等离子体简介

等离子体技术 - 尽皆可能

1.什么是等离子体?

如果连续为物质提供能量,其温度会相应升高,物质状态会从固态变为液态,然后过渡为气态。如果继续提供能量,当前原子壳层会发生分裂,并产生带电粒子(带负电荷的电子和带正电荷 离子)。这种混合物被称作等离子体或者 “物质的第四态”

简而言之: 在提供能量的情况下发生了物质状态的变化:

固态 ⇒ 液态 ⇒ 气态 等离子态

在自然界中存在着等离子体,例如在闪电、极光、火焰和太阳中。此外,氖管、焊接的时候,以及闪光灯均会产生人造等离子体。

2.Diener electronic 出品的等离子设备可应用于哪些方面?

等离子体可应用于以下方面:粘结材料或者按照您的需求改变表面特性。通过这种先进的技术,可以对各种表面作出修改。故此,其应用范围极为广泛,例如

  • 小型和微型部件的精密清洗
  • 在胶结、上漆之前对塑料部件进行活化
  • 蚀刻和去除部分诸如聚四氟乙烯,光刻胶等之类的各种材料。
  • 对具有类似聚四氟乙烯涂层、阻隔涂层、疏水性和亲水性涂层、减摩擦涂层等的部件进行喷涂处理

在此期间,等离子体技术几乎在所有行业领域中均建立了其应有的地位。同时,还源源不断的出现新的用途。

2.1 等离子效应

3.等离子体是如何发挥作用的?

低压等离子体技术中,通过提供能量激发真空中的气体。会产生高能量的离子电子,以及其他活性粒子,并形成等离子体。从而极其有效的对表面作出改变。共分为三种 等离子效应:

微喷砂处理:通过离子冲击剥蚀表面。

化学反应:离子化气体与表面发生化学反应。

紫外线辐射:紫外线辐射分解了长链碳化合物。

通过诸如,压力功率工艺时间气体流量气体成分 之类的工艺参数的变化 ,等离子体的作用方式也会随之发生改变。这样,便可以在一个单独的工艺步骤中实现多种效果。

等离子体可去除表面的脱模剂(包括聚硅氧烷和油)。其会受到例如,氧气的化学腐蚀,并转化 挥发性化合物。通过真空负压和表面加热,脱模剂及其残余物会部分蒸发。通过等离子体中的高能量粒子,脱模剂分子分解为小型的分子碎片,并借此被抽取出来。此外,产生一种原子 水平的“微辐射效应” 紫外线辐射可以分解脱模剂。

无论是生产或是存积的产品,大多都存在不可见的沉积物,例如,脂肪、油、有机硅、水分、氧化层。为了能够顺利对表面进行涂层,必须确保不含任何 LABS(LABS = 水性油漆扰物),通过等离子清洗可以实现这点要求。

4.等离子设备具有哪些结构类型?

其区分为低压和常压等离子系统

低压等离子体技术

常压等离子体技术

5.低压等离子设备是如何设计的,以及其是如何工作的?

在低压等离子体技术中,通过提供能量激发真空中的气体。会产生高能量的离子电子,以及其他活性粒子,并形成等离子体。从而极其有效的对表面作出改变。共分为三种等离子效应:

  • 微喷砂处理: 通过离子冲击剥蚀表面
  • 化学反应: 离子化气体与表面发生化学反应
  • 紫外线辐射: 紫外线辐射分解了长链碳化合物

通过诸如,压力、功率、工艺时间、气体流量和气体成分之类的工艺参数的变化,等离子体的作用方式也会随之发生改变。这样,便可以在一个单独的工艺步骤中实现多种效果。

典型工艺参数的示例:

功率: 500 瓦特

工艺腔室容积: 100 升
工艺气体: 空气或者氧气
压力: 0.2 - 0.6 mbar
时间: 1 - 5 分钟

提供了 各种工艺气体(例如,空气、氧气、氩气、氩氢混合气、四氟甲烷与氧气的混合气)和 化学品(例如,六甲基二硅氧烷、乙酸乙烯酯、丙酮、含氟化学品)。

但是,基本上需注意以下几点: 工艺知识至关重要的。 等离子体必须与材料相匹配,以便能够有针对性的调节所有需要的 效果

低压等离子体-设备:含 LF 或 RF 发生器的结构
低压等离子体-设备:含微波发生器的结构

6.常压等离子设备是如何设计的,以及其是如何工作的?

常压等离子体技术中,气体在常压下借助高电压被激发,并点燃等离子体。借助压缩空气从喷嘴中将等离子体喷出。共分为两种等离子效应:

  • 通过等离子射流中所含的活性粒子进行活化和精密清洗
  • 此外,借助经压缩空气加速的活性射流可以去除表面散落的、附着性颗粒。

改变诸如处理速度和至基材表面的距离之类的工艺参数,会对处理结果造成不同程度的影响。

6.1 电晕设备(“滑动弧”原理)

按照“滑动弧”-工作原理,“高温” 等离子区中的低电压会产生电弧放电,然后会借助空气沿流出方向进行释放(电压上升至大约 10kV)。借此,形成了一个“冷”等离子区,其可被用作处理工具

处理宽度为大约 50 - 60 mm。处理距离最高可达到 20 mm。

该设备配备了一个微型控制器,专用于产生等离子体。也就是说,出厂时便已对以下参数进行了设定:

  • 放电脉冲宽度
  • 放电时的暂停时间
  • 空气量

上述参数会影响等离子体的温度效率

本设备可用于以下用途

  • 通过等离子体射流中所含的活性粒子(自由基)的反应进行活化
  • 此外,借助经压缩空气加速的等离子体射流可以去除表面散落的附着性颗粒。

本设备专为预处理塑料模制零部件而设计,以便改善

  • 印刷油墨
  • 油漆
  • 胶粘剂
  • 泡沫等

的附着现象。

对于良好的表面处理而言,以下几点至关重要:

  • 仅可用于处理非导电性材料。
  • 对于实现所需的表面特性而言,处理速度以及电晕头与待处理表面之间的距离是最重要的参数改动参数会彻底改变预处理效果。
  • 较低的速度和/或反复处理均会导致均匀的表面活化。
Plasmatechnik, Plasmatechnologie, Plasmaaktivierung von Kunsstoffteilen
Funktionsprinzip APC500

6.2 PlasmaBeam

常压等离子体技术中,气体在常压下借助高电压被激发,并点燃等离子体。借助压缩空气从喷嘴中将等离子体喷出。共分为两种等离子效应:

通过等离子射流中所含的活性粒子进行活化和精密清洗

此外,借助经压缩空气加速的活性射流可以去除表面散落的、附着性颗粒。
改变诸如处理速度和至基材表面的距离之类的工艺参数,会对处理结果造成不同程度的影响。

常压等离子体处理器 PlasmaBeam 主要用于对不同的表面进行局部预处理(清洗、活化):

  • 聚合物
  • 金属
  • 陶瓷
  • 玻璃
  • 混合材料

PlasmaBeam 适合用于机器人,并可轻易安装至现有的自动化生产线中。

Plasma pen
Plasmatechnologie
atmosphärisches Plasma
Plasma pen
Plasma stick
Plasma open air

7.接受过处理的零部件在进行后续加工之前可存放多久?

零部件的存放时间取决于活化时间材料 ,最短为几分钟,最多可达到数。因此,通常有必要进行现场试验。

金属、陶瓷、玻璃和弹性体:约 1 小时

塑料(不包括弹性体):数日、数周、数月

8.应如何存放经过处理的零部件?

经过等离子处理之后,建议 不要将零部件存放于露天环境中,因为其会吸附灰尘、有机污染物湿气

用收缩膜包装的零部件较之于露天存放的零部件,明显具有更高的保质期。

在与客户密切协商后,对由我们进行了表面处理的零部件进行包装,例如,经过测试认证的无硅 PE 包装袋防静电包装 ,或者客户提供给我们的定制包装材料

9.为什么不允许触摸经过处理的零部件?

等离子体会去除有机污染物,但是无法去除无机污染物。例如,指纹汗水中含有盐份(无机污染物),故此仅可以用手套接触零部件。

10.如何测量等离子体活性?

10.1 接触角/湿润角

Kontaktwinkel接触角是指三相交点处所观察到的静止液滴在固体上的投影与固体表面上液滴形状的相切夹角。按照物理定义,表面的接触角小于 90° 的为亲水性(润湿性)表面,如果 接触角大于 90° 则为疏水性(非润湿性)表面。通过等离子处理 ,接触角会发生变化(变大、变小)。通过适当的等离子工艺或者以等离子工艺进行适当的涂层处理, 亲水性表面会转变为 疏水性表面(进行亲水性涂层处理,则得到相反的效果)。

接触角

10.2 测试墨水

估计表面能量的测量方法: 喷涂在表面上之后,测试墨水积聚在一处,则固体的表面能量 低于墨水的表面能量,然而,如果仍然保持湿润,则固体的表面能量等于或者大于液体的表面能量。 使用一系列具有表面能量级差的测试墨水,可以对固体的总表面张力进行测定。当然,通过这种方法并无法对表面能量的极性 非极性 成分进行确定。

10.3 十字切割测试

为了对 涂层粘附性进行测试,进行了十字切割测试 ((标准: DIN EN ISO 2409 和 ASTM D3369-02) 。 在进行了涂层处理之后,将塑料部件的涂层切割成网格状。接着,在切割网格上贴上标准胶带,贴牢胶带然后重新 将其撕下。如果胶带上粘有涂漆,则表明涂料的粘附性较差。切割网格借此表明了塑料部件上涂层的粘附性能

11.如何检测等离子处理?

通过指示标签以及等离子指标-金属化合物,等离子设备的用户可以识别是否已进行过等离子处理。该项测试实际上不需要花费时间。其可应用于任何等离子设备的任何处理用途,无论是清洗、活化、蚀刻 或者涂层 。该指标可用于确认您的产品和半成品之前是否接受过等离子处理,即使已过了几周和几个月。

11.1 指示标签

胶粘标签是一种特别经过涂层处理的薄膜,其即可作为参考 直接 置于腔室中,也可以贴在零部件上。只要暗色的指示点消失,则表明已成功完成了等离子处理。然而,指示标签还可以用于设备测试。对于这种情况,可将标签置于空的真空腔室中,并点燃等离子体。

等离子体指示标签

ADP-Plasmaindikator

Die Plasmaindikatoren sind mit einem speziellen Gewebe ausgestattete Klebeetiketten. War der Plasmaprozess erfolgreich, löst sich das Gewebe auf.

Das Klebeetikett wird nach Belieben auf ein Bauteil oder einen Dummy aufgeklebt. Dieses wird als Referenz dem Plasmastrahl ausgesetzt, dabei hat der Indikator keinerlei Auswirkung auf den eigentlichen Plasmaprozess oder auf das Bauteil selbst. Bei der Behandlung wird das Gewebe zerstört.

11.2 等离子指标-金属化合物

等离子指标是一种液态金属化合物,其在等离子体中会发生分解,从而使接受等离子处理的物体表面具有一层光泽的金属表面。滴涂在零部件本身或者一份 参考样本上的液滴,等离子处理时会在大部分表面上转化为光泽的金属涂层,并与最初的无色液滴形成鲜明的对比。等离子体中所产生的具有金色光泽的金属膜与物体所有其他颜色之间存在着 光学反射率,正是通过这种反射率能够对其进行明确的区分。

等离子处理前的指示剂左侧. 等离子处理前的指示剂右侧
指示剂前右侧和等离子处理后左侧

12.等离子体技术拥有哪些优势?

较之于诸如火焰处理或者湿式化学处理之类的其他方法,等离子体技术具有决定性的优势:

  • 很多表面特性只能通过该种方法获得
  • 一种普遍适用的方法: 具有在线生产能力,并可实现全自动化
  • 一种极为环保的工艺方法
  • 基本不受几何形状的限制,可对粉剂、小零件、片材、无纺布、纺织品、软管、中空体、印刷电路板等进行处理
  • 零部件不会发生机械改动
  • 零部件受热较少
  • 的运行成本
  • 较高的工艺安全性和作业安全性

一种极为理性的工艺。

13.可应用于哪些方面?

说明和更多信息请参阅对照表 ND/AD 等离子体以及应用用途章节