Plasma

Kysely palveluntarjoajalle

Plasma

Vain kahden vuosikymmenen aikana plasmaprosessit ovat kehittyneet lukuisilla toimialoilla ja teknologia-aloilla monipuoliseksi työkaluksi teollisiin sovelluksiin, ja niitä käytetään moniin tehtäviin pintakäsittelyssä, -puhdistuksessa ja -pinnoituksessa sekä muovien aktivoinnissa, puolijohderakenteiden etsauksessa ja niin edelleen.

Määritelmän mukaan plasma on osittain ionisoitunut kaasu, jota kutsutaan usein myös aineen neljänneksi olomuodoksi. Ilmiöt kuten salama tai revontulet (aurora borealis) ovat luonnossa esiintyviä plasmoja. Teknisesti ne voidaan tuottaa sähkökenttien avulla.

Plasmat ovat erityisen kiinnostavia niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien vuoksi. Niissä syntyy voimakkaasti virittyneitä hiukkasia ja radikaaleja, jotka voivat käynnistää kemiallisia reaktioita, jotka eivät ole mahdollisia normaaleissa olosuhteissa. Samalla käsiteltävien työkappaleiden lämpötila voidaan pitää hyvin alhaisena.

Plasmassa olevat voimakkaasti kiihdytetyt ionit mahdollistavat esimerkiksi sputteroinnin kaltaisia sovelluksia.

Kaikkien näiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien ansiosta plasmalla on poikkeuksellinen rooli tieteessä ja teollisuustekniikassa.

Plasman aktivointi

Muovipintojen aktivointi on plasmateknologian erityinen sovelluskohde. Aktivoinnilla tarkoitetaan tässä tapauksessa pintaenergian lisäämistä, mikä parantaa tarttuvuusominaisuuksia ja siten kostuvuutta. Pisaran kosketuskulma muovin pinnalla on yleinen tarttuvuuden mittari.

Monissa tapauksissa polymeereillä on alhainen pintaenergia eli ne ovat hydrofobisia, mikä voi aiheuttaa ongelmia esimerkiksi vesipohjaisten lakkojen käytössä. Siksi niitä on muokattava ennen maalausta tai painatusta. Plasma on osoittautunut tähän tarkoitukseen erittäin tehokkaaksi menetelmäksi. Plasmakäsittely korvaa näin ollen tavanomaiset tarttuvuusparantajat.

Lisäksi työkappaleiden geometrian ja polymeerin tyypin suhteen ei ole juurikaan rajoituksia, koska lämpötila ei nouse merkittävästi prosessin aikana. Myös muovin pinnanmuoto pysyy lähes muuttumattomana; vain ylimmät monokerrokset muokataan.

Aktivointiprosesseissa plasma koostuu tyypillisesti hapesta, mutta joskus myös typestä tai ammoniakista. Happea käytettäessä on mahdollista modifioida polymeerejä siten, että pinnalle muodostuu hydroksyyli-, karboksyyli- tai peroksidiryhmiä. Jos sen sijaan käytetään typpeä tai ammoniakkia, tuloksena syntyy amiini- tai imiiniryhmiä, jotka voivat olla kiinnostavia tietyissä sovelluksissa. Nämä polaariset, hydrofiiliset ryhmät parantavat pinnan kostuvuutta. Aktivointiprosessit kestävät yleensä vain muutaman sekunnin. Aktivoinnin jälkeen työkappaleet ovat valmiita välittömään jatkokäsittelyyn, mikä on mahdollista jopa samassa plasmasysteemissä.

Tyypillinen käyttöalue tälle vakiintuneelle menetelmälle on muoviosien esikäsittely autoteollisuudessa, kuten esimerkiksi maalattujen puskurien kohdalla.

Joitakin etuja lyhyesti

Prosessi

Erittäin hyvä tarttuvuus
Parempi homogeenisuus
Korkea prosessivakaus
Helppo prosessin hallinta
Soveltuvuus lämpötilaherkille materiaaleille

Taloudellisuus

Ei jätteiden hävittämiskustannuksia
Kuivausvaihetta ei tarvita
Plasmakaasujen alhainen kulutus
Tartuntapohjamaalia ei tarvita

Ekologia

Liuottimettomuus
Ei vaarallisia jätteitä
Integroitu ympäristöystävällisyys

Plasmapuhdistus

Pintojen puhdistus on yksi plasmateknologian tarjoamista mahdollisuuksista. Tätä varten käytetään erilaisia menetelmiä plasman tuottamiseen. Yleisimpiä ovat korkeataajuisten vaihtojännitteiden (40 kHz tai 13,56 MHz) käyttö sekä mikroaaltojen avulla tapahtuva viritys. Tyypilliset kaasuseokset sisältävät happea, argonia ja toisinaan vetyä sekä tetrafluorihiiltä (_CF₄). Seoksen koostumus riippuu puhdistusprosessin erityisvaatimuksista, jotka määräytyvät epäpuhtauksien tyypin ja käsiteltävän materiaalin mukaan.

Puhdistettavan materiaalin suhteen rajoituksia on tuskin lainkaan. Näin ollen lämpötilaherkät muovit voidaan käsitellä yhtä hyvin kuin metalli, lasi ja keramiikka. Plasmajärjestelmä on kuitenkin joka tapauksessa sovitettava kyseiseen tehtävään.

Kaasuseoksesta riippuen plasma toimii hapettavasti tai pelkistävästi. Hapettavat plasmat ovat edullisia orgaanisten epäpuhtauksien (öljyt, rasvat) poistamisessa, kun taas pelkistävät plasmat sopivat paremmin epäorgaanisiin kerrostumiin (kuten esimerkiksi metallioksideihin).

Lähes kaikki pinnat likaantuvat eri työvaiheiden aikana. Jatkokäsittelyä varten, kuten maalausta, kovettamista tai tiivistämistä varten, työkappaleet on puhdistettava.
Plasmapuhdistus on paras tapa saada täysin puhtaat, rasvattomat pinnat.

Perinteiset puhdistusmenetelmät ovat usein märkäkemiallisia ja sisältävät hiilivetyjä (HV), kloorihiilivetyjä (KHV) tai veteen liuotettuja voimakkaita puhdistusaineita. Kaikki nämä aineet aiheuttavat ympäristöongelmia sekä käytön aikana että hävittämisen yhteydessä. Jätteiden määrää pyritään vähentämään niin sanotuilla end-of-pipe-ratkaisuilla, jotka aiheuttavat lisäkustannuksia.

Toisin kuin märkäkemia, plasmapuhdistus täyttää integroidun ympäristönsuojelun vaatimukset.

Jotta ymmärtäisi, miten plasmapuhdistus toimii, on tarkasteltava mikroskooppisen pientä aluetta. Mitä tapahtuu välittömästi pinnalla ja sen läheisyydessä?

Orgaanisen likaantumisen tapauksessa plasmakasvi sisältää happea ja argonia. Puhdistusprosessi on kahden prosessin, fyysisen ja kemiallisen, summa.

Fysikaalinen prosessi:
Kun työkappale asetetaan katodille tai kytketään katodiksi, sähkökentän vaikutuksesta plasman positiiviset ionit kiihdytetään sen suuntaan. Törmätessään ionit irrottavat atomit ja molekyylit pinnalta suoran impulssinsiirron avulla. Tätä prosessia voisi kuvata ”atomien biljardiksi”.

Kemiallinen:
Viritetty happi ja happi-ionit muodostavat reagoidessaan hiilivetyjen kanssa hiilidioksidia ja vettä. Tarkka reaktiokaava on seuraava:

Hiilivedyt muuttuvat siis suhteellisen vaarattomiksi kemiallisiksi yhdisteiksi. Epätäydellisen palamisen tuotteet, jos niitä esiintyy, voidaan helposti suodattaa pois pakokaasuista aktiivihiilisuodattimien avulla.

Plasmapuhdistus tarjoaa joitakin merkittäviä etuja prosessin, taloudellisuuden, ympäristönsuojelun ja työturvallisuuden kannalta:

Prosessi

Korkea rasvanpoistoteho
Hyvä hajoavuus
Hyvä pohjustus jatkoprosesseille, kuten pinnoitukselle
Korkea vakaus
Helppo prosessinvalvonta
Soveltuvuus lämpötilaherkille materiaaleille

Taloudellisuus

Ei jätehuoltokustannuksia
Kuivausprosessia ei tarvita
Plasmakaasujen alhainen kulutus

Ekologia

Liuottimettomuus
Ei vaarallisia jätteitä
Vähäinen jätteiden hävittämistyö
Integroitu ympäristönsuojelu

Kysely palveluntarjoajalle

Kategoria
Tarjous

Valtio
Saksa