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等离子清洗机几种频率区别与运用

等离子清洗机原理示意图

等离子清洗机的频率有40KHZ,13.56MHz,2.45GHz这几种。等离子清洗机采用气体作为清洗介质,有效地避免了因液体清洗介质对被清洗物带来的二次污染。等离子清洗机外接一台真空,工作时清洗腔中的等离子体轻柔冲刷被清洗物的表面,短时间的清洗就可以使有机污染物被彻底地清洗掉,同时污染物被真空泵抽走,其清洗程度达到分子级。

低温等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特,大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特),完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键;但远低于高能放射性射线,只涉及材料表面,不影响基体的性能。处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中,电子具有较高的能量,可以断裂材料表面分子的化学键,提高粒子的化学反应活性(大于热等离子体),而中性粒子的温度接近室温,这些优点为热敏性高分子聚合物表面改性提供了适宜的条件。

等离子体装置是在密封容器中设置两个电极形成电场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,受电场作用,它们发生碰撞而形成等离子体,这时会发出辉光,故称为辉光放电处理。辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响,另外与放电功率,气体成分及流动速度、材料类型等因素有关。

不同的放电方式、工作物质状态及上述影响等离子体产生的因素,相互组合可形成各种低温等离子体处理设备。

低温等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能等优点,在表面改性中广泛的应用。

KHz和MHz的区别

KHz

每半个周期都经历一次击穿、维持和熄火的过程,放电不连续,相当于正负电极交替的直流放电。

与样品反应为物理反应,对样品表面的清洗影响最大,多用于表面的除胶,毛刺打磨等,典型的工艺为通入惰性气体,通过离子轰击样品表面。

优点:本身不发生化学反应,清洁表面不会留下任何氧化物,可以保持样本的化学纯净性,1MHz极性变换的连续放电

13.56MHz

电子在放电空间不断来回运动,增加了与气体分子碰撞的次数,使电离能力提高,击穿电压降低,放电比直流条件下更容易自持。

与样品发生化学反应和物理反应,两者都起重要作用并且相互促进,离子轰击使清洗表面产生损伤削弱其化学键或者形成原子态;离子碰撞使被清洗物加热,使之更容易产生反应。

物理反应-kHz

优点:不发生化学反应,清洁表面不会留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化学纯净性,腐蚀作用各向异性

缺点:就是对表面产生了很大的损害会产生很大的热效应对被清洗表面的各种不同物质选择性差,腐蚀速度较低

化学反应-MHz

优点:清洗速度较高、选择性好、对清除有机污染物比较有效

缺点:会在表面产生氧化物

等离子清洗机的常用频率为三种:

一:25-40kHz,通常叫发中频、超声等离子清洗机电源,中频等离子的自偏压为1000V左右,应用于较大容积的真空腔体,特点是等离子能量高,但是等离子密度小,无需匹配,。常规是5千瓦至20千瓦。另外在大气等离子清洗机中一般也采用相对比较容易激发的中频等离子电源,这个频率特点在实际应用表面处理时侧重利用所激发状态下的离子的物理性能。

二:13.56MHz,射频,最常用的等离子清洗机电源,射频等离子体的自偏压为250V左右,在体积相对较小表面处理要求较高的真空腔体中应用广泛,特点是等离子能量相对较低低,但是等离子密度高。效果均匀,但成本稍高。常规是100瓦至1250瓦。这个频率特点在实际应用表面处理时兼顾利用所激发状态下的离子的物理性能和化学性能。

三:2.45GHz,微波,成本太高,微波等离子体的自偏压只有几十,目前商业生产应用较少偏向在实验室中的小体积的钟罩式微波等离子清洗机、这种等离子能量更低,但密度更高。这种频率特点在实际应用表面处理时偏向利用所激发状态下的离子化学性能。

等离子清洗机的反应气体使用:

一:常压的等离子中反应气体应用的比较少一般来说有2种(1)干燥的CDA(2)N2

1)大气直喷枪及旋转喷枪类型的等离子清洗机一般都采用的CDA作为反应气体

 

2)宽幅的常压等离子清洗机(100MM以上)因为电极材料特性、制造工艺的提高,等离子体的产生难度增加,需要用到惰性气体参与,一般选择较为廉价的纯N2

二:在真空等离子清洗机种反应气体就相对较多了,一般有N2、O2、AR、H2、CF4、NH3、SO2、SF6等等,但其中最常见的应用还是N2、O2、AR、H2、CF4这5种。

依据等离子的作用原理可将选配气体分为两类,一类是氢气和氧气等反应性气体,另一类是氩气、氮气等非反应性气体

1氢气主要应用于清洗金属表面的氧化物,发生还原反应。在清洗表面氧化物时用纯氢虽然效率高,但这里主要考虑放电的稳定性和安全,在等离子清洗机应用时选用氩氢混合较为合适

2氧气主要应用于清洗物体表面的有机物,发生氧化反应。氧气,它被加速了的电子轰击成氧离子、自由基后,氧化性极强。工件表面的污染物,如油脂、助焊剂、感光膜、脱模剂、冲床油等,很快就会被氧化成二氧化碳和水,而被真空泵抽走,从而达到清洁表面,改善浸润性和粘结性的目的。

3氮气等离子处理能提高材料的硬度和耐磨性。氩气和氦气性质稳定,并且放电电压低易形成亚稳态的原子,一方面等离子清洗机利用其高能粒子的物理作用清洗易被氧化或还原的物件, Ar+轰击污物形成挥发性污物被真空泵抽走,避免了表面材料发生反应

4四氟化碳(CF4),六氟化硫(SF6)等,蚀刻和去除有机物的效果会更加显着  N2、O2、NH3、SO2等,在等离子清洗机应用时会和高分子材料反应在原先惰性表面形成活性官能基团等等。