Plazma

Zapytanie do dostawcy

Plazma

W ciągu zaledwie dwóch dekad procesy plazmowe stały się w wielu branżach i dziedzinach technologicznych wszechstronnym narzędziem do zastosowań przemysłowych, wykorzystywanym do szerokiego zakresu zadań związanych z obróbką powierzchni, -czyszczenia i powlekania, a także aktywacji tworzyw sztucznych, trawienia struktur półprzewodnikowych i wielu innych.

Zgodnie z definicją plazma to gaz częściowo zjonizowany, często określany również jako czwarty stan skupienia materii. Zjawiska takie jak na przykład błyskawica czy zorza polarna (aurora borealis) są przykładami plazmy występującej w naturze. Z technicznego punktu widzenia można je wytworzyć poprzez przyłożenie pól elektrycznych.

Plazma jest szczególnie interesująca ze względu na swoje właściwości fizyczne i chemiczne. W jej wnętrzu powstają wysoko wzbudzone cząstki i rodniki, które mogą wywoływać reakcje chemiczne niemożliwe w normalnych warunkach. Jednocześnie temperatura obrabianych elementów może być utrzymywana na bardzo niskim poziomie.

Silnie przyspieszone jony w plazmie umożliwiają zastosowania takie jak napylanie jonowe.

To właśnie tym wszystkim właściwościom fizycznym i chemicznym plazma zawdzięcza swoją wyjątkową rolę w nauce i technice przemysłowej.

Aktywacja plazmowa

Aktywacja powierzchni tworzyw sztucznych stanowi specjalne zastosowanie technologii plazmowej. Aktywacja oznacza w tym przypadku zwiększenie energii powierzchniowej, co skutkuje poprawą właściwości adhezyjnych, a tym samym zwilżalności. Kąt zwilżania kropli na tworzywie sztucznym jest powszechną miarą przyczepności.

W wielu przypadkach polimery charakteryzują się niską energią powierzchniową lub są hydrofobowe, co może powodować na przykład problemy przy stosowaniu lakierów na bazie wody. Dlatego przed lakierowaniem lub nadrukiem należy je odpowiednio modyfikować. Plazma okazała się w tym celu bardzo skutecznym środkiem. Aktywacja plazmowa stanowi zatem alternatywę dla typowych środków zwiększających przyczepność.

Ponadto nie ma praktycznie żadnych ograniczeń dotyczących geometrii obrabianych elementów ani rodzaju polimeru, ponieważ temperatura podczas procesu nie wzrasta znacząco. Co więcej, topografia tworzywa sztucznego pozostaje niemal niezmieniona – modyfikacji podlegają jedynie najwyższe monowarstwy.

W procesach aktywacji plazma składa się zazwyczaj z tlenu, ale czasami również z azotu lub amoniaku. W przypadku zastosowania tlenu możliwe jest modyfikowanie polimerów w taki sposób, że na powierzchni powstają grupy hydroksylowe, karboksylowe lub nadtlenkowe. Z kolei zastosowanie azotu lub amoniaku prowadzi do powstania grup aminowych lub iminowych, które również mogą być interesujące w określonych zastosowaniach. Te polarne, hydrofilowe grupy poprawiają zwilżalność powierzchni. Czas trwania procesów aktywacji wynosi zazwyczaj zaledwie kilka sekund. Po aktywacji elementy są gotowe do natychmiastowej dalszej obróbki, co w niektórych przypadkach jest możliwe nawet w tym samym systemie plazmowym.

Typowym obszarem zastosowania tej sprawdzonej metody jest obróbka wstępna elementów z tworzyw sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym, takich jak np. lakierowane zderzaki.

Przegląd niektórych zalet

Proces

Bardzo dobra przyczepność
Lepsza jednorodność
Wysoka stabilność procesu
Łatwa kontrola procesu
Możliwość zastosowania w przypadku materiałów wrażliwych na temperaturę

Opłacalność

Brak kosztów utylizacji
Nie jest konieczny proces suszenia
Niskie zużycie gazów plazmowych
Nie jest konieczne stosowanie podkładu adhezyjnego

Ekologia

Brak rozpuszczalników
Brak odpadów niebezpiecznych
Zintegrowana zgodność z wymogami ochrony środowiska

Oczyszczanie plazmowe

Oczyszczanie powierzchni to jedna z możliwości, jakie oferuje technologia plazmowa. W tym celu stosuje się różne metody wytwarzania plazmy. Najpopularniejsze z nich to przyłożenie napięć przemiennych o wysokiej częstotliwości (40 kHz lub 13,56 MHz) oraz wzbudzanie za pomocą mikrofal. Typowe mieszaniny gazowe zawierają tlen, argon, a czasami wodór i tetrafluorowęglowodór (_CF₄). Skład mieszaniny zależy od konkretnych wymagań procesu czyszczenia, wynikających z rodzaju zanieczyszczenia i obrabianego materiału.

Nie ma praktycznie żadnych ograniczeń dotyczących czyszczonego materiału. W ten sposób można poddawać obróbce zarówno tworzywa sztuczne wrażliwe na temperaturę, jak i metal, szkło oraz ceramikę. System plazmowy musi jednak w każdym przypadku być dostosowany do danego zadania.

W zależności od mieszanki gazowej plazma działa utleniająco lub redukująco. Plazmy utleniające są korzystne przy usuwaniu zanieczyszczeń organicznych (olejów, tłuszczów), podczas gdy plazmy redukujące nadają się raczej do osadów nieorganicznych (takich jak na przykład tlenki metali).

Prawie każda powierzchnia ulega zanieczyszczeniu podczas różnych etapów obróbki. Przed kolejnymi etapami obróbki, takimi jak lakierowanie, utwardzanie czy uszczelnianie, elementy muszą zostać oczyszczone.
Czyszczenie plazmowe jest najlepszym sposobem na uzyskanie absolutnie czystych, wolnych od tłuszczu powierzchni.

Klasyczne metody czyszczenia są często oparte na środkach chemicznych i zawierają węglowodory (KW), chlorowcowane węglowodory (CKW) lub silne środki czyszczące rozpuszczone w wodzie. Wszystkie te środki stanowią zagrożenie dla środowiska zarówno podczas stosowania, jak i utylizacji. Ograniczanie ilości odpadów odbywa się za pomocą tzw. rozwiązań typu „end-of-pipe”, które generują dodatkowe koszty.

W przeciwieństwie do czyszczenia na mokro czyszczenie plazmowe spełnia warunki zintegrowanej ochrony środowiska.

Aby zrozumieć, jak działa czyszczenie plazmowe, należy przyjrzeć się obszarowi o rozmiarach mikroskopowych. Co dzieje się bezpośrednio na powierzchni i przy niej?

W przypadku zanieczyszczeń organicznych gaz plazmowy zawiera tlen i argon. Proces czyszczenia jest sumą dwóch zjawisk: fizycznego i chemicznego.

Fizyczne:
Gdy umieści się obrabiany element na katodzie lub podłączy go jako katodę, pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego jony dodatnie z plazmy są przyspieszane w jego kierunku. Uderzając, jony poprzez bezpośrednie przeniesienie impulsu odrywają atomy i cząsteczki od powierzchni. Proces ten można by nazwać „bilardem z atomami”.

Proces chemiczny:
Wzbudzony tlen i jony tlenowe w reakcji z węglowodorami tworzą dwutlenek węgla i wodę. Dokładne równanie reakcji wygląda następująco:

Węglowodory są zatem przekształcane w stosunkowo nieszkodliwe związki chemiczne. Produkty niepełnego spalania, o ile występują, można łatwo odfiltrować ze spalin za pomocą filtrów z węglem aktywnym.

Oczyszczanie plazmowe oferuje kilka znaczących korzyści w zakresie procesu, ekonomii, ekologii i bezpieczeństwa pracy:

Proces

Wysoki stopień odtłuszczania
Wysoka zdolność do rozkładu
Dobre przygotowanie do dalszych procesów plazmowych, takich jak np. powlekanie
Wysoka stabilność
Łatwa kontrola procesu
Możliwość zastosowania w przypadku materiałów wrażliwych na temperaturę

Opłacalność

Brak kosztów utylizacji
Nie jest wymagany proces suszenia
Niskie zużycie gazów plazmowych

Ekologia

Brak stosowania rozpuszczalników
Brak odpadów niebezpiecznych
Niewielki nakład związany z utylizacją
Zintegrowana ochrona środowiska

Zapytanie do dostawcy

Kategorii
Oferty

Państwo
Niemcy