等離子清洗機(jī)的頻率有40KHz,13.56MHz,2.45GHz這幾種。等離子清洗機(jī)采用氣體作為清洗介質(zhì),有效地避免了因液體清洗介質(zhì)對被清洗物帶來的二次污染。等離子清洗機(jī)外接一臺真空泵,工作時清洗腔中的等離子體輕柔沖刷被清洗物的表面,短時間的清洗就可以使有機(jī)污染物被徹底地清洗掉,同時污染物被真空泵抽走,其清洗程度達(dá)到分子級。
低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結(jié)合鍵能(幾個至十幾電子伏特),完全可以破裂有機(jī)大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵;但遠(yuǎn)低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能。處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中,電子具有較高的能量,可以斷裂材料表面分子的化學(xué)鍵,提高粒子的化學(xué)反應(yīng)活性(大于熱等離子體),而中性粒子的溫度接近室溫,這些優(yōu)點為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件。等離子體裝置是在密封容器中設(shè)置兩個電極形成電場,用真空泵實現(xiàn)一定的真空度,隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,受電場作用,它們發(fā)生碰撞而形成等離子體,這時會發(fā)出輝光,故稱為輝光放電處理。輝光放電時的氣壓大小對材料處理效果有很大影響,另外與放電功率,氣體成分及流動速度、材料類型等因素有關(guān)。
不同的放電方式、工作物質(zhì)狀態(tài)及上述影響等離子體產(chǎn)生的因素,相互組合可形成各種低溫等離子體處理設(shè)備。
低溫等離子體技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環(huán)境污染小、節(jié)能等優(yōu)點,在表面改性中廣泛的應(yīng)用。
一、KHz和MHz的區(qū)別
KHz每半個周期都經(jīng)歷一次擊穿、維持和熄火的過程,放電不連續(xù),相當(dāng)于正負(fù)電極交替的直流放電。
與樣品反應(yīng)為物理反應(yīng),對樣品表面的清洗影響最大,多用于表面的除膠,毛刺打磨等,典型的工藝為通入惰性氣體,通過離子轟擊樣品表面。
優(yōu)點:本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),清潔表面不會留下任何氧化物,可以保持樣本的化學(xué)純凈性,1MHz極性變換的連續(xù)放電
MHz
電子在放電空間不斷來回運動,增加了與氣體分子碰撞的次數(shù),使電離能力提高,擊穿電壓降低,放電比直流條件下更容易自持。
與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng),兩者都起重要作用并且相互促進(jìn),離子轟擊使清洗表面產(chǎn)生損傷削弱其化學(xué)鍵或者形成原子態(tài);離子碰撞使被清洗物加熱,使之更容易產(chǎn)生反應(yīng)。
物理反應(yīng)-kHz
優(yōu)點:不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),清潔表面不會留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化學(xué)純凈性,腐蝕作用各向異性
缺點:就是對表面產(chǎn)生了很大的損害會產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)對被清洗表面的各種不同物質(zhì)選擇性差,腐蝕速度較低
化學(xué)反應(yīng)-MHz
優(yōu)點:清洗速度較高、選擇性好、對清除有機(jī)污染物比較有效
缺點:會在表面產(chǎn)生氧化物
二、等離子清洗機(jī)的常用頻率為三種:
a:25-40kHz,通常叫發(fā)中頻、超聲等離子清洗機(jī)電源,中頻等離子的自偏壓為1000V左右,應(yīng)用于較大容積的真空腔體,特點是等離子能量高,但是等離子密度小,無需匹配,。常規(guī)是5千瓦至20千瓦。另外在大氣等離子清洗機(jī)中一般也采用相對比較容易激發(fā)的中頻等離子電源,這個頻率特點在實際應(yīng)用表面處理時側(cè)重利用所激發(fā)狀態(tài)下的離子的物理性能。b:13.56MHz,射頻,最常用的等離子清洗機(jī)電源,射頻等離子體的自偏壓為250V左右,在體積相對較小表面處理要求較高的真空腔體中應(yīng)用廣泛,特點是等離子能量相對較低低,但是等離子密度高。效果均勻,但成本稍高。常規(guī)是100瓦至1250瓦。這個頻率特點在實際應(yīng)用表面處理時兼顧利用所激發(fā)狀態(tài)下的離子的物理性能和化學(xué)性能。
c:2.45GHz,微波,成本太高,微波等離子體的自偏壓只有幾十,目前商業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用較少偏向在實驗室中的小體積的鐘罩式微波等離子清洗機(jī)、這種等離子能量更低,但密度更高。這種頻率特點在實際應(yīng)用表面處理時偏向利用所激發(fā)狀態(tài)下的離子化學(xué)性能。
三、等離子清洗機(jī)的反應(yīng)氣體使用:
a:常壓的等離子中反應(yīng)氣體應(yīng)用的比較少一般來說有2種(1)干燥的CDA(2)N2(1)大氣直噴槍及旋轉(zhuǎn)噴槍類型的等離子清洗機(jī)一般都采用的CDA作為反應(yīng)氣體
(2)寬幅的常壓等離子清洗機(jī)(100MM以上)因為電極材料特性、制造工藝的提高,等離子體的產(chǎn)生難度增加,需要用到惰性氣體參與,一般選擇較為廉價的純N2
b:在真空等離子清洗機(jī)種反應(yīng)氣體就相對較多了,一般有N2、O2、AR、H2、CF4、NH3、SO2、SF6等等,但其中最常見的應(yīng)用還是N2、O2、AR、H2、CF4這5種。
依據(jù)等離子的作用原理可將選配氣體分為兩類,一類是氫氣和氧氣等反應(yīng)性氣體,另一類是氬氣、氮氣等非反應(yīng)性氣體
1、氫氣主要應(yīng)用于清洗金屬表面的氧化物,發(fā)生還原反應(yīng)。在清洗表面氧化物時用純氫雖然效率高,但這里主要考慮放電的穩(wěn)定性和安全,在等離子清洗機(jī)應(yīng)用時選用氬氫混合較為合適
2、氧氣主要應(yīng)用于清洗物體表面的有機(jī)物,發(fā)生氧化反應(yīng)。氧氣,它被加速了的電子轟擊成氧離子、自由基后,氧化性極強(qiáng)。工件表面的污染物,如油脂、助焊劑、感光膜、脫模劑、沖床油等,很快就會被氧化成二氧化碳和水,而被真空泵抽走,從而達(dá)到清潔表面,改善浸潤性和粘結(jié)性的目的。
3、氮氣等離子處理能提高材料的硬度和耐磨性。氬氣和氦氣性質(zhì)穩(wěn)定,并且放電電壓低易形成亞穩(wěn)態(tài)的原子,一方面等離子清洗機(jī)利用其高能粒子的物理作用清洗易被氧化或還原的物件, Ar+轟擊污物形成揮發(fā)性污物被真空泵抽走,避免了表面材料發(fā)生反應(yīng)
4、四氟化碳(CF4),六氟化硫(SF6)等,蝕刻和去除有機(jī)物的效果會更加顯著 N2、O2、NH3、SO2等,在等離子清洗機(jī)應(yīng)用時會和高分子材料反應(yīng)在原先惰性表面形成活性官能基團(tuán)等等。