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FPC等离子清洗机清洗原理介绍​

发表时间: 2020-12-21 16:55:56

作者: 深圳市金徕技术有限公司

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(FPC)等离子清洗机清洗原理介绍

 1、什么是等离子体

  等离子体是物质的一种存在状态,通常物质以固态、液态、气态三种状态存在,但在一些特殊情况下可以以第四种状态存在,如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的转态称为等离子体转态,又称为物质的第四态。

  在等离子体中存在下列物质,处于高速运动转态的电子,处于激发转态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子、分子解离反应过程中生成的紫外线,未反应的分子,原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。

 2、等离子体的种类

 低温和高温等离子体

 根据等离子体的温度可分为高温等离子体和低温等离子体两类,在等离子体中,不同的微粒的温度实际上是不同的,具体温度是与微粒的动能即运动速度及质量有关的。把等离子体中存在的离子的温度用Ti表示,电子的温度用Te表示,而原子,分子,或原子团等中性粒子温度用Tn表示。对于Te大大高于Ti和Tn的场合,即低压气体的场合,此时气体的压力只有几百个帕斯卡,当采用直流高压或高频电压做电场时,由于电子本身的质量很小,在电场中容易得到加速,从而可获得平均可达数电子伏特的高能量,对于电子,此能量的对应温度为几万度k,而离子由于质量较大,很难被电场加速,因此温度仅有几千度。由于气体粒子温度较低(具有低温特性),因此把这种等离子体称为低温等离子体。有人可能会问:温度达几千度怎么还是低温。要知道在这时,粒子的温度与用温度计测出的温度是不同的。由于这时的气体密度很低,所以用温度计测得的温度与外界环境的温度相差无几,所以实际上是低温等离子体。

  当气体处于高压状态并从外界获得大量能量时,粒子之间的相互碰撞频率大大增加,各种微粒的温度基本相同,即Te基本与Ti及Tn相同。我们把这种条件下得到的等离子体称为高温等离子体,太阳就是自然界中的高温等离子体,由于高温等离子体对物体表面的作用过于强烈,因此在实际应用中很少使用,目前投入实际应用的只有低温等离子体。

 活泼气体和不活泼气体等离子体

 根据产生等离子体时使用的气体的化学性质不同,可分为不活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类,不活泼气体如氩气(Ar),氮气(N2),氟化氮(NF3)四氟化碳(CF4)等,活泼气体和氧气(O2),氢气(H2)等,不同类型的气体在清洗过程中的反应机理是不同的,活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性。

  等离子体与物体表面的作用

 在等离子体中除了气体分子,离子和电子外,还存在受到能量激励的处于激发状态的电中性的原子或原子团(又称自由基),以及等离子体发射出的光线。其中的波长短,能量搞得紫外光在等离子体与物质表面相互作用有着重要的作用。下面对它门 的作用分别进行介绍。

 A、原子团等自由基与物体表面的反应

 B、由于这些自由基呈电中性,存在寿命较长,而且在等离子体中的数量多于离子,因此自由基在等离子体中发挥着重要的作用。自由基的作用主要表现在化学反应过程中的能量传递的“活化”作用,处于激发状态的自由基具有较高的能量,因此易于与物体表面分子结合时会形成新的自由基,新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态,很可能发生分解反应,在变成较小分子的同时生成新的自由基,这种反应过程还可能继续进行下去,最后分解成水,二氧化碳之类的简单分子,在另一些情况下,自由基与物体表面分子结合的同时,回释放出大量的结合能,这种能量又成为引发新的表面反应的推动力,从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除。

  C、电子与物体表面的作用

 一方面对物体表面的撞击作用,可促使吸附在物体表面的气体分子发生分解或吸附,另一方面大量的电子撞击有利引发化学反应。由于电子质量极小,因此比离子的移动速度要快得多。当进行等离子体处理时,电子要比离子更早到达物体表面,并使表面带有负电荷,这有利于引发进一步反应。

 离子与物体表面的作用

 通常指的是带正电荷的阳离子的作用,阳离子有加速冲向带负电荷的表面的倾向,此时物体表面获得相当大的动能,足以撞击去除掉表面上附着的颗粒性物质,我们把这种现象称为溅射现象。而通过离子的冲击作用可以极大促进物体表面化学反应发生的几率。

  紫外线与物体表面的反应

  紫外线具有很强的光能,(h)可使附着在物体表面的物质的分子键发生断裂而分解,而且紫外线具有很强的穿透能力,可透过物体的表层并深入达数微米而产生作用。

 综上所述,可知等离子清洗机是利用等离子体内的各种具有高能量的物质的活化作用,将吸附在物体表面的污垢彻底剥离去除。

  下面以氧气等离子体去除物体表面油脂污垢为例,说明这些作用。从分析可以看出,等离子体对油脂污垢的作用,类似于使油脂污垢发生燃烧反应;但不同之处在于是在低温情况下发生的“燃烧”。

  在氧气等离子体中的氧原子自由基,激发态的氧气分子,电子以及紫外线的共同作用下,油脂分子最终被氧化成水和二氧化碳分子,并从物体表面被清除。

  可以看出,用等离子体清除油污的过程是一个使有机大分子逐步降解的过程,最终形成的是水喝二氧化碳等小分子,这些小分子以气态形式被排除。等离子清洗的另一个特点是在清洗完成之后物体已被彻底干燥。经过等离子体处理的物体表面往往形成许多新的活性基团,使物体表面发生“活化”而改变性能,可以大大改善物体表面的浸润性能和黏着性能,这对许多材料是非常重要的。因此等离子清洗具有许多用溶剂进行的湿法清洗所无法比拟的优点。

  等离子清洗机由真空室,真空泵,高频电源,电极,气体导入系统,工件传送系统和控制系统等部分组成。整个清洗过程大致如下;

  1. 被清洗的工件送入真空式并加以固定,启动运行装置,开始排气,使真空室内的真空程度达到10Pa左右的标准真空度。一般排气时间大约需要几分钟。

  2. 向真空室内引入等离子清洗用的气体,并保持腔内压强稳定。根据清洗材质的不同,可分贝使用氧气、氩气、氢气、氮气、四氟化碳等气体。

  3. 在真空室内的电极与接地装置之间施加高频电压,使气体被击穿,并通过辉光放电而发生等离子化和产生等离子体,让在真空室产生的等离子体完全笼罩住被处理工件,开始清洗作业,一般清洗处理持续几十秒到几十分钟不等。

       4. 清洗完毕后切断电源,并通过真空泵将气体和气化的污垢抽走排出。

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