法。在一实施例中，提供一种等离子体辅助处理多个工件的方法。该方法包括顺序将多个工件输送到辐射区域；使气体流入辐射区域；激发辐射区域中气体以形成等离子体；维持等离子体一段足够长的时间以至少部分地等离子体处理辐射区域中的至少一个工件；以及顺序将多个工件输送到辐射区域之外。
在另一个实施例中，该方法包括将多个工件中的每一个放置在多个可动运载部分上；将位于输送装置上的每个可动运载部分顺序移入辐射区域；使气体流入辐射区域；激发辐射区域中的气体以形成等离子体；维持等离子体一段足够长的时间以至少部分地等离子体处理辐射区域中的至少一个工件；以及推进输送装置以将至少一个等离子体处理过的工件移出辐射区域。
本发明还提供了一种等离子体辅助处理多个工件的装置。在一个实施例中，该装置包括电磁辐射源；辐射外壳，来自辐射源的辐射穿过辐射外壳；以及输送装置，用于在等离子体存在的情况下将工件顺序移入和移出邻近外壳的辐射区域。该装置还包括气体入口，用于将所述气体输送到辐射区域从而在辐射区域中形成等离子体。
本发明还提供了用于激发、调节和维持等离子体的等离子体催化剂。根据本发明的等离子体催化剂可以是惰性的或活性的。根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括通过使局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需施加附加的能量。活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能向气态原子或分子传递足够能量以使该气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或高能波包。在惰性和活性这两种情况下，等离子体催化剂可以改善或放宽激发涂覆等离子体所需的环境条件。
本发明还提供了用于根据本发明产生气体的用于激发、调节和维持等离子体的其它等离子体催化剂、方法和装置。
附图说明
本发明的其它特征将通过下面结合附图的详细描述变得明显，其中相同的标号表示相同的部件，其中：
图1表示根据本发明的等离子体辅助气体产生系统的示意图；
图1A表示根据本发明的部分等离子体辅助气体产生系统的实施例，该系统通过向等离子体腔加入粉末等离子体催化剂来激发、调节或维持腔中的等离子体；
图2表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的至少一种成分沿其长度方向具有浓度梯度；
图3表示根据本发明的等离子体催化剂纤维，该纤维的多种成分沿其长度按比率变化；
图4表示根据本发明的另一个等离子体催化剂纤维，该纤维包括内层核芯和涂层；
图5表示根据本发明的图4所示的等离子体催化剂纤维沿图4的线5-5的截面图；
图6表示根据本发明的等离子体系统的另一个部分的实施例，该等离子体系统包括延伸通过激发口的伸长型等离子体催化剂；
图7表示根据本发明在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的实施例；
图8表示根据本发明在图6的系统中使用的伸长型等离子体催化剂的另一个实施例；以及
图9表示根据本发明的部分等离子体辅助处理系统的实施例，用于将电离辐射引入辐射腔；
图10表示根据本发明的用于多个工件的等离子体辅助处理的装置的透视图；
图11表示根据本发明的图10中的装置的另一个透视图；
图12表示根据本发明的可以用于图10中的装置的输送装置的俯视图；
图13表示根据本发明的图12中的输送装置沿图12中的13-13线的截面图，以及各种附加部件和工件的截面图；
图14表示根据本发明的另一个输送装置的剖视图，在输送装置中具有可以放入工件的凹部；以及
图15表示根据本发明用于多个工件的等离子体处理的方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于生产线中等离子体辅助处理的方法和装置，并且它可以用来降低能源成本和提高生产的灵活性。
在此引入下列共同拥有并同时申请的美国专利申请的全部内容作为参考：美国专利申请
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0008)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0009)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0010)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0011)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0012)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0013)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0015)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0016)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0017)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0018)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0020)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0021)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0023)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0024)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0025)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0026)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0028)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0029)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0030)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0032)，
No.10/＿,＿(Atty.Docket No.1837.0033)。
等离子体系统的说明
图1示出了根据本发明的一个方面的等离子体系统10。在该实施例中，在位于辐射腔(即辐射器(applicator))14内部的容器中形成腔12。在另一个实施例中(未示出)，容器12和辐射腔14是同一个，从而不需要两个独立的部件。在其中形成有腔12的容器可包括一个或多个辐射透射阻挡层，以改善其热绝缘性能使腔12无需显著地屏蔽辐射。如下面更充分所述，系统10可以用于生成等离子体并且可以包括在生产线中。
在一个实施例中，腔12在由陶瓷制成的容器内形成。由于根据本发明的等离子体可以达到非常高的温度，因此可以使用能工作于约3000华氏度的陶瓷。陶瓷材料可以包括重量百分比为29.8％的硅，68.2％的铝，0.4％的氧化铁，1％的钛，0.1％的氧化钙，0.1％的氧化镁，0.4％的碱金属，该陶瓷材料为Model No.LW-30，由Pennsylvania，New Castle的New CastleRefractories公司出售。然而本领域的普通技术人员可知，根据本发明也可以使用其它材料，例如石英以及那些与上述不同的材料。
在一个成功的实验中，等离子体形成在部分开口的腔中，该腔在第一砖状物内并以第二砖状物封顶。腔的尺寸为约2英寸×约2英寸×约1.5英寸。在砖状物中至少具有两个与腔连通的孔：一个用来观察等离子体，并且至少一个用来供给气体。腔的尺寸取决于想要进行的等离子体过程。此外，腔至少应该设置成能够防止等离子体上升/漂移从而离开主要处理区。
腔12可以通过管线20和控制阀22与一个或多个气体源24(例如氩气、氮气、氢气、氙气、氪气气体源)相连，由电源28提供能量。管线20可以是管状(例如在大约1/16英寸和大约1/4英寸之间，如大约1/8英寸)，但也可以是能够供气的任何装置。而且，如果需要，真空泵可以与腔相连来抽走在等离子体处理中产生的任何气体。在一个实施例中，通过多部件容器中的一个或多个缝隙气体可以流入和/或流出腔12。因此，本发明的气口不需要特别的孔，也可以为其他形式，如许多小的分布式孔。
一个辐射泄漏探测器(未示出)安装在源26和波导管30附近，并与安全联锁系统相连，如果检测到泄漏量超过预定安全值时，例如由FCC和/或OSHA(例如5mW/cm2)规定的值，就自动关闭幅射电源(例如微波)。
由电源28提供能量的辐射源26通过一个或多个波导管30或通过使用同轴电缆将辐射引入腔14。本领域的普通技术人员应该理解辐射源26可以直接连到腔14或腔12，从而取消波导管30。进入腔12的辐射可以用来激发腔内的等离子体。通过将附加的辐射与催化剂相结合可以充分维持该等离子体并将其限制在腔内。
通过循环器32和调谐器34(例如，3通短线(3-stub)调谐器)提供辐射。调谐器34用来使作为改变激发或处理条件的函数的反射能减至最少，特别是在等离子体形成之前，因为微波能例如将被等离子体强烈吸收。
如下面更详细的说明，如果腔14支持多模，尤其当这些模可持续或周期性地混合时，腔14内的辐射透射腔12的位置并不重要。如下祥述，马达36可以与模混合器38相连，使时间平均的辐射能量分布在腔14内大致均匀。而且，窗口40(例如石英窗)可以设置在邻近腔12的腔14的一个壁上，使能用温度传感器42(例如光学高温计)来观察腔12内的处理。在一个实施例中，光学高温计可以随温度的升高从零伏增加到某一个追踪范围内。
传感器42能够产生作为腔12中相关工件(未示出)的温度或者任意其它可监测的条件的函数的输出信号，并将该信号供给控制器44。也可采用双重温度感应和加热，以及自动冷却速度和气流控制。该控制器44又用来控制电源28的运行，其具有一个与源26相连的输出端和另一个与控制气流进入腔12的阀22相连的输出端。
尽管可以使用任何小于约333GHz频率的辐射，例如可以采用由通讯和能源工业(CPI)提供的915GHz和2.45GHz微波源来实现本发明。2.45GHz系统持续提供从大约0.5千瓦到大约5.0千瓦的可变微波能。3通短线调谐器使得阻抗与最大能量传递相匹配，并且采用了测量入射和反射能量的双向连接器。还采用了光学高温计来遥感样品温度。
如上所述，根据本发明可以使用任何小于大约333GHz频率的辐射。例如，可采用诸如能量线频率(大约50Hz至60Hz)这样的频率，尽管形成等离子体的气体压力可能降低以便有助于等离子体激发。此外，根据本发明，任何无线电频率或微波频率可以使用包括大于约100kHz的频率。在大多数情况下，用于这些相对高频的气体压力不需要为了激发、调节或维持等离子体而降低，因而在大气压和大气压之上在任何生产环境中能够实现多种等离子体辅助处理。
该装置用采用LabVIEW6i软件的计算机控制，它能提供实时温度监测和微波能量控制。通过利用适当数量数据点的平均值平滑处理来降低噪音。并且，为了提高速度和计算效率，在缓冲区阵列中储存的数据点数目用移位寄存器和缓存区大小技术调整来限制。高温计测量大约1cm2的敏感区域温度，用于计算平均温度。高温计用于探测两个波长的辐射强度，并利用普朗克定律拟合这些强度值以测定温度。然而，应知道也存在并可使用符合本发明的用于监测和控制温度的其它装置和方法。例如，在共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿,＿(Attorney DorketNo.1837.0033)中说明了根据本发明可以使用的控制软件，在此引入其整个内容作为参考。
腔14具有几个具有辐射屏蔽的玻璃盖观察口和一个用于插入高温计的石英窗。尽管不是必须使用，还具有几个与真空泵和气体源相连的口。
系统10还包括一个带有用自来水冷却的外部热交换器的封闭循环去离子水冷却系统(未示出)。在操作中，去离子水先冷却磁电管，接着冷却循环器(用于保护磁电管)中的装卸处，最后流过焊接在腔的外表面上的水通道冷却辐射腔。
等离子体催化剂
根据本发明的等离子体催化剂可包括一种或多种不同的物质并且可以是惰性或者活性的。在气体压力低于、等于或大于大气压力的情况下，等离子体催化剂可以在其它物质中激发、调节和/或维持涂覆等离子体。
根据本发明的一种形成等离子体的方法可包括使腔内气体在惰性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射。根据本发明的惰性等离子体催化剂包括通过使根据本发明的局部电场(例如电磁场)变形而诱发等离子体的任何物体，而无需对催化剂施加附加的能量，例如通过施加电压引起瞬间放电。
本发明的惰性等离子体催化剂也可以是纳米粒子或纳米管。这里所使用的术语“纳米粒子”包括最大物理尺寸小于约100nm的至少是半导电的任何粒子。并且，掺杂和不掺杂的、单层壁和多层壁的碳纳米管由于它们异常的导电性和伸长形状对本发明的激发等离子体尤其有效。该纳米管可以有任意合适的长度并且能够以粉末状固定在基板上。如果固定的话，当等离子体激发或维持时，该纳米管可以在基板的表面上任意取向或者固定到基板上(例如以一些预定方向)。
本发明的惰性等离子体也可以是粉末，而不必包括纳米粒子或纳米管。例如它可以形成为纤维、粉尘粒子、薄片、薄板等。在粉末态时，催化剂可以至少暂时地悬浮于气体中。如果需要的话，通过将粉末悬浮于气体中，粉末就可以迅速分散到整个腔并且更容易被消耗。
在一个实施例中，粉末催化剂可以加载到腔内并至少暂时地悬浮于载气中。载气可以与形成等离子体的气体相同或者不同。而且，粉末可以在引入腔前加入气体中。例如，如图1A所示，辐射源52可以对设置有等离子体腔60的电磁辐射腔55施加辐射。粉末源65将催化剂粉末70供给气流75。在一个可选实施例中，粉末70可以先以大块(例如一堆)方式加入腔60，然后以任意种方式分布在腔内，包括气体流动穿过或越过该块状粉末。此外，可以通过移动、搬运、撇下、喷洒、吹或以其它方式将粉末送入或分布于腔内，将粉末加到气体中用来激发、调节或维持涂覆等离子体。
在一个实验中，通过在伸入腔的铜管中设置一堆碳纤维粉末来使等离子体在腔内激发。尽管有足够的辐射被引入腔内，铜管屏蔽粉末受到的辐射而不发生等离子体激发。然而，一旦载气开始流入铜管，促使粉末流出铜管并进入腔内，从而使粉末受到辐射，腔内等离子体几乎瞬间激发。
根据本发明的粉末催化剂基本上是不燃的，这样它就不需要包括氧或者不需要在氧存在的情况下燃烧。如上所述，该催化剂可以包括金属、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物、有机无机复合物和其任意组合。
而且，粉末催化剂可以在等离子体腔内基本均匀的分布(例如悬浮于气体中)，并且等离子体激发可以在腔内精确地控制。均匀激发在一些应用中是很重要的，包括在要求等离子体暴露时间短暂的应用中，例如以一个或多个爆发的形式。还需要有一定的时间来使粉末催化剂本身均匀分布在整个腔内，尤其在复杂的多腔的腔内。因而，根据本发明的另一个方面，粉末等离子体可以通过多个激发口引入腔内以便在其中更快地形成更均匀的催化剂分布(如下)。
除了粉末，根据本发明的惰性等离子体催化剂还可包括，例如，一个或多个微观或宏观的纤维、薄片、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带、须或其任意混合物。在这些情况下，等离子体催化剂可以至少具有一部分，该部分的一个物理尺寸基本上大于另一个物理尺寸。例如，在至少两个垂直尺寸之间的比率至少为约1∶2，也可大于约1∶5或者甚至大于约1∶10。
因此，惰性等离子体催化剂可以包括至少一部分与其长度相比相对细的材料。也可以使用催化剂束(例如纤维)，其包括例如一段石墨带。在一个实验中，成功使用了一段具有大约三万股石墨纤维的、每股直径约为2-3微米的带。内部纤维数量和束长对激发、调节或维持等离子体来说并不重要。例如，用大约1/4英寸长的一段石墨带得到满意的结果。根据本发明成功使用了一种碳纤维是由Salt Lake City，Utah的Hexcel公司出售的商标为Magnamite的Model No.AS4C-GP3K。此外，还成功地使用了碳化硅纤维。
根据本发明另一个方面的惰性等离子体催化剂可以包括一个或多个如基本为球形、环形、锥形、立方体、平面体、圆柱形、矩形或伸长形的部分。
上述惰性等离子体催化剂包括至少一种至少是半导电的材料。在一个实施例中，该材料具有强导电性。例如，根据本发明的惰性等离子体催化剂可以包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合体、导电硅橡胶弹性体、聚合纳米复合物、有机无机复合物或其任意组合。可以包括在等离子体催化剂中的一些可能的无机材料包括碳、碳化硅、钼、铂、钽、钨、氮化碳和铝，虽然相信也可以使用其它导电无机材料。
除了一种或多种导电材料以外，本发明的惰性等离子体催化剂还可包括一种或多种添加剂(不要求导电性)。如这里所用的，该添加剂可以包括使用者想要加入等离子体的任何材料。因此，催化剂可以包括添加剂本身或者，它可以包括分解后能产生添加剂的前体材料。因此，根据最终期望的等离子体复合物和使用等离子体处理，等离子体催化剂可以以任意期望的比率包括一种或多种添加剂和一种或多种导电材料。
惰性等离子体催化剂中的导电成分与添加剂的比率随着其被消耗的时间变化。例如，在激发期间，等离子体催化剂可以要求包括较大百分比的导电成分来改善激发条件。另一方面，如果在维持等离子体时使用，催化剂可以包括较大百分比的添加剂。本领域普的通技术人员可知用于激发和维持等离子体的等离子体催化剂的成分比率可以是相同的。
预定的比率分布可以用于简化许多等离子体处理。在许多常规的等离子体处理中，等离子体中的成分是根据需要来增加的，但是这样的增加一般要求可编程装置根据预定计划来添加成分。然而，根据本发明，催化剂中的成分比率是可变的，因而等离子体本身的成分比率可以自动变化。这就是说，在任一特定时间等离子体的成分比率依赖于当前被等离子体消耗的催化剂部分。因此，在催化剂内的不同位置的催化剂成分比率可以不同。并且，当前等离子体的成分比率依赖于当前和/或在消耗前的催化剂部分，尤其在流过等离子体腔内的气体流速较慢时。
根据本发明的惰性等离子体催化剂可以是均匀的、不均匀的或渐变的。而且，整个催化剂中等离子体催化剂成分比率可以连续或者不连续改变。例如在图2中，比率可以平稳改变形成沿催化剂100长度方向的梯度。催化剂100可包括一股在段105含有较低浓度的成分并向段110连续增大浓度的材料。
可选择地，如图3所示，在催化剂120的每一部分比率可以不连续变化，例如包括浓度不同的交替段125和130。应该知道催化剂120可以具有多于两段的形式。因此，被等离子体消耗的催化剂成分比率可以以任意预定的形式改变。在一个实施例中，当等离子体被监测并且已检测到特殊的添加剂时，可以自动开始或结束进一步的处理。
改变被维持的等离子体中的成分比率的另一种方法是通过在不同时间以不同速率引入具有不同成分比率的多种催化剂。例如，可以在腔中以大致相同位置或者不同位置引入多种催化剂。在不同位置引入时，在腔内形成的等离子体会有由不同催化剂位置决定的成分浓度梯度。因此，自动化系统可包括用于在等离子体激发、调节和/或维持以前和/或期间机械插入可消耗等离子体催化剂的装置。
根据本发明的惰性等离子体催化剂也可以被涂覆。在一个实施例中，催化剂可以包括沉积在基本导电材料表面的基本不导电涂层。或者，催化剂可包括沉积在基本不导电材料表面的基本导电涂层。例如图4和5示出了包括内层145和涂层150的纤维140。在一个实施例中，为了防止碳的氧化，等离子体催化剂包括涂覆镍的碳芯。
一种等离子体催化剂也可以包括多层涂层。如果涂层在接触等离子体期间被消耗，该涂层可以从外涂层到最里面的涂层连续引入等离子体，从而形成限时释放(time-release)机制。因此，涂覆等离子体催化剂可以包括任意数量的材料，只要部分催化剂至少是半导电的。
根据本发明的另一实施例，为了基本上减少或防止辐射能泄漏，等离子体催化剂可以完全位于辐射腔内。这样，等离子体催化剂不会电或磁连接于包括腔的容器、或腔外的任何导电物体。这可以防止在激发口的瞬间放电，并防止在激发期间和如果等离子体被维持可能在随后电磁辐射泄漏出腔。在一个实施例中，催化剂可以位于伸入激发口的基本不导电的延伸物末端。
例如，图6示出了在其中可以设置有等离子体腔165的辐射腔160。等离子体催化剂170可以延长并伸入激发口175。如图7所示，根据本发明的催化剂170可包括导电的末梢部分180(设置于腔160内)和不导电部分185(基本上设置于腔160外，但是可稍微伸入腔)。该结构防止了末梢部分180和腔160之间的电气连接(例如瞬间放电)。
在如图8所示的另一个实施例中，催化剂由多个导电片段190形成，所述多个导电片段190被多个不导电片段195隔开并与之机械相连。在这个实施例中，催化剂能延伸通过在腔中的一个点和腔外的另一个点之间的激发口，但是其电气不连续的分布有效地防止了产生瞬间放电和能量泄漏。
根据本发明的形成等离子体的另一种方法包括使腔内气体在活性等离子体催化剂存在的情况下受到小于大约333GHz频率的电磁辐射，产生或包括至少一个电离粒子。
根据本发明的活性等离子体催化剂可以是在电磁辐射存在的情况下能够向气态原子或分子传递足够能量来使气态原子或分子失去至少一个电子的任何粒子或者高能波包。利用源，电离粒子可以以聚焦或准直射束的形式直接引入腔，或者它们可以被喷射、喷出、溅射或者其它方式引入。
例如，图9示出了辐射源200将辐射引入辐射腔205。等离子体腔210可以设置于腔205内并允许气体流过口215和216。源220可以将电离粒子225引入腔210。源220可以用电离粒子可以穿过的金属屏蔽来保护，但也屏蔽了对源220的辐射。如果需要，源220可以水冷。
根据本发明的电离粒子的实例可包括x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子、质子及其任意组合。因此，电离粒子催化剂可以是带电荷(例如来自离子源的离子)或者不带电荷并且可以是放射性裂变过程的产物。在一个实施例中，在其中形成有等离子体腔的容器可以全部或部分地透过电离粒子催化剂。因此，当放射性裂变源位于腔外时，该源可以引导裂变产物穿过容器来激发等离子体。为了基本防止裂变产物(如电离粒子催化剂)引起安全危害，放射性裂变源可以位于辐射腔内。
在另一个实施例中，电离粒子可以是自由电子，但它不必是在放射性衰变过程中发射。例如，电子可以通过激发电子源(如金属)来引入腔内，这样电子有足够的能量从该源中逸出。电子源可以位于腔内、邻近腔或者甚至在腔壁上。本领域的普通技术人员可知可用任意组合的电子源。产生电子的常用方法是加热金属，并且这些电子通过施加电场能进一步加速。
除电子以外，自由能质子也能用于催化等离子体。在一个实施例中，自由质子可通过电离氢产生，并且选择性地由电场加速。
多模辐射腔
辐射波导管、腔或室被设置成支持或便于至少一种电磁辐射模的传播。如这里所使用，术语“模”表示满足Maxwell方程和可应用的边界条件(如腔的)的任何停滞或传播的电磁波的特殊形式。在波导管或腔内，该模可以是传播或停滞电磁场的各种可能形式中的任何一种。每种模由其电场和/或磁场矢量的频率和极化表征。模的电磁场形式依赖于频率、折射率或介电常数以及波导管或腔的几何形状。
横电(TE)模是电场矢量垂直于传播方向的模。类似地，横磁(TM)模是磁场矢量垂直于传播方向的模。横电磁(TEM)模是电场和磁场矢量均垂直于传播方向的模。中空金属波导管一般不支持辐射传播的标准TEM模。尽管辐射似乎沿着波导管的长度方向传播，它之所以这样只是通过波导管的内壁以某一角度反射。因此，根据传播模，辐射(例如微波)沿着波导管轴线(通常指z轴)具有一些电场成分或者一些磁场成分。
在腔或者波导管中的实际场分布是其中模的叠加。每种模可以用一个或多个下标(如TE10(“Tee ee one zero”))表示。下标一般说明在x和y方向上含有多少在导管波长的“半波”。本领域的普通技术人员可知波导管波长与自由空间的波长不同，因为波导管内的辐射传播是通过波导管的内壁以某一角度反射。在一些情况下，可以增加第三下标来定义沿着z轴在驻波形式中的半波数量。
对于给定的辐射频率，波导管的尺寸可选择得足够小以便它能支持一种传播模。在这种情况下，系统被称为单模系统(如单模辐射器)。在矩形单模波导管中TE10模通常占主导。随着波导管(或波导管所连接的腔)的尺寸增加，波导管或辐射器有时能支持附加的高阶模，形成多模系统。当能够同时支持多个模时，系统往往表示为被高度模化(highly moded)。
一个简单的单模系统具有包括至少一个最大和/或最小的场分布。最大的量级很大程度上依赖于施加于系统的辐射的量。因此，单模系统的场分布是剧烈变化和基本上不均匀的。
与单模腔不同，多模腔可以同时支持几个传播模，在叠加时其形成混合场分布形式。在这种形式中，场在空间上变得模糊，并因此场分布通常不显示出腔内最小和最大场值的相同强度类型。此外，如下的详细说明，可以用一个模混合器来“混合”或“重新分布”模(如利用辐射反射器的机械运动)。这种重新分布有望提供腔内更均匀的时间平均场分布。
根据本发明的多模腔可以支持至少两个模，并且可以支持多于两个的多个模。每个模有最大电场矢量。虽然可以有两个或多个模，但是只有一个模占主导并具有比其它模大的最大电场矢量量级。如这里所用的，多模腔可以是任意的腔，其中第一和第二模量级之间的比率小于约1∶10，或者小于约1∶5，或者甚至小于约1∶2。本领域的普通技术人员可知比率越小，模之间的电场能量越分散，从而使腔内的电磁辐射能越分散。
处理腔内等离子体的分布非常依赖于所施加的辐射的分布。例如，在一个纯单模系统中只可以有一个电场最大值的位置。因此，强等离子体只能在这一个位置产生。在许多应用中，这样一个强局部化的等离子体会不合需要的引起不均匀等离子体处理或加热(即局部过热和加热不足)。
根据本发明无论使用单或多模腔，本领域的普通技术人员可知在其中形成等离子体的腔可以完全封闭或者半封闭。例如，在特定的应用中，如在等离子体辅助熔炉中，腔可以全部密封。参见，例如，共有并同时提出申请的美国专利申请No.10/＿,＿(Attorney Dorket No.1837.0020)，在此引入其整个内容作为参考。然而在其它应用中，可能需要将气体流过腔，从而腔必须一定程度地打开。这样，流动气体的流量、类型和压力可以随时间而改变。这是令人满意的，因为便于形成等离子体的如氩气的特定气体更容易激发，但在随后的等离子体处理中不需要。
模混合
在许多等离子体辅助应用中，需要腔内包括均匀的等离子体。然而，由于辐射可以有较长波长(如几十厘米)，很难获得均匀分布。结果，根据本发明的一个方面，多模腔内的辐射模在一段时间内可以混合或重新分布。因为腔内的场分布必须满足由腔的内表面设定的所有边界条件，可以通过改变内表面的任一部分的位置来改变这些场分布。
根据本发明的一个实施例中，可移动的反射表面位于辐射腔内。反射表面的形状和移动在移动期间将联合改变腔的内表面。例如，一个“L”型金属物体(即“模混合器”)在围绕任意轴旋转时将改变腔内的反射表面的位置或方向，从而改变其中的辐射分布。任何其它不对称形状的物体也可使用(在旋转时)，但是对称形状的物体也能工作，只要相对移动(如旋转、平移或两者结合)引起反射表面的位置和方向上的一些变化。在一个实施例中，模混合器可以是围绕非圆柱体纵轴的轴旋转的圆柱体。
多模腔中的每个模都具有至少一个最大电场矢量，但是每个矢量会周期性出现在腔内。通常，假设辐射的频率不变，该最大值是固定的。然而，通过移动模混合器使它与辐射相作用，就可能移动最大值的位置。例如，模混合器38可用于优化腔12内的场分布以便于优化等离子体激发条件和/或等离子体维持条件。因此，一旦激活等离子体，为了均匀的时间平均等离子体处理(如加热)，可以改变模混合器的位置来移动最大值的位置。
因此，根据本发明，在等离子体激发期间可以使用模混合。例如，当把导电纤维用作等离子体催化剂时，已经知道纤维的方向能够强烈影响最小等离子体激发条件。例如据报道说，当这样的纤维取向于与电场成大于60°的角度时，催化剂很少能改善或放松这些条件。然而通过移动反射表面进入或接近腔，电场分布能显著地改变。
通过例如安装在辐射器腔内的旋转波导管接头将辐射射入辐射器腔，也能实现模混合。为了在辐射腔内在不同方向上有效地发射辐射，该旋转接头可以机械地运动(如旋转)。结果，在辐射器腔内可产生变化的场形式。
通过柔性波导管将辐射射入辐射腔，也能实现模混合。在一个实施例中，波导管可固定在腔内。在另一个实施例中，波导管可伸入腔中。为了在不同方向和/或位置将辐射(如微波辐射)射入腔，该柔性波导管末端的位置可以以任何合适的方式连续或周期性移动(如弯曲)。这种移动也能引起模混合并有助于在时间平均基础上更均匀的等离子体处理(如加热)。可选择地，这种移动可用于优化激发的等离子体的位置或者其它的等离子体辅助处理。
如果柔性波导管是矩形的，波导管的开口末端的简单扭曲将使辐射器腔内的辐射的电场和磁场矢量的方向旋转。因而，波导管周期性的扭曲可引起模混合以及电场的旋转，这可用于辅助激发、调节或维持等离子体。
因此，即使催化剂的初始方向垂直于电场，电场矢量的重新定向能将无效方向变为更有效的方向。本领域的技术人员可知模混合可以是连续的、周期性的或预编程的。
除了等离子体激发以外，在随后的等离子体处理期间模混合可用来减少或产生(如调整)腔内的“热点”。当微波腔只支持少数模时(如少于5)，一个或多个局部电场最大值可产生“热点”(如在腔12内)。在一个实施例中，这些热点可设置成与一个或多个分开但同时的等离子体激发或处理相一致。因此，等离子体催化剂可放在一个或多个这些激发或随后的处理位置上。
多位置激发
可使用不同位置的多种等离子体催化剂来激发等离子体。在一个实施例中，可用多纤维在腔内的不同点处激发等离子体。这种多点激发在要求均匀等离子体激发时尤其有益。例如，当等离子体在高频(即数十赫兹或更高)下调节，或在较大空间中激发，或两者都有时，可以改善等离子体的基本均匀的瞬态撞击和再撞击。可选地，当在多个点使用等离子体催化剂时，可以通过将催化剂选择性引入这些不同位置，使用等离子体催化剂在等离子体腔内的不同位置连续激发等离子体。这样，如果需要，在腔内可以可控地形成等离子体激发梯度。
而且，在多模腔中，腔中多个位置的催化剂的随机分布增加了如下可能性：根据本发明的至少一种纤维或任何其它惰性等离子体催化剂优化沿电力线取向。但是，即使催化剂没有优化取向(基本上没有与电力线对准)，也改善了激发条件。
而且，由于催化剂粉末可以悬浮在气体中，可认为具有每个粉末粒子具有位于腔内不同物理位置的效果，从而改善了腔内的激发均匀性。
双腔等离子体激发/维持
根据本发明的双腔排列可用于激发和维持等离子体。在一个实施例中，系统至少包括第一激发腔和与第一激发腔流体连通的第二腔。为了激发等离子体，第一激发腔中的气体选择性地在等离子体催化剂存在的情况下受到频率小于大约333GHz的电磁辐射。这样，接近的第一和第二腔可使第一腔中形成的等离子体激发第二腔中的等离子体，其可用附加的电磁辐射来维持。
在本发明的一个实施例中，第一腔可以非常小并主要或只设置用于等离子体激发。这样，只需很少的辐射能来激发等离子体，使激发更容易，尤其在使用根据本发明的等离子体催化剂时。
在一个实施例中，第一腔基本上是单模腔，第二腔是多模腔。当第一腔只支持单模时腔内的电场分布会剧烈变化，形成一个或多个精确定位的电场最大值。该最大值一般是等离子体激发的第一位置，将其作为安放等离子体催化剂的理想点。然而应该知道，当使用等离子体催化剂时，催化剂不需要设置在电场最大值之处，而且在大多数情况下，不需要取向于特定的方向。
生产线中的等离子体辅助处理
本发明提供了用于生产线中工件的等离子体辅助处理的方法及装置。等离子体辅助处理可以包括任何有关使用等离子体的操作或者操作的组合。工件能够以连续地、周期性地、成批地、依次地及其任意组合的方式进行等离子体处理。
根据本发明的等离子体辅助处理可以包括例如烧结、退火、正火、球体形成(spheroiding)、回火、老化硬化、表面硬化或者涉及加热处理的任何其它类型的硬化或处理。等离子体辅助处理也可以包括连接彼此相同或者不相同的材料。例如，等离子体辅助处理可以包括铜焊、焊接、键合(bonding)、锡焊和其它类型的连接处理。根据本发明还可以包括附加的等离子体辅助处理，例如掺杂、氮化、渗碳、消除结晶、渗碳氮化、清洁、消毒、汽化、涂覆以及灰化。
图10-13示出了用于等离子体辅助烧结的示意性装置300的各种视图。然而，显而易见，装置300也可以用于进行任何其它根据本发明的等离子体辅助处理。
图10示出了用于根据本发明的一个或者多个工件的等离子体辅助处理的示意性装置300的透视图。装置300可以包括例如辐射源305、辐射波导管307和用于顺序将工件320移入或者移出与波导管307相邻的辐射区325的输送装置310，其中辐射经过辐射波导管307从源305进入辐射区域325。装置300也可以包括一个或者多个气体口(未显示)，用于将气体输入、输出或者流经区域325以允许在那里形成等离子体。
图11示出了沿图10中的线11-11截取的装置300的另一个透视图。任何辐射源305和用于向源305提供动力的电源335(未显示)都可以位于外壳330中。然而，可以理解该源305和电源335可以设置在相对于平面图(floor plan)的任何地方，或是符合等离子体辅助处理装置300的任何其它物理或者尺寸要求。这包括在外壳330中或者外壳330外将源305同电源335分开。
源305可以从任何方向辐射区域325。例如，辐射源305可以位于区域325所在水平面之上、之下或者就在该平面上，并且波导管307可以用于将辐射从源305引入区域325。如果辐射源305能够以光束的形式(例如发散、会聚或者平行光束)将辐射引入，那么就可以略去波导管307，且通过简单地将辐射光束引入区域325就可以辐射该区域。在另一个实施例中，源305可以经过一个或多个同轴电缆(未显示)向区域325提供辐射。在另一个实施例中，源305的辐射输出可以直接辐射区域325。
当装置300包括波导管307时，波导管可以具有任何横截面形状以便有选择性地传播任何一种或者多种具体的辐射模式。例如，如图10所示，波导管307可以具有矩形横截面，但是也可以具有圆形、椭圆形或者能够传播辐射的其它形状。同样，波导管307也可以是线形、拱形、螺旋形、蛇形或者任何其它便利的形式。一般而言，波导管307可以用于将辐射源305耦合到辐射区域(例如腔)上，用于形成等离子体并进行任何类型的等离子体辅助处理。
输送装置可以包括至少一个用于输送工件的运载部分。当在此使用时，运载部分可以是输送装置的适合装载、支撑、夹持或者装配一个或者多个工件的任何部分。例如，如图11所示，运载部分340和342可以是上面可以放置并且输送一或多个工件的圆形板。例如，图12示出了包括六个孔350的输送装置310的顶视平面图，其中在六个孔350上可以放置运载部分340和342。虽然输送装置310已经设置成支撑六个运载部分，但是如果需要的话，输送装置310可以设置成支撑更多或者更少的运载部分。应当理解，根据本发明的运载部分也可以同输送装置或工件形成一体。
根据本发明，输送装置310不需要包括孔350。例如，如图14所示，输送装置362的上表面360可以包括一个或多个凹部364，其中当输送装置362旋转或移动时可以在凹部364中放置一个或多个工件366。或者，根据本发明的输送装置可以具有凸出部分或者甚至根本就没有表面特征(未显示)。即，输送装置的支撑表面可以是基本上扁平的并且一个或多个工件能够以任何便利的朝向放置在表面上。这样，形状不同的工件就可以与根据本发明相同的输送装置一起使用。
根据本发明的运载部分可以运载任何数目的工件。例如，图11和13示出了每个运载部分340和342都可以运载一个工件。在这种情形下，工件可以是将要使用等离子体烧结的粉末金属部件。同样，如图13所示，运载部分340和342可以设置或成形成使它们能够装入输送装置310中或者附着到输送装置310上。例如，运载部分340和342的侧面可以制成锥形以便它们可以精确地装入孔350中。另外，运载部分的上表面可以定制或者改造以便可以在预定位置上运载或支撑一个或多个工件。为此，一个或者多个适配器可以与同一个运载部分一起使用，这样它就能够用于制造不同形状的工件和等离子体辅助处理。
波导管和至少一个运载部分可以共同形成根据本发明的等离子体处理腔。例如，图11示出了波导管307的顶部370，它向下面对位于运载部分342上的工件320。因此，工件320可以置于顶部370和运载部分342之间，顶部370和运载部分342一起形成在其中可以形成等离子体的腔369(如图13所示)。应当理解，腔369可以打开或者关闭并且腔的“打开程度”取决于顶部370相对于运载部分342的相对位置。
例如，如图11和13所示，可以通过运载部分342和制动器372将工件320抬向顶部370，从而使腔369的尺寸和打开程度变小。在一个实施例中，减少顶部370和运载部分342之间的间隙以使得在等离子体激发、基本上捕获了气体并且使用该气体形成等离子体之前，腔369就基本上闭合了。在根据本发明的另一个实施例中，在等离子体处理之前、期间或者之后都保留了该间隙，从而允许气体流过腔。
在任何情形下，腔369可以具有适当的尺寸，以便基本上限制等离子体并且防止在腔369之外形成等离子体。因此，可以通过电机374使输送装置310旋转，从而将运载部分340和342运载的工件320顺序输送到顶部370之下的等离子体处理站中。
为了防止气体和等离子体通过波导管307向上行进，如图13所示使用了辐射透射板373(例如由石英或陶瓷制成)。在这种情形下，板373可以充当等离子体腔369的上表面。波导管顶部370可以包括凸缘371，它可以是圆柱形、锥形或者设置成能够形成合适的等离子体腔的任何其它形状。在操作期间，凸缘371位于部件320的周围以形成腔369的侧面。最后，运载部分342、部件320或者输送装置310可以用于形成腔369的下部。图11显示了辐射345是如何从波导管顶部370朝向部件320引入腔369的。然而，在实际中，可以减少顶部370和部件320之间的距离以进行等离子体处理，从而使腔369的开放程度变小。
在另一个实施例中(未显示)，可以使用运载部分使工件下降或者位于等离子体处理站中。并且同样地，可以在工件和波导管顶部之间或者在运载部分和波导管顶部之间形成处理腔。或者，如图1所示，可以在基本上透射辐射的容器中形成等离子体处理腔。在这种情形下，运载部分和波导管都不需要形成等离子体腔的一部分。在另一个实施例，例如，波导管外壳可以替换为辐射透射外壳并且被用于形成类似于图1A中所示腔的等离子体腔。换句话说，波导管不需要直接连接到等离子体处理腔上。它可以连接到在其中放置有等离子体腔的较大辐射腔。
虽然工件可以由运载部分运载到适当的地方，但是在处理期间这些工件不需要运载或者支撑。即，运载部分可以将工件放置在等离子体腔中，然后在处理之后将它们从腔中移走。在工件经过等离子体处理之后，可以使用相同或者不同的运载部分将工件移走。
当在此使用时，输送装置可以是能够将工件从一个位置移动到另一个位置具体地说移入和移出等离子体处理站的任何设备。因此，除了或代替如图10-14所示的旋转工作台类输送装置，根据本发明的输送装置可以包括，例如带、轨道、机械手、转台、滚柱、轮、链、斗、盘、导轨、升降机、螺钉、推杆、带状螺钉、轨道系统、地下系统、滚柱系统、滑块系统，板带系统、重力供给系统、边缘链系统、缆线系统、磁输送装置、滑轮系统、往复输送装置或者任何其它的移动和定位机构。
输送装置310以及等离子体处理腔325可以位于辐射腔304中以避免从处理站中泄漏具有潜在危害的辐射。辐射腔304可以对由源305供应、并且用于形成等离子体的辐射基本上反射或者不透射。当形成腔325的一个或多个元件基本上透射由源305供应的辐射或者腔325至少是部分打开时，腔304尤其有用。然而，可以理解如果腔325是密封的(例如，由波导管顶部370和运载部分342密封)，那么在等离子体辅助处理期间具有潜在危害的辐射就不能够从腔325中选出，则腔304就是变成多余的了。然而，仍然可以使用腔304来捕获处理气体。
装置300可以包括一个或者多个用于将工件移入和移出装置300的口。例如，装置300可以包括将部件320移入用于等离子体辅助处理的装置300中的入口380。入口380可以是气闸384的一部分，该气闸基本上将腔304中的处理气体(例如氩、氦、氮等)同腔304外的气体(例如空气)隔开。类似地，装置300可以包括在完成等离子体辅助处理之后将部件320从装置300中移出的出口382。出口382也可以是气闸386的一部分，该气闸基本上将处理气体同腔304外的气体隔开。如果需要，也可以使用机械臂或导轨(未显示)来帮助将部件放在输送装置310上以及将部件从它上面卸下。
如上面较完整地描述，根据本发明，活性或惰性等离子体催化剂可以用于在低于、等于或高于大气压的压力下激发、调节或者维持等离子体。因为这些催化剂已经在上文中进行了详细的说明，所以在此将不再赘述。另外，根据本发明也可以使用点火设备或者其它用于诱发等离子体的设备。在任何情形下，等离子体催化剂都可以置于可操作位置中以放松或者改善等离子体激发的条件。在一个实施例中，等离子体催化剂可以位于运载部分或工件本身上并且由它们运载。在另一个实施例中，等离子体催化剂可以附着到波导管顶部370上或者位于波导管顶部370附近。
图15示出了根据本发明的多个工件的等离子体处理的示意性方法400的流程图。该方法包括：在步骤405中将多个工件中的每一个放置在多个可动运载部分上，在步骤410中将输送装置上的每个可动运载部分顺序移入辐射区域，在步骤415中使气体流入该区域，在步骤420中通过使气体受到辐射而激发该区域中的气体以形成等离子体，在步骤425中维持等离子体一段足够长的时间以等离子体处理该区域中的至少一个工件，并且在步骤430中推进输送装置将至少一个经过等离子体处理过的工件移到该区域之外。
根据本发明的等离子体处理方法可以可选地将一个或多个工件暴露在等离子体中。这包括相对于其它工件，将一个或者多个工件暴露更长的时间或者暴露时间相等但是暴露在较高温度的等离子体中或者是这两者的组合。例如，如图10所示，位于辐射区域325中的工件将被暴露在等离子体中，而其它在腔304中而不在区域325中的工件却不会被暴露。此外，输送装置310的旋转速率可以不同，或者工件维持在区域325中的时间长度可以不同。此外，如图11所示，运载部分342和顶部370的高度可以变化，从而改变区域325中的辐射强度并因此改变此处的等离子体强度。
在一个实施例中，可以对辐射区域内部的一个或多个工件施加电偏压以进行更均匀并且更快速的等离子体辅助处理。例如，可以在电极(例如悬浮在等离子体腔中)和工件之间施加电位差。工件可以直接或者通过可动运载部分之一连接至电压源。电压源可以在辐射器或辐射区域之外并且电压可以通过微波滤波器来施加以防止例如微波能量泄漏。所施加电压可以采取例如连续或脉冲的DC或AC偏压的形式。在等离子体辅助涂层处理的情形下，施加的电压可以吸引带电离子，赋予它们能量并且提高涂层的粘附性和质量。
在前述的实施例中，为了简化说明，各种特征被集合在单个实施例中。这种公开方法不意味着本发明权利要求书要求了比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如下列权利要求所述，创造性方面要比前述公开的单个实施例的全部特征少。因此，下列权利要求被加入到该具体实施方式中，每个权利要求本身作为本发明的一个单独的优选实施例。

Claims (65)

1.一种等离子体辅助处理多个工件的方法，该方法包括：
将所述多个工件中的每一个放置在多个可动运载部分上；
将位于输送装置上的每个所述可动运载部分顺序移入辐射区域；
使气体流入所述辐射区域；
激发所述辐射区域中的所述气体以形成等离子体；
维持所述等离子体一段足够长的时间以至少部分地等离子体处理所述辐射区域中的至少一个所述工件；以及
推进所述输送装置以将至少一个等离子体处理过的工件移出所述辐射区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理是烧结、退火、正火、球体形成、回火、老化硬化、表面硬化、连接、掺杂、氮化、渗碳、消除结晶、渗碳氮化、清洁、消毒、汽化、涂覆和灰化中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个工件包括多个将要连接的部件。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述输送装置包括带、轨道、机械手、转台、滚柱、轮、链、斗、盘、导轨、升降机、螺钉、推杆、带状螺钉、轨道系统、地下系统、滚柱系统、滑块系统，板带系统、重力供给系统、边缘链系统、缆线系统、磁输送装置、滑轮系统、往复输送装置以及任何能够将工件从一个位置移动到另一个位置的其它机构。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述工件包括金属、非金属、陶瓷、玻璃、有机材料和无机材料中的至少一种。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述辐射区域包括用于邻接所述运载部分的外壳。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述外壳和所述运载部分共同形成腔。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述外壳包括至少一个顶部。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述外壳包括一个用于向所述腔中输送气体的入口。
10.如权利要求6所述的方法，还包括将所述运载部分移动到邻近所述外壳的位置。
11.如权利要求6所述的方法，还包括将所述外壳移动到邻近所述运载部分的位置。
12.如权利要求1所述的方法，还包括使用等离子体催化剂激发所述等离子体。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述催化剂是活性催化剂和惰性催化剂中的至少一种。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述催化剂包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述催化剂包括碳纤维。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述等离子体催化剂包括活性等离子体催化剂，该活性等离子体催化剂包括至少一种电离粒子。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一种电离粒子包括一束粒子。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述粒子是x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子和质子中的至少一种。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一种电离粒子带电粒子。
22.如权利要求18所述的方法，其中所述电离粒子包括放射性裂变的产物。
23.如权利要求6所述的方法，其中所述外壳包括波导管。
24.如权利要求1所述的方法，其中将所述多个工件中的至少一个暴露于比所述多个工件中的其它工件基本更大量的等离子体中。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述区域包括外壳，该外壳与所述多个工件中的至少一个共同形成腔。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述顺序移入步骤包括连续地移动至少一个所述可动运载部分。
27.如权利要求1所述的方法，其中所述顺序移入步骤包括将多个所述可动运载部分分批地移入所述区域。
28.如权利要求1所述的方法，其中所述维持步骤包括将一定量的频率小于大约333GHz的电磁辐射引入所述区域。
29.一种用于等离子体辅助处理多个工件的装置，该装置包括：
电磁辐射源；
辐射外壳，来自所述辐射源的辐射穿过所述辐射外壳以从气体形成等离子体；以及
输送装置，用于将所述工件顺序移入和移出邻近所述外壳的辐射区域。
30.如权利要求29所述的装置，还包括在所述辐射区域中包含的用于激发所述等离子体的等离子体催化剂。
31.如权利要求29所述的装置，其中所述催化剂是活性催化剂和惰性催化剂中的至少一种。
32.如权利要求31所述的装置，其中所述催化剂包括金属、无机材料、碳、碳基合金、碳基复合物、导电聚合物、导电硅橡胶弹性体、聚合物纳米复合物和有机无机复合物中的至少一种。
33.如权利要求32所述的装置，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述催化剂包括碳纤维。
35.如权利要求31所述的装置，其中所述催化剂的形式为纳米粒子、纳米管、粉末、粉尘、薄片、纤维、薄板、针、线、绳、细丝、纱、细绳、刨花、裂片、碎片、编织线、带和须中的至少一种。
36.如权利要求31所述的装置，其中所述等离子体催化剂包括活性等离子体催化剂，该活性等离子体催化剂包括至少一种电离粒子。
37.如权利要求36所述的装置，其中所述至少一种电离粒子包括一束粒子。
38.如权利要求36所述的装置，其中所述粒子为x射线粒子、γ射线粒子、α粒子、β粒子、中子和质子中的至少一种。
39.如权利要求36所述的装置，其中所述至少一种电离粒子是带电粒子。
40.如权利要求36所述的装置，其中所述电离粒子包括放射性裂变的产物。
41.如权利要求29所述的装置，其中所述输送装置包括至少一个用于输送所述多个工件的运载部分，并且其中所述外壳和所述至少一个运载部分共同形成至少部分包含所述气体的腔。
42.如权利要求41所述的装置，其中所述运载部分相对于所述外壳是可动的。
43.如权利要求29所述的装置，其中所述外壳包括将所述辐射区域连接到所述辐射源的波导管。
44.如权利要求29所述的装置，其中所述输送装置包括带、轨道、机械手、转台、滚柱、轮、链、斗、盘、导轨、升降机、螺钉、推杆、带状螺钉、轨道系统、地下系统、滚柱系统、滑块系统，板带系统、重力供给系统、边缘链系统、缆线系统、磁输送装置、滑轮系统、往复输送装置以及任何能够将工件从一个位置移动到另一个位置的其它机构。
45.如权利要求29所述的装置，其中所述输送装置包括至少一个与所述输送装置结合的可动运载部分。
46.如权利要求29所述的装置，其中所述输送装置包括至少一个可动运载部分，并且其中所述辐射区域包括用于临时邻接到所述运载部分的外壳。
47.如权利要求46所述的装置，其中所述外壳和所述至少一个可动运载部分共同形成临时腔。
48.如权利要求29所述的装置，还包括至少具有顶部以至少部分地包容所形成的等离子体的外壳。
49.如权利要求29所述的装置，其中所述输送装置包括至少一个运载部分，该装置还包括可以相对所述至少一个运载部分移动的外壳。
50.如权利要求29所述的装置，还包括用于激发在所述区域中的所述等离子体的等离子体催化剂。
51.如权利要求29所述的装置，还包括使用波导管将所述辐射源连接到所述区域的外壳。
52.如权利要求29所述的装置，其中所述区域包括与所述多个工件中的至少一个共同形成腔的外壳。
53.如权利要求29所述的装置，还包括气体入口，用于将所述气体输送到所述辐射区域从而在所述辐射区域中形成等离子体。
54.一种等离子体辅助处理多个工件的方法，该方法包括：
顺序将多个工件输送到辐射区域；
使气体流入所述辐射区域；
激发所述辐射区域中所述气体以形成等离子体；
维持所述等离子体一段足够长的时间以至少部分地等离子体处理所述辐射区域中的至少一个所述工件；以及
顺序将所述多个工件输送到所述辐射区域之外。
55.如权利要求54所述的方法，还包括在顺序将所述多个工件输送到所述辐射区域之前将所述多个工件放置在多个可动运载部分上。
56.如权利要求55所述的方法，其中所述辐射区域包括设置成邻接所述多个运载部分中的至少一个的外壳，并且其中该方法还包括通过移动所述外壳和所述多个运载部分中的至少一个相互靠近来在所述辐射区域中形成等离子体腔。
57.如权利要求56所述的方法，其中所述外壳至少包括顶部，并且所述移动步骤包括朝向所述顶部移动所述多个运载部分中的至少一个。
58.如权利要求56所述的方法，其中所述外壳至少包括顶部，并且所述移动步骤包括朝向所述多个运载部分中的至少一个移动所述顶部。
59.如权利要求54所述的方法，其中所述激发气体步骤包括在等离子体催化剂存在的情况下，在气体压力至少约为大气压时使气体暴露于频率小于大约333GHz的电磁辐射。
60.如权利要求59所述的方法，其中所述等离子体催化剂是活性等离子体催化剂和惰性等离子体催化剂中的至少一种。
61.如权利要求56所述的方法，其中所述外壳包括波导管。
62.如权利要求54所述的方法，其中所述顺序输送到所述辐射区域中的步骤是连续输送和批量输送中的至少一种。
63.如权利要求54所述的方法，其中所述输送步骤包括沿生产线移动所述工件。
64.如权利要求54所述的方法，还包括在所述维持期间给所述工件施加电偏压。
65.如权利要求64所述的方法，其中所述施加包括施加DC偏压、AC偏压、脉冲偏压和连续偏压中的至少一种。
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