等离子体

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等离子体

在短短二十年间，等离子工艺已在众多行业和技术领域发展成为一种适用于工业应用的多功能工具，可处理表面处理、 -清洗和涂层，以及塑料活化、半导体结构蚀刻等众多任务中发挥重要作用。

根据定义，等离子体是一种部分电离的气体，通常也被称为物质的第四种状态。例如闪电或北极光（aurora borealis）等现象，都是自然界中出现的等离子体。从技术角度来看，它们可以通过施加电场来产生。

等离子体因其独特的物理和化学特性而备受关注。其中会产生高度激发态的粒子和自由基，这些粒子和自由基能够引发在正常条件下无法发生的化学反应。同时，待处理工件的温度可以保持在非常低的水平。

等离子体中高速加速的离子使得溅射等应用成为可能。

正是凭借所有这些物理和化学特性，等离子体才在科学和工业技术领域发挥着非凡的作用。

等离子体活化

塑料表面的活化是等离子体技术的一项特殊应用。此处的“活化”指提高表面能，从而改善附着力，进而提高润湿性。液滴在塑料表面的接触角是衡量附着力的常用指标。

在许多情况下，聚合物具有较低的表面能或呈疏水性，这可能会导致使用水性涂料时出现问题。因此，在涂装或印刷前必须对其进行改性。等离子体已被证明是实现这一目的的非常有效的手段。因此，等离子体活化可以替代传统的附着促进剂。

此外，由于工艺过程中的温度不会显著升高，因此对工件的几何形状以及聚合物的种类几乎没有限制。而且，塑料的表面形态几乎保持不变，仅最上层的单分子层会发生改性。

在活化工艺中，等离子体通常由氧气组成，但有时也由氮气或氨气组成。使用氧气时，可对聚合物进行改性，使其表面形成羟基、羧基或过氧化物基团。相反，若使用氮气或氨气，则会形成胺基或亚胺基，这些基团对于某些特定应用同样具有重要意义。这些极性亲水基团能改善表面的润湿性。活化过程通常仅需几秒钟。活化完成后，工件即可进行后续加工，甚至可能在同一等离子系统中完成。

该成熟工艺的一个典型应用领域是汽车制造中塑料部件的预处理，例如预涂漆的保险杠。

优势概览

工艺

极佳的附着力
均匀性更好
工艺稳定性高
工艺控制简便
适用于对温度敏感的材料

经济性

无需处理废弃物产生的费用
无需干燥工序
等离子气体消耗量低
无需底漆

环保性

无溶剂
无有害废物
综合环保性

等离子清洗

表面清洗是等离子体技术所提供的一种应用方式。为此，会采用多种等离子体生成方法。最常见的方法包括施加高频交流电压（40 kHz 或 13.56 MHz）以及利用微波进行激发。典型的气体混合物包含氧气、氩气，有时还包含氢气和四氟化碳（_CF4）。具体混合物的组成取决于清洁工艺的特定要求，而这些要求又由污染物的类型和待处理材料决定。

对于待清洁的材料几乎没有限制。因此，既可以处理对温度敏感的塑料，也可以处理金属、玻璃和陶瓷。但等离子系统必须根据具体任务进行相应调整。

根据气体混合物的不同，等离子体可发挥氧化或还原作用。氧化性等离子体在去除有机污染物（如油、油脂）时具有优势，而还原性等离子体则更适用于去除无机沉积物（如金属氧化物）。

几乎所有表面在不同的加工工序中都会受到污染。为了进行后续处理步骤，例如涂漆、硬化或密封，必须对工件进行清洁。
等离子清洗是获得绝对清洁、无油污表面的最佳方法。

传统的清洁方法通常采用湿化学法，其中含有烃类（KW）、氯代烃（CKW）或溶于水的强力清洁剂。所有这些清洁剂无论在使用过程中还是在废弃处理时，都会对环境造成问题。减少废弃物主要依靠所谓的“末端处理”方案，这会产生额外的成本。

与湿化学法不同，等离子清洗符合综合环境保护的要求。

要理解等离子清洗的工作原理，必须观察一个微观层面。表面及表面附近会发生什么变化？

对于有机污染物，等离子体气体中含有氧气和氩气。清洗过程由两个环节组成：物理过程和化学过程。

物理过程：
将工件放置在阴极上或将其作为阴极连接后，由于施加的电场作用，等离子体中的正离子会被加速向工件方向运动。当离子撞击表面时，通过直接动能传递，会使原子和分子从表面剥离。这个过程可以称为“原子台球”。

化学过程：
受激氧和氧离子与烃类发生反应，生成二氧化碳和水。具体的化学方程式如下：

因此，烃类被转化为相对无害的化学化合物。若存在不完全燃烧产物，可借助活性炭过滤器轻松将其从废气中过滤出来。

等离子净化在工艺、经济性、生态性和工作安全性方面具有一些显著优势：

工艺

脱脂效率高
良好的裂解性能
为后续等离子工艺（如镀层）提供良好的预处理
稳定性高
工艺控制简便
适用于对温度敏感的材料

经济性

无需处理废料费用
无需干燥工序
等离子气体消耗量低

环保

无溶剂
无危险废物
处理工作量小
综合环境保护

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德国