D’infimes contaminants, invisibles à l'œil, sont toujours présents sur les surfaces. L'élimination de ces micropollutions est presque toujours une condition nécessaire au bon déroulement du traitement ultérieur de la surface par des méthodes telles que:

  • Collage
  • Pressage
  • Peinture
  • Mise en conformité de la surface (promoteur d'adhérence)
  • Procédé de revêtement
  • Gravure

La technologie plasma offre des solutions pour tout type de contamination et n’importe quel substrat quel que soit le traitement ultérieure. Les contaminants et autres résidus moléculaires sont supprimés. Diverses méthodes de nettoyage sont disponibles selon les besoins de chaque cas individuel. Les plus importants sont:

1. L'élimination des hydrocarbures par plasma Oxygène

Micro-nettoyage (Nettoyage final) - Dégraissage (Final) par plasma Oxygène

Les hydrocarbures tels que résidus de graisses, d’huiles ou d’agents de démoulage sont présents sur quasiment toutes les surfaces. Ces pollutions sont source d’une considérable péjoration de l'adhérence d'autres matériaux lors du traitement ultérieur de la surface. Par conséquent, l'élimination chimique des hydrocarbures par le plasma oxygène est un traitement standard avant peinture, impression ou collage.

Les réactions engendrées par le plasma par ce procédé de purification sont décrites, par exemple, dans " Small plasma physics ".

Ions, radicaux et rayonnement UV agissent ensemble. L’importante énergie associée aux rayonnements UV clive les macromolécules. Les radicaux d'oxygène, les ions et les radicaux d’hydrogène réagissent avec les extrémités libres des chaînes polymériques pour former H2O et CO2.

Les produits résultants de la dégradation des hydrocarbures sont gazeux, dilués dans le plasma basse pression et ils sont éliminées par l’aspiration continue produite par la pompe à vide.

Pour des substrats polymériques, l'activation de la surface se déroule conjointement à son  nettoyage, à la réduction de la contamination de surface par les radicaux d'oxygène. Cette activation est une condition préalable assurant une bonne adhérence sur les matières plastiques non polaires. Pour plus de détails se reporter à Activation des matériaux.

Les huiles, graisses ou agents de démoulage contenant certains additifs ne peuvent pas toujours être complètement dégradés et éliminés par le plasma d'oxygène. Les oxydes solides peuvent former un film très stable et adhérant au substrat. Si nécessaire ceux-ci peuvent être assainis dans des processus supplémentaires de purification postérieurs.

Le nettoyage par plasma Oxygène fonctionne sur pratiquement tous les matériaux. Le simple air ambiant purifié et sec peut souvent très bien convenir à la place de l'oxygène. L'élimination des hydrocarbures peut être obtenue par les plasmas sous basse pression et les plasmas à pression atmosphérique.

2. Le nettoyage mécanique par « micro-sablage »

Plasma d'Argon

Un plasma particulièrement simple est celui obtenu à partir d’un gaz rare. Il se compose en effet, uniquement d'ions, d’électrons et d’atomes du gaz rare. Comme le gaz est toujours sous forme atomique, le plasma est dépourvu d’espèces radicalaires. Ainsi, les gaz rares ne réagissent pas chimiquement avec les surfaces, ils ne génèrent donc pas de produits de réaction. L’action du plasma d'argon est associée à l'énergie cinétique des ions lourds.

Nettoyage

En raison de l'énergie cinétique des ions impactant sur les surfaces, les atomes et molécules de polluants sont éjectés mécaniquement de la surface, de sorte que la surface est progressivement débarrassée de ses contaminations.

Le traitement agit sur presque toutes les surfaces, ainsi que sur tout type de contaminant. La quasi-totalité des contaminations résistantes à l'attaque chimique peuvent être éliminée par l’effet de « micro-sablage » des ions de gaz rare du plasma.

Comme les ions chargés positivement sont accélérés vers une électrode chargée négativement, l'excitation du plasma se produit dans un réacteur à plaques parallèles.

Structuration de la surface: ‘Etching’ - Gravure physique

Dans ce cas, des ions de haute énergie frappent et fragmentent la matière de la surface du substrat lui-même, et non pas seulement les pollutions qui pourraient s'y être adsorbées. Ce comportement conduit à la formation progressive de motifs à l'échelle moléculaire et aboutit à la structuration de la surface. Tout comme le sablage ou l’usinage, la structuration conduit à une augmentation de la surface spécifique du substrat, parfois même à une topographie spécifique qui augmente l'adhérence des revêtements appliqués ultérieurement sur cette surface.

Contrairement au cas de la gravure chimique, la gravure par plasma à basse pression, associée à ce processus de « micro-sablage » n’est pas isotrope. C’est à dire son action n’est pas appliquée de façon uniforme ni dans toutes les directions, ni sur toutes les surfaces du substrat, mais principalement dans une direction correspondant à celle du champ électrique qui accélère les ions.

3. Réduction des films d'oxyde

De fines couches d'oxyde se retrouvent naturellement sur la plupart des surfaces métalliques, et ce d'autant plus après de longues périodes de stockage. Seuls quelques métaux ne présentent pas cette tendance à former ces films d’oxyde sur leur surface. Lorsque le nettoyage plasma est effectué via un plasma Oxygène, pour de nombreux métaux, l’oxydation de la surface se déroule de façon simultanée à leur le nettoyage. Ces couches d'oxyde interférent parfois de façon négative avec les autres étapes ultérieures de traitement:

  • Adhésion de contacts électriques lors du collage, soudure
  • Mauvais contact électrique
  • Perte d’adhérence lors du collage ou la peinture

Les non-métaux peuvent également donner lieu à des dépôts d’oxyde solides, qui se forment parfois uniquement en raison du nettoyage par plasma oxygène. Les couches d'oxyde tendent à résister aux attaques par des solvants classiques. Leur élimination par des procédés mécaniques est souvent difficile, en raison de leur dureté élevée. Par contre, ces oxydes peuvent être réduis par un traitement par plasma réducteur, à base d’hydrogène.

Oxydation

Dans un plasma d'oxygène ou d'air, sur une épaisseur extrêmement minces, de seulement quelques couches atomiques, les surfaces métalliques peuvent intentionnellement être soumises à l'oxydation. Ces revêtements invisibles durcissent et protègent le métal contre les attaques chimique et mécanique et contre l'oxydation ultérieure. Ils assurent aussi la permanence de l’éclat métallique de la surface.

L'oxydation de surface est souvent effectuée en utilisant le plasma atmosphérique.

Parce que souvent plusieurs classes de contaminants doivent être enlevés de la surface, des procédés différents et séquentiels de nettoyage sont appliquées:

1. Elimination des agents de démoulage (hydrocarbures) par plasma Oxygène 2. Nettoyage ‘micromécanique’ de précision: ‘micro-sablage’ par plasma Argon

ou:

1. Dégraissage fin par plasma Oxygène 2. Réduction du film d'oxyde (formé ou existant) par plasma Hydrogène D'autre part, l’action du plasma Oxygène sur les surfaces initialement non polaires, se prolonge pendant une longue période après le nettoyage suite à l’importante durée de vie des radicaux d’oxygène. Pour plus de détails, voir Activation des matériaux et pour l'effet prolongé des réactions en aval du plasma 'Etching' Gravure des matériaux. Le nettoyage par plasma présente des avantages uniques par rapport aux méthodes classiques de nettoyage:

  • Nettoyage au cœur des fissures les plus fines et des porosités ouvertes du matériau
  • Nettoyage de toutes les surfaces des composants en une seule étape, même à l'intérieur des cavités et des éléments creux
  • Absence de résidus : les produits de dégradation sont aspirés sous vide
  • Absence de dommage aux surfaces sensibles aux solvants, et autres agents de nettoyage chimiques
  • Suppression des pollutions à l’échelle moléculaire.
  • Possibilété d'effetuer le traitement subséquent directement en sortie de procédé (même conseillé). Aucune évacuation, ni élimination de solvants n’est nécessaire
  • Absence de stockage et d'élimination d’agents de nettoyage dangereux, nocifs pour l'environnement.
  • Coûts d’utilisation du procédé particulièrement modestes.