等離子體清洗技術起源于20 世紀初,推動了半導體和光電產業的迅速發展,現已廣泛應用于精密機械、汽車制造、航空航天以及污染防治等眾多高科技領域。等離子體清洗技術的關鍵是低溫等離子體的應用,它主要依賴于高溫、高頻、高能等外界條件產生,是一種電中性、高能量、全部或部分離子化的氣態物質。低溫等離子體的能量約為幾十電子伏特,其中所包含的離子、電子、自由基等活性粒子以及紫外線等輻射線很容易與固體表面的污染物分子發生反應而使其脫離,進而可起到清洗的作用。同時由于低溫等離子體的能量遠低于高能射線,因此此技術只涉及材料表面,對材料基體性能不產生影響。
等離子體清洗是一種干式工藝,由于采用電能催化反應,可以提供一個低溫環境,同時排除了濕式化學清洗所產生的危險和廢液,安全、可靠、環保。簡而言之,等離子體清洗技術結合了等離子體物理、等離子體化學和氣固兩相界面反應,可以有效清除殘留在材料表面的有機污染物,并保證材料的表面及本體特性不受影響,目前被考慮為傳統濕法清洗的主要替代技術。
更重要的是,等離子體清洗技術不分處理對象的基材類型,對半導體、金屬和大多數高分子材料均有很好的處理效果,并且能夠實現整體、局部以及復雜結構的清洗。此工藝容易實現自動化與數字化流程,可裝配高精度的控制裝置控制時間,具備記憶功能等。正是由于等離子體清洗工藝擁有操作簡單、精密可控等顯著優勢,目前已在電子電氣、材料表面改性與活化等多個行業普遍應用。同時可以預見,這種優越的技術也將被復合材料領域所認可并廣泛采用。
一、等離子體清洗技術概述
1.1 機理分析
等離子體主要是通過氣體放電產生,其中包含電子、離子、自由基以及紫外線等高能量物質,具有活化材料表面的作用。例如,電子質量小、移動速度快,可以先一步到達材料表面并使其帶有負電荷,同時對材料表面產生撞擊作用,可促使表面吸附的氣體分子解吸或分解,也有利于引發化學反應;材料表面帶有負電荷時,帶正電荷的離子會加速向其沖擊,所產生的濺射作用會將表面附著的顆粒性物質除去;等離子體中自由基的存在對清洗作用具有非常重要的意義,由于自由基易與物體表面發生化學連鎖反應,產生新的自由基或進一步分解,后可能會分解成揮發性的小分子;而紫外線具有很強的光能和穿透能力,可透過材料表面深達數微米而產生作用,使表面附著物質的分子鍵斷裂分解。
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