Πλάσμα

Ερώτηση προς τον πάροχο

Πλάσμα

Μέσα σε μόλις δύο δεκαετίες, οι διεργασίες πλάσματος έχουν εξελιχθεί σε πολυχρηστικό εργαλείο για βιομηχανικές εφαρμογές σε πολυάριθμους κλάδους και τεχνολογικούς τομείς, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα εργασιών στην επεξεργασία επιφανειών, -καθαρισμού και -επικάλυψης, καθώς και για την ενεργοποίηση πλαστικών, τη χάραξη δομών ημιαγωγών και πολλά άλλα.

Κατά τον ορισμό, το πλάσμα είναι ένα μερικώς ιονισμένο αέριο, το οποίο συχνά αναφέρεται και ως η τέταρτη κατάσταση της ύλης. Φαινόμενα όπως, για παράδειγμα, ο κεραυνός ή το βόρειο σέλας (aurora borealis) είναι πλάσματα που εμφανίζονται στη φύση. Από τεχνική άποψη, μπορούν να παραχθούν με την εφαρμογή ηλεκτρικών πεδίων.

Τα πλάσματα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους. Σε αυτά παράγονται σωματίδια σε κατάσταση υψηλής διέγερσης και ρίζες, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν χημικές αντιδράσεις που δεν είναι δυνατές υπό κανονικές συνθήκες. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία των τεμαχίων που υποβάλλονται σε επεξεργασία μπορεί να διατηρηθεί σε πολύ χαμηλά επίπεδα.

Τα έντονα επιταχυνόμενα ιόντα σε ένα πλάσμα καθιστούν δυνατές εφαρμογές όπως η εκτόξευση (sputtering).

Σε όλες αυτές τις φυσικές και χημικές ιδιότητες οφείλει το πλάσμα τον εξαιρετικό ρόλο του στην επιστήμη και τη βιομηχανική τεχνολογία.

Ενεργοποίηση με πλάσμα

Η ενεργοποίηση επιφανειών πλαστικών αποτελεί μια ειδική εφαρμογή της τεχνολογίας πλάσματος. Ως ενεργοποίηση νοείται εδώ η αύξηση της επιφανειακής ενέργειας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα βελτιωμένες ιδιότητες πρόσφυσης και, κατά συνέπεια, διαβρέξιμοτητά. Η γωνία επαφής μιας σταγόνας πάνω σε πλαστικό αποτελεί ένα συνηθισμένο μέτρο για την ικανότητα πρόσφυσης.

Σε πολλές περιπτώσεις, τα πολυμερή έχουν χαμηλή επιφανειακή ενέργεια ή είναι υδρόφοβα, κάτι που μπορεί, για παράδειγμα, να προκαλέσει προβλήματα κατά τη χρήση βαφών με βάση το νερό. Επομένως, πρέπει να τροποποιηθούν πριν από τη βαφή ή την εκτύπωση. Το πλάσμα έχει αποδειχθεί πολύ αποτελεσματικό μέσο για τον σκοπό αυτό. Έτσι, η ενεργοποίηση με πλάσμα αποτελεί εναλλακτική λύση έναντι των συνήθων παραγόντων πρόσφυσης.

Επιπλέον, δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου περιορισμοί όσον αφορά τη γεωμετρία των τεμαχίων καθώς και τον τύπο του πολυμερούς, καθώς η θερμοκρασία δεν αυξάνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Επίσης, η τοπογραφία του πλαστικού παραμένει σχεδόν αμετάβλητη, καθώς τροποποιούνται μόνο τα ανώτατα μονοστρώματα.

Για τις διεργασίες ενεργοποίησης, το πλάσμα αποτελείται συνήθως από οξυγόνο, αλλά μερικές φορές και από άζωτο ή αμμωνία. Όταν χρησιμοποιείται οξυγόνο, είναι δυνατή η τροποποίηση των πολυμερών κατά τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργηθούν ομάδες υδροξυλίου, καρβοξυλίου ή υπεροξειδίου στην επιφάνεια. Αντίθετα, αν χρησιμοποιηθεί άζωτο ή αμμωνία, δημιουργούνται ομάδες αμίνης ή ιμίνης, οι οποίες μπορεί επίσης να παρουσιάζουν ενδιαφέρον για συγκεκριμένες εφαρμογές. Αυτές οι πολικές υδρόφιλες ομάδες βελτιώνουν τη διαβρέξιμη ικανότητα της επιφάνειας. Η διάρκεια των διαδικασιών ενεργοποίησης είναι συνήθως μόνο λίγα δευτερόλεπτα. Μετά την ενεργοποίηση, τα τεμάχια είναι έτοιμα για άμεση περαιτέρω επεξεργασία, η οποία ενδεχομένως μπορεί να πραγματοποιηθεί ακόμη και στο ίδιο σύστημα πλάσματος.

Ένας τυπικός τομέας εφαρμογής αυτής της καθιερωμένης μεθόδου είναι η προεπεξεργασία πλαστικών εξαρτημάτων στην αυτοκινητοβιομηχανία, όπως για παράδειγμα οι βαμμένοι προφυλακτήρες.

Μια σύντομη επισκόπηση των πλεονεκτημάτων

Διαδικασία

Πολύ καλή πρόσφυση
Καλύτερη ομοιογένεια
Υψηλή σταθερότητα της διαδικασίας
Εύκολος έλεγχος της διαδικασίας
Δυνατότητα εφαρμογής σε υλικά ευαίσθητα στη θερμοκρασία

Οικονομική αποδοτικότητα

Χωρίς έξοδα απόρριψης
Δεν απαιτείται διαδικασία ξήρανσης
Χαμηλή κατανάλωση αερίων πλάσματος
Δεν απαιτείται πρόσφυση

Οικολογία

Χωρίς διαλύτες
Δεν παράγονται επικίνδυνα απόβλητα
Ολοκληρωμένη περιβαλλοντική συμβατότητα

Καθαρισμός με πλάσμα

Ο καθαρισμός επιφανειών είναι μία από τις δυνατότητες που προσφέρει η τεχνολογία πλάσματος. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι παραγωγής πλάσματος. Οι πιο συνηθισμένες είναι η εφαρμογή εναλλασσόμενων τάσεων υψηλής συχνότητας (40 kHz ή 13,56 MHz) καθώς και η διέγερση με μικροκύματα. Τα τυπικά μίγματα αερίων περιέχουν οξυγόνο, αργό και, μερικές φορές, υδρογόνο και τετραφθοροάνθρακα (_CF4). Το μίγμα εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις της διαδικασίας καθαρισμού, οι οποίες καθορίζονται από το είδος της ρύπανσης και το υλικό που υποβάλλεται σε επεξεργασία.

Δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου περιορισμοί όσον αφορά το προς καθαρισμό υλικό. Έτσι, μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία τόσο πλαστικά ευαίσθητα στη θερμοκρασία όσο και μέταλλα, γυαλί και κεραμικά. Ωστόσο, το σύστημα πλάσματος πρέπει σε κάθε περίπτωση να προσαρμόζεται στην εκάστοτε εφαρμογή.

Ανάλογα με το μείγμα αερίων, το πλάσμα δρα οξειδωτικά ή αναγωγικά. Τα οξειδωτικά πλάσματα είναι πλεονεκτικά για την απομάκρυνση οργανικών ρύπων (έλαια, λίπη), ενώ τα αναγωγικά πλάσματα είναι πιο κατάλληλα για ανόργανες αποθέσεις (όπως, για παράδειγμα, οξείδια μετάλλων).

Σχεδόν κάθε επιφάνεια ρυπάνεται κατά τη διάρκεια διαφόρων σταδίων επεξεργασίας. Για περαιτέρω στάδια επεξεργασίας, όπως για παράδειγμα το βάψιμο, η σκλήρυνση ή η σφράγιση, τα τεμάχια εργασίας πρέπει να καθαρίζονται.
Ο καθαρισμός με πλάσμα είναι ο καλύτερος τρόπος για την επίτευξη απολύτως καθαρών, χωρίς λίπη επιφανειών.

Οι παραδοσιακές μέθοδοι καθαρισμού είναι συχνά υγρές χημικές και περιέχουν υδρογονάνθρακες (KW), χλωροϋδρογονάνθρακες (CKW) ή ισχυρά καθαριστικά διαλυμένα σε νερό. Όλα αυτά τα μέσα δημιουργούν περιβαλλοντικά προβλήματα τόσο κατά τη χρήση όσο και κατά την απόρριψή τους. Η μείωση των αποβλήτων επιτυγχάνεται με τις λεγόμενες λύσεις «end-of-pipe», οι οποίες συνεπάγονται πρόσθετο κόστος.

Σε αντίθεση με τη χημική υγρή καθαριότητα, ο καθαρισμός με πλάσμα πληροί τις προϋποθέσεις για ολοκληρωμένη προστασία του περιβάλλοντος.

Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο καθαρισμός με πλάσμα, πρέπει να εξετάσουμε μια μικροσκοπική περιοχή. Τι συμβαίνει ακριβώς πάνω και πάνω στην επιφάνεια;

Στην περίπτωση οργανικής μόλυνσης, το αέριο πλάσματος περιέχει οξυγόνο και αργό. Η διαδικασία καθαρισμού αποτελεί το άθροισμα δύο διεργασιών, μιας φυσικής και μιας χημικής.

Φυσική:
Όταν τοποθετείται το τεμάχιο εργασίας πάνω στην κάθοδο ή συνδέεται ως κάθοδος, τα θετικά ιόντα από το πλάσμα επιταχύνονται προς την κατεύθυνσή του λόγω του ηλεκτρικού πεδίου που εφαρμόζεται. Κατά την πρόσκρουση, τα ιόντα αποσπώνται από την επιφάνεια μέσω άμεσης μεταφοράς ορμής. Θα μπορούσε κανείς να περιγράψει αυτή τη διαδικασία ως «μπιλιάρδο με άτομα».

Χημική:
Το διεγερμένο οξυγόνο και τα ιόντα οξυγόνου σχηματίζουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό κατά την αντίδραση με υδρογονάνθρακες. Η ακριβής χημική εξίσωση έχει ως εξής:

Οι υδρογονάνθρακες μετατρέπονται, λοιπόν, σε σχετικά ακίνδυνες χημικές ενώσεις. Τα προϊόντα μιας ατελούς καύσης, εφόσον υπάρχουν, μπορούν εύκολα να φιλτραριστούν από τα καυσαέρια με τη βοήθεια φίλτρων ενεργού άνθρακα.

Ο καθαρισμός με πλάσμα προσφέρει ορισμένα αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα όσον αφορά τη διαδικασία, την οικονομία, την οικολογία και την ασφάλεια στην εργασία:

Διαδικασία

Υψηλός βαθμός απολίπανσης
Υψηλή ικανότητα διάσπασης
Καλή προετοιμασία για περαιτέρω διεργασίες πλάσματος, όπως π.χ. η επίστρωση
Υψηλή σταθερότητα
Εύκολος έλεγχος της διαδικασίας
Δυνατότητα εφαρμογής σε ευαίσθητα στη θερμοκρασία υλικά

Οικονομική αποδοτικότητα

Χωρίς έξοδα απόρριψης
Δεν απαιτείται διαδικασία ξήρανσης
Χαμηλή κατανάλωση αερίων πλάσματος

Οικολογία

Χωρίς τη χρήση διαλυτών
Απουσία επικίνδυνων αποβλήτων
Ελάχιστος όγκος διαχείρισης αποβλήτων
Ολοκληρωμένη προστασία του περιβάλλοντος

Ερώτηση προς τον πάροχο

Kατηγορία
Προσφορές

Κράτος
Γερμανία