Reduzieren von Oxiden mit Plasma
Очистка

Плазменная очистка

Сверхтонкой очисткой поверхностей с помощью холодной атмосферной плазмы называется процесс удаления органических и биологических загрязнений, а также прочно приставших частиц пыли. Этот процесс чрезвычайно эффективен, и в то же время бережен к обрабатываемой поверхности. При более высокой интенсивности, плазменная обработка может также удалить слабый внешний слой поверхности пластика и создать перекрестные химические связи между его полимерными молекулами, тем самым увеличивая прочность поверхности. Также плазменная обработка улучшает смачиваемость поверхности, что увеличивает прочность последующих клеевых соединений, покраски и лакировки. Плазменная функционализация поверхности проводится при атмосферном давлении с использованием в качестве рабочих газов воздуха или типичных индустриальных газов, таких как азот, формирующий газ или кислород. При этом не используются ни вакуумная техника, ни мокрая химия. Это сокращает расходы, улучшает безопасность и экологическую чистоту. Высокие скорости обработки содействуют внедрению во многие промышленные процессы.

 

Типичные поверхностные загрязнения

Выглядящие чисто поверхности обычно покрыты многими невидимыми слоями загрязнений. Эти загрязнения формируются естественным путем при контакте с воздухом. Они включают в себя слои оксидов, воды, органических соединений и пыли. Более того, технологические процессы покрывают поверхности слоями масел, разделительных агентов, мономеров и полимерных молекул малой длины. Загрязнители значительно ухудшают качество технологических покрытий, таких как лак, краска, клей, создавая слабый, легко отделяющийся промежуточный слой. Более того, они часто уменьшают смачиваемость поверхности, что приводит ее неэффективному покрытию этими материалами и низкой прочности покрытия.

Холодная атмосферная плазма

Плазмой называется частично ионизированный газ. Электрические разряды, такие как дуговой, диэлектрический барьерный, коронный, а также прямой пьезоэлектрический разряд ионизируют газы при атмосферном давлении создавая плазму. Заряженные частицы – электроны и ионы – ускоряются в потенциале разряда до высоких энергий. Очень малая часть молекул газа ионизируется такими разрядами; большинство молекул остаются нейтральными и холодными. В частности, в случае прямого пьезоэлектрического разряда, температура газа не превышает 50 C. А в случае наиболее горячих дуговых разрядов, температура самой дуги может достигнуть 6.000 – 12.000 C. Но после того как газ покинет область дуги, он быстро остывает до 250—450 C. При высоких скоростях обработки такие температуры не перегревают и не повреждают поверхности. В то время как плазма остается холодной, высокоэнергичные электроны и ионы многократно сталкиваются с молекулами газа, производя короткоживущие атомы и химические соединения, такие как атомы H, N и O, радикалы OH, ON, озон, азотная и азотистая кислота, а также различные другие молекулы, находящиеся в метастабильных состояниях. Все эти короткоживущие соединения делают плазму химически очень активной.

Механизмы плазменной очистки

При контакте с обрабатываемой поверхностью, химически активная холодная плазма вызывает большое количество физических и химических процессов. Главными реактивами этих процессов являются высокоактивные короткоживущие химические соединения, произведенные плазмой в больших количествах. Помимо этого, при прямом контакте электрического разряда с поверхностью, она также облучается ультрафиолетовым излучением и атакуется энергичными ионами и электронами. Несмотря на то что количество заряженных частиц несоизмеримо мало по сравнению с количеством частиц нейтральных, благодаря своей реактивной природе и высокой энергии, они значительно увеличивают эффективность плазменной очистки. Следующие процессы вносят вклад в ультратонкую очистку поверхности:

 

  • Плазма разрывает химические связи тяжелых органических молекул, загрязняющих поверхность. Тяжелые молекулы дробятся на более легкие молекулы, которые улетучиваются с поверхности.
  • Произведенные плазмой активные химические соединения окисляют органические молекулы формируя углекислый газ и водяной пар.
  • Эти процессы также уничтожают биологические загрязнения и стерилизуют поверхность.
  •  При более высокой интенсивности обработки, плазма снимает слой поверхности толщиной порядка нанометра, который состоит из полимерных молекул малой длины.
  • В обнаженно слое плазма создает перекрестные химические связи между длинных полимерных молекул. Тем самым поверхностный слой значительно укрепляется.
  • Дуговой плазменный разряд, зажженный в атмосфере формирующего газа, состоящего из 5 % водорода и 95 % азота, создает большое количество водородо-содержащих реактивных соединений. При обработке металла, эти соединения восстанавливают оксиды, обнажая поверхность металла.
  • Дуговой разряд, горящий непосредственно на поверхности субстрата, используемого в качестве катода, разъедает эту поверхность, создавая неровности размером порядка микрометра. Впоследствии эти микроструктуры заполняются клеем, лаком или краской, что улучшает их механическое сцепление с поверхностью.
  • Реагируя с полимерными молекулами, химически-активные соединения плазмы осаждают полярные OH и ON группы на очищенную поверхность. В результате поверхность становится легко смачиваемой. Клеи, лаки и краски будут ее эффективно покрывать и заполнять микроструктуры благодаря капиллярному эффекту.

Преимущества плазменной очистки

Поскольку плазма разрушает органические загрязняющие вещества превращая их в пары газов, такая очистка не оставляет осадков и создает поверхность высокой чистоты. Также важно то что обработка осуществляется при атмосферном давлении. Ее преимущества по сравнению со стандартной химической обработкой или вакуумной плазменной обработкой включают:

  • Высокотонкая очистка поверхности, не оставляющая осадков
  • Бережная, неповреждающая обработка
  • Отсутствие мокрой химии
  • Использование в качестве рабочего газа воздуха или дешевых индустриальных газов
  • Экологическая чистота процесса
  • Отсутствие вакуумного оборудования
  • Высокие скорости обработки
  • Легкая интеграция в существующие производственные линии
  • Улучшение смачиваемости и последующей адгезии красок, лаков и клеев

 

Продукты для плазменной обработки фирмы Relyon Plasma GmbH

Для широкого спектра применений в промышленности, медицине и лабораторной работе, фирма Relyon Plasma GmbH разработала серию продуктов для плазменной обработки поверхностей:

 

  • Plasmabrush® PB3 является универсальным плазменным генератором на основе нашей технологии Пульсирующего Атмосферного Разряда (PAA. С его мощностью 1 кВатт, особенно компактными размерами и стабильным функционированием, этот генератор хорошо подходит для интеграции в производственные линии.

  • Plasmacell P300 это полное решение для плазменной обработки включающее все компоненты необходимые для эффективной и безопасной плазменной обработки и отвечающие промышленным стандартам и положениям. Plasmacell P300 включает вытяжной шкаф с отсеком для электроники, генератор Plasmabrush PB3, установленный на программируемой высокоскоростной трехмерной позиционирующей системе, внешний дисплей, компрессор для воздуха и систему вытяжки газов и их фильтрации. Эта система не требует дополнительной интеграции и позволяет без задержки приступить к использованию плазменных технологий.

  • Plasmatool является ручным инструментом для плазменной обработки, оптимизированным для эффективного и безопасного использования. Вместе с портативным блоком питания, включающим компрессор и сигнальную электронику, он позволяет обрабатывать большие структуры, труднодоступные области и использовать плазменную обработку везде где ее автоматизация невозможна.

  • Piezobrush® PZ2 является особенно компактным ручным генератором плазмы разработанным на основе нашей технологии Непосредственного Пьезоэлектрического Разряда (PDD). Он предназначен для ручной плазменной обработки в лабораториях. Он создает коронные или диэлектрические барьерные разряды которые применяются для высокотонкой плазменной очистки и химической функционализации поверхностей небольших компонентов.

 

Treatable materials

Plasma applications

Relyon Plasma Products

Relyon Plasma Publications

контакт
close slider

[recaptcha]