Плазменная очистка с помощью плазмы атмосферного давления

Для плазменной очистки поверхностей применяются только приборы серии «PlasmaBeam». Практически невозможно доказать, что приборы типа Plasma APC500 оказывают очищающее воздействие. Поэтому они здесь почти не упоминаются.

1. Конструкция и принцип действия

2. Как работает очистка с помощью атмосферной плазмы?

Важным процессом в технологии плазменной обработки поверхностей является плазменная очистка. С помощью химических реакций с ионизированными газами, а также струи активного газа, ускоренной за счет сжатого воздухачастицы загрязнений удаляются, переводятся в газовую фазу и сдуваются под постоянным воздействием струи активного газа. При этом можно достичь относительно высоких степеней чистоты.

При снижении содержания оксидов меди оксиды меди подвергаются обработке плазмой из водородной газовой смеси и таким образом осуществляется химическое восстановление оксидов, при этом образуется водяной пар. К газовым смесям относятся  Ar/H2 или N2/H2 с максимальным содержанием H2 менее 5%. С плазмой атмосферного давления это работает только с очень высоким расходом газа.

3. Как действует атмосферная плазма при очистке?

3.1 Плазменная очистка металлов

Некоторые обрабатываемые изделия покрыты жирами, маслами, воском и другими органическими и неорганическими загрязнениями (также оксидными слоями).

При определенных вариантах применения может быть необходимо получить абсолютно чистые и не содержащие оксидов поверхности, например,

  • перед ионным распылением
  • перед нанесением лакокрасочного покрытия
  • перед склеиванием
  • перед нанесением печатного изображения
  • перед нанесением покрытий с помощью физического и химического осаждения из паровой фазы
  • при специальном применении в медицине 
  • при  aналитических датчиках
  • перед микросваркой
  • перед пайкой печатных плат
  • в переключателях и т. д.

Плазма действует здесь двумя различными способами:

1. Она удаляет органические слои (углеродсодержащие загрязнения)

  • Они подвергаются химическому воздействию, например, кислорода и воздуха.
  • С помощью повышенного давления сдуваются с поверхности.
  • С помощью богатых энергией частиц в плазме загрязнения преобразуются в более мелкие, более устойчивые молекулыи благодаря этому их можно извлечь.

Загрязнения должны иметь толщину всего несколько сотен нанометров, так как плазма может снимать всего несколько нм за один цикл.

Жиры содержат, например, литиевые соединения. Из них возможно удаление только органических составляющих. То же касается отпечатков пальцев. Поэтому рекомендуется пользоваться перчатками.

2. Восстановление оксидов

  • Оксид металла вступает в химическую реакцию с технологическим газом. В качестве технологического газа применяется смесь водорода с аргоном или азотом. Тепловое действие плазменной струи может вызвать дальнейшее окисление. Поэтому рекомендуется осуществлять процессы в среде защитного газа (например, N2 или Ar).

3.2 Плазменная очистка пластмасс

При обработке плазмой атмосферного давления плазменную очистку нельзя отделить от плазменной активации.

В качестве технологического газа, как правило, используется сухой сжатый воздух без примесей масла.

Этот принцип соответствует плазменной обработке металлов.

3.3 Плазменная очистка стекла и керамики

Очистка стекла и керамики осуществляется так же, как и очистка металлов. В качестве технологического газа для очистки стекла используется сжатый воздух.

В общем, можно сказать, что очистка осуществляется, как правило, с помощью сжатого воздуха.

В качестве важных параметров здесь следует учитывать расстояние, скорость, а также повтор процесса (многократная обработка предпочтительна).

4. Является ли плазменная струя/струя активного газа беспотенциальной?

Да, струя активного газа прибора PlasmaBeam не имеет или имеет очень малый электрический потенциал. Поэтому приборы PlasmaBeam часто используют для очистки электронных конструктивных групп.

Приборы типа Plasma APC500 могут использоваться для обработки не электропроводных материалов. Плазменная струя прибора APC500 не является беспотенциальной.

5. Какие отработавшие газы могут возникать при плазменной очистке?

Возникают оксиды азота NO и NO2. Разумеется, также возможно меньшее количество углеродсодержащих отработавших газов (CO2, CO).

6. Какая ширина обработки с помощью PlasmaBeam?

Ширина обработки одного сопла составляет приблизительно 8-12 мм. Однако ширину очистки при каждом применении следует проверять заранее (например, измерение контактного угла).

При применении чистого кислорода (O2) или азота (N2ширина обработки немного увеличивается.

7. Каких можно достичь скоростей обработки?

В сравнении с процессами активации скорость очистки составляет всего несколько см в секунду. Эффективная очистка требует повышения температуры на поверхности, которого можно достичь только с помощью более низкой скорости.

8. Насколько высокая температура струи?

Средняя температура плазмы составляет прибл. 200 – 250 °C. При правильной настройке расстояния и скорости достигается температура поверхности прибл. 70 – 80 °C. Поэтому данная технология может применяться для всех распространенных обрабатываемых материалов (металлы, керамика, стекло, пластмассы, эластомеры).

9. Каков срок действия эффекта плазменной очистки с помощью атмосферной плазмы?

К сожалению, здесь нельзя назвать никаких достоверных цифр. Срок действия эффекта зависит от условий храненияпараметров обработки, а также степени загрязнения.

Примеры

  1. Влажная атмосфера и повышенная температура (более 20 °C) резко снижают срок действия эффекта плазменной обработки.
  2. Многократная обработка повышает срок действия эффекта обработки.
  3. В общем, для металлических, стеклянных и керамических поверхностей действует следующая рекомендация: склеивание, нанесение печатного изображения или лакокрасочного покрытия следует выполнять в течение одного часа после плазменной обработки для достижения максимальных показателей.
  4. Для пластмасс характерен следующий срок действия эффекта плазменной обработки:
  • ПА (с армированием и без армирования стекловолокном): 1 - 2 недели
  • ПП, ПЭ: мы рекомендуем дополнительную обработку в течение от одного до максимум двух дней
  • ПК: 2–5 дней
  • АБС, ПК/АБС: 2–5 дней

Пожалуйста, учтите, что здесь речь идет о приблизительных значениях. В зависимости от изготовителя могут возникать серьезные различия по причине применения различных присадок и разделительных средств.

10. Какие основные преимущества дает нам обработка плазмой атмосферного давления?

Технологию PlasmaBeam можно применять, например, в поточных процессах, например, плазменной очистке непрерывных металлических профилей, труб перед нанесением оболочки, склеиванием, микросваркой или нанесением лакокрасочных покрытий.

Эта технология может использоваться в роботизированных установках, т. е. с помощью роботов возможно сканирование 2- или 3-мерных поверхностей плазменной струей.

PlasmaBeam обеспечивает возможность локальной очистки поверхности без маскирования остальной площади, например, очистки контактных площадок из Al, Au и Cu перед приваркой проволочных выводов (проводные соединения), не касаясь остальной поверхности.

11. Какие возможны варианты применения?

Дополнительную информацию вы найдете в разделе Применение.

Plasmabeam: Плазменный процессор пригоден для работы с роботами и может быть установлен на имеющиеся автоматизированные производственные линии.

Атмосферная плазма — Plasmabeam

Установка состоит из трех модулей:

1. Устройство питания: 

  • подключение к электрической сети
  • Подключение к подаче технологического газа и охлаждающего газа
  • Генератор высокого напряжения
  • Блок измерения тока
  • Газорегуляторный блок
  • Передняя панель с элементами управления

2. Подвод газа и питания в гибкой трубе

3. Плазменный генератор: центральный электрод, внешний электрод и изолятор образуют зону разряда

  • Генератор высокого напряжения преобразует напряжение сети в высокое напряжение (до 10 кВ), которое необходимо для формирования электрического разряда.
  • Питающее напряжение и технологический газ подводятся в зоне разряда с помощью гибкой подводки.
  • Поток воздуха выносит возникающие в электрической дуге активные частицы (i+, e-, r*) из зоны разряда. (Метод плазменной струи)
  • Поток активного газа с помощью специальной формы сопла фокусируется на обрабатываемой детали.
PlasmaAPC500: Плазменный процессор пригоден для работы с роботами и может быть установлен на имеющиеся автоматизированные производственные линии.

Атмосферная плазма — PlasmaAPC 500

Установка состоит из трех модулей:

1. Устройство питания:

  • подключение к электрической сети
  • Генератор высокого напряжения
  • Блок управления (управляется микроконтроллером)
  • Передняя панель с элементами управления
  • Подача воздуха

2. Подача питания и воздуха в гибкой трубе

3. Плазменный генератор:

Два электрода образуют зону разряда

  • Генератор высокого напряжения вырабатывает напряжение до 10 кВ, которое необходимо для получения электрического разряда.
  • Подача питающего напряжения обеспечивается с помощью гибкого трубопровода.
  • Поток воздуха выводит электрическую дугу из зоны электродов. (Метод скользящей дуги)
  • Электрическая дуга входит в непосредственный контакт с поверхностью. 
  • Осторожно, высокое напряжение! Пожалуйста, не прикасайтесь к электрической дуге и электродам

PlasmaAPC 500 применяется для не электропроводных поверхностей

В плазменной технологии атмосферного давления< газ под воздействием высокого напряжения при атмосферном давлении возбуждается настолько, что плазма воспламеняется. Плазма с помощью сжатого воздуха выгоняется из сопла. Различают два эффекта воздействия плазмы:

Активация и особо тонкая очистка осуществляются при помощи содержащихся в плазменной струе реактивных частиц

Кроме того, свободные, прилипшие частицы удаляются с поверхности с помощью струи активного газа, ускоренной за счет сжатого воздуха.

Посредством изменения технологических параметров, таких как скорость обработки и расстояние до поверхности подложки можно по-разному влиять на результаты обработки.

Атмосферный плазменный процессор PlasmaBeam применяется главным образом для локальной предварительной обработки (очистка, активация) различных поверхностей:

  • Полимеры
  • Металл
  • Керамика
  • Стекло
  • Гибридные материалы

PlasmaBeam пригоден для работы с роботами и может быть без больших затрат установлен на имеющиеся автоматизированные производственные линии.