На всех поверхностях всегда присутствуют мельчайшие, невидимые глазу загрязнения. Удаление этих загрязнений почти всегда является необходимым условием безупречной дальнейшей обработки поверхности такими методами, как:

  • Склеивание
  • Нанесение печатных изображений
  • Вскрытие лакокрасочными материалами
  • Микросварка
  • Нанесение покрытия
  • Травление

Плазменные технологии предлагают решения для каждого вида загрязнений, для каждой подложки и для каждой дополнительной обработки. При этому происходит также разложение молекулярных остатков загрязнений. Для различных требований в отдельных случаях есть различные методы очистки. Важнейшими из них являются следующие:

1. Удаление углеводородов в кислородной плазме

Микроочистка — обезжиривание в кислородной плазме

Почти на всех поверхностях находятся углеводороды как остатки жиров, масел или разделительных средств. Эти слои резко снижают адгезию других материалов при осуществляемой позднее последующей обработке поверхности. Поэтому химическое удаление углеводородов в кислородной плазме является стандартной обработкой перед любым нанесением лакокрасочного покрытия, печатного изображения или склеиванием.

Плазменные реакции при этом процессе очистки представлены в качестве примера в разделе «Малая физика плазмы».

Происходит взаимодействие ионов, радикалов и УФ-излучения. Высокоэнергетическое УФ-излучение расщепляет макромолекулы. Кислородные радикалы, ионы и отщепленные водородные радикалы занимают свободные концы полимерных цепей к H2O и CO2

Продукты разложения углеводородов в плазме низкого давления находятся в газообразном состоянии и отсасываются.

На полимерных поверхностях параллельно с разложением поверхностного загрязнения начинается активация с помощью кислородных радикалов. Эта активация в неполярных пластмассах является необходимым условием безупречной адгезии. Подробную информацию см. в разделе Активация обрабатываемых материалов.

Масла, жиры или разделительные средства, содержащие присадки, не всегда могут быть удалены в кислородной плазме без остатков. На подложке могут образовываться прилипшие устойчивые оксиды. При необходимости их можно очистить с помощью последующих дополнительных процессов очистки.

Очистка в кислородной плазме работает практически на всех материалах. Часто вместо кислорода можно использовать также очищенный сухой воздух. Поэтому удаление углеводородов следует осуществлять как в плазме низкого, так и в плазме атмосферного давления.

2. Механическая очистка микропескоструйной обработкой

Аргоновая плазма

Особо простая плазма — плазма инертных газов. Она состоит только из ионов, электронов и атомов инертных газов. Поскольку газ всегда атомарный, отсутствуют радикалы, и поскольку инертные газы не вступают в химическую реакцию, то нет и продуктов реакции. Благодаря кинетической энергии тяжелых ионов аргоновая плазма все равно активна.

Очистка

Благодаря кинетической энергии ударяющих ионов атомы и молекулы покрытия выбиваются, и оно постепенно удаляется.

Эта обработка действует почти на всех поверхностях, то есть при любом виде загрязнения. С помощью микропескоструйной обработки также можно удалять почти все загрязнения, препятствующие химическому воздействию.

Поскольку положительно заряженные ионы ускоряются на отрицательно заряженный электрод, происходит плазменное возбуждение в реакторе с параллельными пластинами.

Структурирование — физическое травление

Богатые энергией ионы выбивают осколки не только из поверхностного слоя, но и из самого материала подложки. Благодаря этому в молекулярном масштабе происходит все большее структурирование поверхности и придание ей шероховатости. Как и при пескоструении или шлифовке, это приводит к увеличению площади поверхности — возможно, также к поднутрению — которое повышает адгезию наносимых после этого покрытий.

В отличие от химических эффектов травления в плазме низкого давления микропескоструйная обработка действует не изотропно, то есть равномерно на все поверхности детали, а главным образом в направлении электрического поля, так как ионы ускоряются в этом направлении.

3. Восстановление оксидных слоев

Оксидные слои находятся на многих поверхностях. Только некоторые металлы после длительного хранения не склонны к образованию оксидов. На многих металлах оксидные слои как раз и образуются при плазменной очистке в кислородной плазме. При этом оксидные слои при всех операциях мешают дальнейшей обработке:

  • Адгезия электрических контактов при микросварке, пайке
  • Плохой электрический контакт
  • Плохая адгезия при склеивании, нанесении лакокрасочных покрытий

Также и на неметаллах часто находятся устойчивые оксидированные отложения, которые в остальных случаях иногда образовались только в процессе очистки в кислородной плазме. Оксидные слои часто плохо поддаются воздействию традиционными растворителями. Даже механически с ними сложно справиться по причине их высокой твердости. В водородной плазме они удаляются путем восстановления.

Окисление

В кислородной или воздушной плазме также осуществляется целенаправленное окисление чрезвычайно тонких металлических слоев, имеющих толщину всего несколько атомных слоев. Эти невидимые слои затвердевают и защищают металл от химического и механического воздействия и от дальнейшего окисления. Они обеспечивают поверхность с устойчивым металлическим блеском.

Поверхностное окисление часто осуществляется в плазме атмосферного давления.

Поскольку с поверхности часто также приходится удалять загрязнения разных видов, один за другим применяются различные процессы очистки, такие как:

1. Удаление разделительных средств (углеводородов) в кислородной плазме

2. Микромеханическая особо тонкая очистка микропескоструйной обработкой в аргоновой плазме

или:

1. Обезжиривание в кислородной плазме

2. Восстановление оксидных слоев в водородной плазме

С другой стороны, непосредственно после кислородной очистки осуществляется активация неполярных поверхностей кислородными радикалами посредством продолжения процесса в течение длительного времени после очистки. Подробную информацию см. в разделе Активация обрабатываемых материалов, а при еще более длительном воздействии — дальнейшее Травление обрабатываемых материалов.

Плазменная очистка по сравнению с другими методами очистки имеет уникальные преимущества:

  • Очистка также в мельчайших зазорах и щелях
  • Очистка всех поверхностей деталей в рамках одной операции также и на внутренней стороне пустотелых деталей
  • Удаление без остатка всех продуктов разложения с помощью вакуумного отсоса
  • Неповреждение чувствительных к растворителям поверхностей химическими средствами для очистки
  • Удаление также и молекулярно тонких остатков
  • Возможна (и предпочтительна) немедленная последующая обработка
  • Отсутствие необходимости проветривания и удаления растворителей
  • Отсутствие необходимости складского хранения и утилизации опасных, вредных для окружающей среды и здоровья средств для очистки