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等離子體通常稱作物質(zhì)的第四種狀態(tài)，前三種狀態(tài)是固體、液體、氣體，它們是比較常見(jiàn)的，存在于我們周圍。類似把固體轉(zhuǎn)變成氣體需要能量一樣，產(chǎn)生等離子體也需要能量。當(dāng)溫度升高時(shí)，物質(zhì)就由固體變成液體，液體則會(huì)變成氣體。當(dāng)氣體的溫度再升高時(shí)，此氣體分子被分離成為原子，若溫度繼續(xù)上升，圍繞在原子核周圍的電子就會(huì)脫離原子成離子（正電荷）與電子（負(fù)電荷），此現(xiàn)象稱為“電離”。電離后產(chǎn)生的離子與電子的數(shù)量相同，因此這種帶有電荷離子的氣體便稱為“等離子體（Plasma）”，如圖1所示。等離子體是由帶電粒子和中性粒子（包括原子、離子和自由粒子）混合組成。

圖1 等離子體

當(dāng)氣體到達(dá)等離子狀態(tài)時(shí)，氣態(tài)分子會(huì)裂變成許多高度活躍的粒子。plasma等離子清洗機(jī)清洗的機(jī)理正是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”，達(dá)到去除物體表面污漬或改善表面活性的目的。

Plasma清洗原理

在plasma清洗中，主要是利用低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合性無(wú)機(jī)氣體（Ar2、N2、H2、O2等）在高頻低壓下被激發(fā)，產(chǎn)生含有離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子。一般在plasma清洗中，可把活性離子分為2類，一類為惰性氣體的等離子體（如Ar2、N2等）；另一類為反應(yīng)性氣體的等離子體（如O2、H2等）?；钚缘入x子對(duì)被清洗物進(jìn)行表面物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面污染物變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)抽真空排出。

Plasma等離子清洗機(jī)的原理

人為將氣體激發(fā)到等離子態(tài)有多種方式，比如加熱、激光、微波、氣體放電、熱電離、弧光放電或沖擊波等，plasma等離子清洗機(jī)主要采用氣體放電的方式產(chǎn)生等離子體。

根據(jù)低溫等離子體的產(chǎn)生和控制方式的不同,目前廣泛使用的plasma等離子清洗機(jī)產(chǎn)生等離子體的方式可以大致分為三類:電容耦合等離子體(capacitively coupled plasma,CCP)、電感耦合等離子體(inductively coupled plasma,ICP)和電子回旋共振等離子體(electroncy clotron resonance,ECR).CCP通過(guò)射頻源供能,主體類似于平行板電容器,射頻電源與平行板相接,在板間產(chǎn)生周期性變化的縱向電場(chǎng),電子在電場(chǎng)中獲得能量導(dǎo)致板間氣體放電,從而產(chǎn)生等離子體.ICP也是利用射頻源供能,不同的是ICP的電源接在線圈上,線圈中的射頻電流在腔室中產(chǎn)生急劇變化的感應(yīng)磁場(chǎng),進(jìn)而誘導(dǎo)出渦旋電場(chǎng)為電子加速.由于能量傳遞機(jī)制類似于兩個(gè)電感線圈相互耦合形成的變壓器,有時(shí)ICP又被稱為變壓器耦合等離子體(transfo-rmercoupled plasma,TCP).ECR則是基于電子在磁場(chǎng)中的回旋頻率與微波電場(chǎng)頻率相匹配時(shí)的共振加速現(xiàn)象,利用高頻微波源供能產(chǎn)生等離子體。

目前被廣泛使用的plasma等離子清洗機(jī)，主要是按照CCP電容耦合方式產(chǎn)生的等離子體，因此下面主要講述按照電容耦合（CCP）plasma等離子清洗機(jī)的原理。

Plasma等離子清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)如下圖2所示：

圖2 plasma等離子清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)

1-產(chǎn)品 2-載物托盤(pán) 3-真空室 4-角閥 5-氣瓶 6-壓力控制系統(tǒng) 7-電極 8-電極 9-等離子發(fā)生器 10-真空泵

plasma等離子清洗機(jī)主要由真空腔體、等離子發(fā)生器、真空產(chǎn)生及工藝氣體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。工作基本原理是利用真空泵將工作室進(jìn)行抽真空到一定的真空度后，通入工藝氣體，在高頻發(fā)生器作用下，在陽(yáng)極和陰極之間形成高頻交變電場(chǎng)（常用頻率有2種，即：40kHz、13.56MHz），隨著氣體越來(lái)越稀薄，氣體分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動(dòng)距離也越來(lái)越長(zhǎng)，受電場(chǎng)作用,它們發(fā)生碰撞而形成等離子體。

plasma等離子清洗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)說(shuō)明

真空腔體

真空腔室是等離子清洗機(jī)的核心部件之一。在容性耦合式射頻等離子體清洗機(jī)中，真空腔室不僅為等離子體產(chǎn)生提供放電氣體所需的真空條件，還具有充當(dāng)陰極、電氣接地的作用。

真空及供氣系統(tǒng)

保證工作腔體壓力的穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)等離子清洗系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件之一，等離子工作時(shí)會(huì)持續(xù)通入工作氣體同時(shí)由真空泵將廢氣排出，為了保證工作壓強(qiáng)的穩(wěn)定，供氣系統(tǒng)采用高精度流量計(jì)來(lái)精確調(diào)節(jié)工作氣體的流量，同時(shí)采用高穩(wěn)定性的真空泵來(lái)實(shí)現(xiàn)廢氣的均衡排放。

等離子發(fā)生器

等離子體發(fā)生器信號(hào)加在電極上便開(kāi)始激發(fā)真空腔體內(nèi)的處理氣體產(chǎn)生等離子體,處理用氣體等離子體發(fā)生器能量被電離。

控制系統(tǒng)

Plasma等離子清洗機(jī)的真空系統(tǒng)和等離子體發(fā)生器的運(yùn)行均由控制系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)由作為核心,通過(guò)觸摸屏作為人機(jī)接口,在觸摸屏上進(jìn)行手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。在觸摸屏上控制真空泵、等離子體發(fā)生器、進(jìn)氣閥、排氣閥、氣體流量計(jì)的開(kāi)啟,真空度的設(shè)置、處理時(shí)間、處理氣體的選擇和流量大小、等離子體發(fā)生器功率等都由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,整個(gè)控制系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)下可適時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

綜上所述：plasma 等離子清洗機(jī)的工作原理是在真空腔體里，通過(guò)射頻電源在一定壓力下起輝，使氣體離化形成高能量的無(wú)序等離子體。通過(guò)等離子體轟擊被清洗產(chǎn)品表面，可以與表面的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分解并脫附污染物，如去除表面的油脂、氧化物等，從而達(dá)到清洗目的。同時(shí)，等離子體還可以對(duì)材料表面進(jìn)行改性，如在材料表面形成活性層，引入極性基團(tuán)，提高表面的潤(rùn)濕性能、改善膜的黏著力等。