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【 等离子清洗机应用及原理】

一、金属表面去油及清洁

 金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层，在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前，需要用等离子处理来得到洁净和无氧化层的表面。 在这种情况下的等离子处理会产生以下效果：

  1.1 灰化表面有机层

      －表面会受到化学轰击（氧 下图）

－在真空和瞬时高温状态下，污染物部分蒸发

－污染物在高能量离子的冲击下被击碎并被真空带出

－紫外辐射破坏污染物

因为等离子处理每秒只能穿透几个纳米的厚度，所以污染层不能太厚。指纹也适用。

1.2 氧化物去除

金属氧化物会与处理气体发生化学反应（下图）

这种处理要采用氢气或者氢气与氩气的混合物。有时也采用两步处理工艺。步先用氧气氧化表面5分钟，第二步用氢气和氩气的混合物去除氧化层。也可以同时用几种气体进行处理。

1.3 焊接

通常，印刷线路板在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除，否则会带来腐蚀等问题。

1.4 键合

好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱，这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的，也需要进行等离子清洁。

二、等离子刻蚀

在等离子刻蚀过程中，通过处理气体的作用，被刻蚀物会变成气相（例如在使用氟气对硅刻蚀时，下图）。处理气体和基体物质被真空泵抽出，表面连续被新鲜的处理气体覆盖。不希望被刻蚀部分要使用材料覆盖起来（例如半导体行业用铬做覆盖材料）。

等离子方法也用于刻蚀塑料表面，通过氧气可以灰化填充混合物，同时得到分布分析情况。刻蚀方法在塑料印刷和粘合时作为预处理手段是十分重要的，如POM 、PPS和PTFE。等离子处理可以大大地增加粘合润湿面积。

三、刻蚀和灰化

PTFE 刻蚀

PTFE在未做处理的情况下不能印刷或粘合。，使用活跃的碱性金属可以增强粘合能力，但是这种方法不容易掌握，同时溶液是有毒的。使用等离子方法不仅仅保护环境，还能达到更好效果。（下图）

等离子结构可以使表面，同时在表面形成一个活性层，这样塑料就能够进行粘合、印刷操作。

PTFE 混合物的刻蚀

PTFE混合物的刻蚀必须十分仔细地进行，以免填充物被过度暴露，从而削弱粘合力。

处理气体可以是氧气、氢气和氩气。可以应用于PE、PTFE、TPE、POM、ABS和丙烯。

四、塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清洁

塑料、玻璃、陶瓷与聚丙烯、PTFE一样是没有极性的，因此这些材料在印刷、粘合、涂覆前要进行处理。同时，玻璃和陶瓷表面的轻微金属污染也可以用等离子方法清洁。等离子处理与灼烧处理相比不会损害样品。同时还可以十分均匀地处理整个表面，不会产生有毒烟气，中空和带缝隙的样品也可以处理。

·           不需要用溶剂进行预处理

·           所有的塑料都能应用

·           具有环保意义

·           占用很小工作空间

·           成本低廉

等离子表面处理的效果可以简单地用水来验证，处理过的样品表面被水润湿。长时间的等离子处理（大于15分钟），材料表面不但被活化还会被刻蚀，刻蚀表面具有润湿能力。常用的处理气体为：空气、氧气、氩气、氩氢混合气体、CF₄等

五、等离子涂镀

聚合

在涂镀中两种气体同时进入反应舱，气体在等离子环境下汇聚合。这种应用比活化和清洁的要求要严格一些。典型的应用是保护层的形成，应用于燃料容器、防刮表面、类似PTFE材质的涂镀、防水涂镀等。涂镀层非常薄，通常为几个微米，此时表面的亲和力非常好。 常用的有3种情况

·           防水涂镀—环己物

·           类似PTFE材质的涂镀---含氟处理气体

·           亲水涂镀---乙烯醋酸

小型等离子清洗机具有成本低廉、操作灵活的特点， 与动辄十几万美元的大型产品相比小型等离子清洁小型机具有以下优点:

1、可以更灵活地操作，简便地改变处理气体的种类和处理程序。

2、不会对人员的身体造成任何伤害。

3、其成本对于等离子处理方法来说是微不足道的。

小型等离子设备广泛应用于等离子清洗和表面改性等场合。通过其处理，能够改善材料的润湿能力，使多种材料能够进行涂覆、镀等操作，增强粘合力、键合力，同时去除有机污染物、油污或油脂。

其具体应用包括：

1、塑料、玻璃和陶瓷表面活化

玻璃、陶瓷和塑料（如聚丙烯、PTFE等）基本上是没有极性的，因此这些材料在进行粘合、油漆和涂覆之前要进行表面活化处理。

2、金属去油及清洁

金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层，在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前，需要用等离子处理来得到洁净和无氧化层的表面。

焊接操作前：通常印刷线路板在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除，否则会带来腐蚀等问题。

键合操作前：好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱，这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的，也需要进行等离子清洁。

特 点：

·     操作简便、成本低廉

·     高效真空电极

·     气体流量通过流量计和针阀实现精确控制

·     功率可在200W以内调节控制（能够能够满足清洁需要，200W以上功率用于刻蚀）

·     自动阻抗匹配

·     自由设置参数：处理时间、功率、气体、压力

·     安全保护功能：真空触发、舱门锁

【 等离子清洗器应用方式】

1. 等离子清洗

· 常规的清洗方法不能将材料表面薄膜去除，而会留下一层很薄的杂质层，而且溶剂清洗就是这类典型例子。

· 等离子清洗器使用就是通过等离子体对材料表面的轰击，轻柔地和地对表面擦洗。

·等离子清洗将除去不可见的油膜、微小的锈迹和其它由于用户接触室外暴露等等在表面形成的这类污物，而且，等离子清洗不会在表面留下残余物。

· 等离子清洗器能够处理多种类型材料：包括塑料、金属、陶瓷以及几何形状各异的表面。

·  等离子清洗器的优点在于它不但能清洗掉表面的污物，而且还能增强材料表面的粘附性能。

 2. 聚合物清洗

①  聚合物的表面清洗

·  等离子消融作用通过高能的电子和离子对材料表面的轰击，机械地去除污物层。

·  等离子表面清洗可去除可能存在于某些加工过的聚合物的污物层，不需要的聚合物表面涂层和弱的边界层

②  聚合物的表面重组

·  等离子消融作用中使用的惰性气体破坏了聚合物表面的化学键从而导致聚合物表面自由官能团的形成。

·  聚合物表面的自由官能团重新成键形成原始的聚合物结构，也能与在相同的聚合物链上邻近的自由官能团成键，或与在不同的聚合物链上附近的自由官能团成链。

·  聚合物表面结构重组能够改进表面的硬度和化学抗性。

③  聚合物的表面改性

·等离子消融作用破坏了聚合物表面的化学键，从而导致聚合物表面自由官能团的形成。

·  基于等离子过程气体的化学性质，这些表面自由官能团与等离子中原子或化学基的连接形成了新的聚合物功能组，代替旧的表面聚合物功能组。

·  聚合物表面改性能够改变材料表面的化学性质，而材料整体性质不会改变。

④ 聚合物的表面镀膜

·  等离子镀膜是通过过程气体的聚合作用在材料基层表面形成一层薄的等离子涂层。

·  如果被使用的生产气体由复合分子组成，如：甲烷、四氟化物、碳，那么他们在等离子态将破裂，形成自由的官能单体，这些官能单体将在聚合物表面成键和重新化合在聚合物表面镀膜。

·  这种聚合物表面涂层能明显地改变表面的渗透性和磨擦性。

⒊ 生物材料

①. 消毒、杀菌：

·  等离子消毒处理在医疗设备的消毒杀菌上得到了许多认可。

·  等离子处理在医疗器具的同步清洗和消毒上有很大潜力。

·  等离子消毒杀菌特别适用于对高温、化学物质、照射、过敏的医学器具或牙科移植物及设备的清洗。

②. 粘附力的提高

·  很多生物材料的介质表面能量很低，使它很难有效地进行粘附和涂层。

·  等离子表面活化导致表面功能组的形成，这些功能组将加强生物材料表面能量和改善界面的粘附力。

③. 浸润性

·  大多数未处理的生物材料具有很弱的湿润性 (亲水性) 。

·  等离子表面处理可以增加或减少多种不同的生物材料的亲水性。

·  通过等离子活化可使表面亲水，通过等离子镀膜，可使表面憎水。

④. 低摩擦力和阻碍层

·  一些材料对酯和聚合物表面的磨擦系数很高，如聚氨基甲酸酯。

·  等离子涂层具有很小的摩擦系数，使生物材料表面变得更光滑。

·  等离子涂层也能形成一个较密的阻碍层，来减少液体或气体对生物材料的渗透性。