Plasma

Yêu cầu gửi đến nhà cung cấp

Plasma

Chỉ trong vòng hai thập kỷ, các quy trình plasma đã phát triển thành một công cụ đa năng cho các ứng dụng công nghiệp trong nhiều ngành và lĩnh vực công nghệ, phục vụ cho một loạt các nhiệm vụ trong xử lý bề mặt, -làm sạch và phủ bề mặt, cũng như kích hoạt nhựa, ăn mòn các cấu trúc bán dẫn, v.v.

Theo định nghĩa, plasma là một loại khí bị ion hóa một phần, thường được gọi là trạng thái vật chất thứ tư. Các hiện tượng như sét hoặc cực quang (aurora borealis) là những dạng plasma xuất hiện trong tự nhiên. Về mặt kỹ thuật, chúng có thể được tạo ra bằng cách áp dụng các điện trường.

Plasma đặc biệt thú vị nhờ các tính chất vật lý và hóa học của nó. Trong plasma, các hạt và gốc tự do có năng lượng cao được tạo ra, có thể kích hoạt các phản ứng hóa học mà trong điều kiện bình thường là không thể xảy ra. Đồng thời, nhiệt độ của các chi tiết cần xử lý có thể được duy trì ở mức rất thấp.

Các ion được gia tốc mạnh trong plasma cho phép thực hiện các ứng dụng như phún xạ.

Chính nhờ tất cả các tính chất vật lý và hóa học này mà plasma đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong khoa học và kỹ thuật công nghiệp.

Kích hoạt plasma

Kích hoạt bề mặt nhựa là một ứng dụng đặc biệt của công nghệ plasma. Ở đây, kích hoạt có nghĩa là tăng năng lượng bề mặt, dẫn đến cải thiện tính bám dính và do đó là khả năng thấm ướt. Góc tiếp xúc của một giọt chất lỏng trên bề mặt nhựa là thước đo phổ biến để đánh giá khả năng bám dính.

Trong nhiều trường hợp, các polyme có năng lượng bề mặt thấp hoặc tính kỵ nước, điều này có thể gây ra các vấn đề khi sử dụng sơn gốc nước chẳng hạn. Do đó, chúng cần được xử lý trước khi sơn hoặc in. Plasma đã chứng tỏ là một phương pháp rất hiệu quả cho mục đích này. Do đó, kích hoạt bằng plasma là một giải pháp thay thế cho các chất trung gian bám dính thông thường.

Hơn nữa, hầu như không có giới hạn nào về hình dạng của chi tiết gia công cũng như loại polymer, do nhiệt độ không tăng đáng kể trong quá trình xử lý. Ngoài ra, địa hình bề mặt của nhựa hầu như không thay đổi, chỉ có các lớp đơn phân tử trên cùng được biến đổi.

Đối với các quy trình kích hoạt, plasma thường bao gồm oxy, nhưng đôi khi cũng có thể là nitơ hoặc amoniac. Khi sử dụng oxy, có thể biến đổi polyme để tạo ra các nhóm hydroxyl, carboxyl hoặc peroxide trên bề mặt. Ngược lại, nếu sử dụng nitơ hoặc amoniac, sẽ tạo ra các nhóm amin hoặc imin, vốn cũng có thể hữu ích cho một số ứng dụng cụ thể. Các nhóm phân cực ưa nước này giúp cải thiện khả năng thấm ướt của bề mặt. Thời gian của các quá trình kích hoạt thường chỉ kéo dài vài giây. Sau khi kích hoạt, các chi tiết gia công đã sẵn sàng để tiếp tục xử lý ngay lập tức, thậm chí có thể thực hiện ngay trong cùng một hệ thống plasma.

Một lĩnh vực ứng dụng điển hình của quy trình đã được chứng minh này là xử lý sơ bộ các chi tiết nhựa trong ngành công nghiệp ô tô, chẳng hạn như cản va được sơn phủ.

Tổng quan về một số ưu điểm

Quy trình

Độ bám dính rất tốt
Độ đồng nhất cao hơn
Độ ổn định quy trình cao
Dễ dàng kiểm soát quy trình
Có thể áp dụng cho các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ

Hiệu quả kinh tế

Không phát sinh chi phí xử lý chất thải
Không cần quá trình sấy khô
Tiêu thụ khí plasma thấp
Không cần sơn lót bám dính

Tính thân thiện với môi trường

Không chứa dung môi
Không có chất thải nguy hại
Tính thân thiện với môi trường được tích hợp

Làm sạch bằng plasma

Làm sạch bề mặt là một trong những ứng dụng mà công nghệ plasma mang lại. Để thực hiện điều này, người ta sử dụng các phương pháp tạo plasma khác nhau. Phổ biến nhất là việc áp dụng điện áp xoay chiều tần số cao (40 kHz hoặc 13,56 MHz) cũng như kích thích bằng sóng vi ba. Hỗn hợp khí điển hình bao gồm oxy, argon và đôi khi có hydro và tetrafluorocarbon (_CF₄). Thành phần hỗn hợp phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của quy trình làm sạch, được xác định bởi loại tạp chất và vật liệu cần xử lý.

Hầu như không có hạn chế nào về vật liệu cần làm sạch. Do đó, các loại nhựa nhạy cảm với nhiệt độ cũng có thể được xử lý giống như kim loại, thủy tinh và gốm sứ. Tuy nhiên, hệ thống plasma nhất định phải được điều chỉnh phù hợp với từng nhiệm vụ cụ thể.

Tùy thuộc vào hỗn hợp khí, plasma có tác dụng oxy hóa hoặc khử. Plasma oxy hóa có lợi thế trong việc loại bỏ các tạp chất hữu cơ (dầu, mỡ), trong khi plasma khử lại phù hợp hơn với các cặn bám vô cơ (chẳng hạn như oxit kim loại).

Hầu như mọi bề mặt đều bị bám bẩn trong các công đoạn gia công khác nhau. Để thực hiện các bước xử lý tiếp theo, chẳng hạn như sơn, làm cứng hoặc phủ lớp bảo vệ, các chi tiết gia công phải được làm sạch.
Làm sạch bằng plasma là phương pháp tốt nhất để có được các bề mặt hoàn toàn sạch sẽ và không dính dầu mỡ.

Các phương pháp làm sạch truyền thống thường sử dụng hóa chất và chứa hydrocacbon (HC), hydrocacbon clo (HCl), hoặc các chất tẩy rửa mạnh hòa tan trong nước. Tất cả các chất này đều gây ra các vấn đề môi trường cả trong quá trình sử dụng lẫn khi xử lý chất thải. Việc giảm thiểu chất thải được thực hiện bằng các giải pháp được gọi là “end-of-pipe”, vốn gây ra chi phí bổ sung.

Khác với phương pháp hóa học ướt, làm sạch bằng plasma đáp ứng các điều kiện về bảo vệ môi trường tích hợp.

Để hiểu cách thức hoạt động của quá trình làm sạch bằng plasma, chúng ta cần quan sát một khu vực cực nhỏ dưới kính hiển vi. Điều gì xảy ra ngay trên và tại bề mặt?

Trong trường hợp ô nhiễm hữu cơ, khí plasma chứa oxy và argon. Quá trình làm sạch là tổng hợp của hai quá trình: một quá trình vật lý và một quá trình hóa học.

Về mặt vật lý:
Khi đặt chi tiết gia công lên cực âm hoặc kết nối chi tiết đó với cực âm, các ion dương từ plasma sẽ được gia tốc về phía chi tiết do tác động của điện trường được tạo ra. Khi va chạm, các ion sẽ tách các nguyên tử và phân tử khỏi bề mặt thông qua sự truyền động lượng trực tiếp. Có thể gọi quá trình này là “bi-a với các nguyên tử”.

Hóa học:
Oxy bị kích thích và các ion oxy khi phản ứng với hydrocacbon sẽ tạo thành khí carbon dioxide và nước. Phương trình phản ứng chính xác như sau:

Do đó, hydrocacbon được chuyển hóa thành các hợp chất hóa học tương đối vô hại. Các sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn, nếu có, có thể dễ dàng được lọc ra khỏi khí thải bằng các bộ lọc than hoạt tính.

Quá trình làm sạch bằng plasma mang lại một số lợi ích đáng chú ý về quy trình, hiệu quả kinh tế, bảo vệ môi trường và an toàn lao động:

Quy trình

Hiệu suất tẩy dầu mỡ cao
Khả năng phân hủy cao
Chuẩn bị tốt cho các quy trình plasma tiếp theo, ví dụ như phủ lớp
Độ ổn định cao
Kiểm soát quy trình đơn giản
Có thể áp dụng cho các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ

Hiệu quả kinh tế

Không phát sinh chi phí xử lý chất thải
Không cần quá trình sấy khô
Tiêu thụ khí plasma thấp

Thân thiện với môi trường

Không sử dụng dung môi
Không có chất thải nguy hại
Ít tốn kém trong việc xử lý chất thải
Bảo vệ môi trường tích hợp

Yêu cầu gửi đến nhà cung cấp

Danh mục
đề nghị

Quốc gia
Đức