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等离子表面处理设备运转时等离子体与材料表面是如何发生作用的?

发表时间: 2023-03-15 08:31:59

作者: 深圳市甲岸科技有限公司

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在等离子表面处理设备运转时等离子体与材料表面是如何发生作用的?


在实际的运转的过程中,等离子表面处理设备中产生的等离子体的粒子会将能量传递给固体材料表面,同时给等离子体带来大量的杂质。对固体材料来说,由于这些高能粒子的轰击与传递的能量,会使得固体材料表面发生各种物理和化学反应,所以研究等离子体和固体材料表面的作用过程,对材料表面的改性、新材料和新工艺的探索都非常有帮助。

不同的等离子体和固体材料表面的作用受等离子体的物理参数、固体材料的种类、表面的结构和形态等因素影响,但等离子体和固体材料表面的作用仅发生在表层几到几十纳米之间,因此不会影响到材料的固有性能。并且还能赋予材料表面新的实用性能,如抗静电性、亲水性、染色性、耐磨性、耐腐蚀性,以及清洗、刻蚀、去胶等作用。


处理过程

1、等离子体对材料表面施加的物理作用

①吸附和解吸

吸附指的是源于入射分子与表面间的吸引力,它主要源于分子与表面的弱相互作用,在这一过程中会微量放热,且物理吸附的分子与表面的结合能非常弱,吸附之后它们可以迅速地从表面进行扩散。

在等离子体和固体材料表面接触的界面上,电子、离子、光子及中性粒子将能量传递给被吸附在固体材料表面的原子或分子,使这些原子或分子客服吸附力而解吸离开固体表面,因此产生了离子解吸、电子解吸、中性粒子解吸和光解吸。


②溅射

溅射的物理机理是动量的转移过程,当高能离子或中性粒子和固体材料表面发生作用时,它们穿过固体材料表面和固体材料内部的晶格原子产生碰撞级联吗,把能量传递给固体材料中的原子或分子,使固体材料内的原子或分子获得高于结合能的动能,从固体材料表面溅射出来,使杂质进入到等离子体当中。


③刻蚀

在等离子表面处理设备中等离子体的粒子与表面原子或分子结合,生成挥发性的产物,从表面挥发掉,引起等离子体在固体表面的刻蚀,这个过程可以具有化学选择性,即只从表面去除一种材料而不影响其他的材料。


④激发和电离

等离子体与固体表面相互作用时同样存在激发和电离的过程,尤其是在固体表面,被束缚在原子或分子的量子化的能级上的电子,受到光子或入射电子的轰击后,会发射的光电子的内能随对应的能级不同而形成光电子谱。


2、等离子体对材料表面施加的化学作用

①去氧化

氧会造成材料表面的氧化,影响其化学性质,而等离子表面处理设备可以还原已氧化的材料。


②聚合

当等离子体中引入单体后,可在材料表面产生聚合反应,这种反应可以是在等离子体条件下生成聚合物沉积在固体表面,也可以是等离子体诱发在固体表面产生自由基,然后与单体结合,结合方式有分子键产生交联、侧键上接枝、官能团转换或嵌段聚合等。


③粒子能量

等离子表面处理设备中产生的等离子体中含有大量的离子、电子,具有较高的活性,当气体分子处于其中时,容易激发气体分子反应产生新的物质,这是其化学反应发生的重要原因.

等离子表面处理设备运转时等离子体与材料表面是如何发生作用的?
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