Plasmatechnologie

Plasmatechnologie Übersicht

Die Plasmatechnologie ist ein wichtiges Produktionswerkzeug der letzten Jahrzehnte, zum Beispiel im Bereich der Mikroelektronik. In dieser Zeit ist die Plasmatechnologie ein unverzichtbares Werkzeug in anderen Industriezweigen geworden. Zum Beispiel in der Automobilindustrie, für medizinische Geräte, Textilien und die Luftfahrt.

Was ist die Plasmabehandlung & was kann diese tun?

Plasmabehandlungen werden dazu genutzt um Oberflächen zu reinigen und aktivieren, um deren Haftungseigenschaften zu verbessern. Die Plasmareinigung beseitigt organische Rückstände und Oberflächenverschmutzungen, welche sonst eine gute Haftung verhindern würden. Zeitgleich aktiviert die Plasmabehandlung die Oberfläche und bringt diese in einen hoch energetischen Zustand, sodass diese leicht von Klebstoffen und Farben etc. benetzt werden können. Plasmabehandlungen löst viele Probleme von schlechter Haftung in vielen Industriellen Produktionen.

Plasmas haben viele einzigartige Eigenschaften die zu einer weiten Verteilung der Anwendungsgebiete geführt haben;

  • Die Fähigkeit komplexe 3D Objekte zu behandeln
  • Umweltfreundlich, kein Chemieabfälle
  • Kann fast unendlich weit angepasst werden, um spezielle Oberflächeneigenschaften zu liefern
  • Die Eigenschaft zur Behandlung von Temperatursensiblen Materialien
  • Behandlung von Leitern, Halbleitern und Isolatoren gleichermaßen
  • Sehr geringe Kosten pro Behandlung
  • Die Fähigkeit einem Produkt sehr wichtige Eigenschaften zu geben
  • Und viele, viele mehr

Was ist die Plasmabehandlung?

Plasmabehandlungen werde dazu benutzt die Oberflächeneigenschaften von einer vielzahl von Materialien so zu verändern, um diese einfacher zu binden, verkleben oder zu färben. Während der Behandlung von Teilen, reinigen wir diese und aktivieren die Oberfläche, um die Haftungscharakteristik dieser zu verbessern.

Es ist sinnvoll damit zu starten zu definieren, was ein Plasma ist. Fest, flüssig und gasförmig sind die drei Aggregatzustände die wir alle kennen. Wir können zwischen diesen Zuständen wechseln indem wir Energie hinzufügen oder wegnehmen (z.B. heizen/kühlen). Wenn wir damit fortfahren Energie zuzuführen, dann werden Gasmoleküle ionisiert (verlieren von einem oder mehr Elektronen) und sind somit positiv geladen. Wenn genug Moleküle ionisiert sind, um die gesamte elektrische Charakteristik des Gases zu verändern, spricht man von einem Plasma. Plasma werden deshalb durchaus richtigerweise als der vierte Aggregatzustand bezeichnet.

what is plasma treatment schematic drawing of the plasma process

Ein Plasma beinhaltet positive Ionen, Elektronen, neutrale Gasatome oder Moleküle, UV – Licht und auch angeregte Gasatome und Moleküle, welche viel innere Energie tragen können (Plasma leichtet, weil Licht emittiert wird, von angeregten Partikeln, welche in den neutralen Zustand zurückfallen). Während der Plasmabehandlung können alle diese Komponenten mit der Oberfläche reagieren. Mit dem Wählen der Prozessparameter (Gasmixtur, Druck usw.) können wir den Effekt der Plasmabehandlung sehr genau einstellen.

Wie Plasmabehandlungsprozesse funktionieren

Plasmabehandlungen können in evakuierten Anlagen oder Kammern durchgeführt werden. Die Luft wird abgepumpt und ein Gas wird in die Anlage mit geringem Druck eingelassen, bevor Energie in Form von elektrischer Energie hinzugefügt wird. Es ist wichtig anzumerken, dass die Plasmabehandlung ein nieder Temperatur Prozess ist, dies bedeutet, dass Temperatursensitive Materialien auch prozessiert werden können.


Plasmareinigung

Plasmareinigung ist eine bewährte, effiziente, ökonomische und umweltfreundliche Methode für kritische Oberflächenpräparationen. Plasmareinigen eliminiert natürliche und technische Öle und Fette im Nanometerbereich und reduziert die Kontamination um bis zu sechs Mal besser im Vergleich zu herkömmlichen Nass-Reinigungs Methoden. Plasmareinigen produziert eine makellose Oberfläche, die bereit ist für Bindungen und weitere Prozessschritte, ohne gefährlichen Abfall zu produzieren.

Wie Plasmareinigen funktioniert

Ultraviolettes Licht, welches im Plasma generiert wird ist sehr effizient im Aufbrechen der meisten organischen Bindungen der Oberflächenkontamination. Dies hilft, um Öle und Fette in seine Bestandteile aufzubrechen. Eine zweite Reinigungsaktion erfolgt durch die hochenergetischen Sauerstoffteilchen, die im Plasma generiert werden. Diese Sauerstoffteilchen reagieren mit den organischen Verunreinigungen und formen größtenteils Wasser und Kohlenstoffdioxid, welche kontinuierlich während des Prozesses abgepumpt werden.

Wenn das zu Plasmareinigende Teil aus leicht oxidierenden Materialien wie Silber oder Kupfer besteht, werden Edelgase wie Argon oder Helium verwendet. Die im Plasma aktivierten Atome und Ionen verhalten sich wie ein molekularer Sandstrahl und brechen die organischen Verunreinigungen. Diese Verunreinigungen werden wieder Verdampft und abgepumpt während des Prozesses.

Plasma Cleaning 01 First Stage Schematic Drawing
Plasma Cleaning 02 Second Stage Schematic Drawing
Plasma Cleaning 03 Third Stage Schematic Drawing

Plasmareinigung ist z.B. geeignet für:

  • Sehr feines Reinigen von Metaloberflächen
  • Oberflächenpräparation von Kunststoffen und Elastomeren
  • Oberflächenpräparation und Reinigung von Optiken und generellen Glasprodukten
  • Keramiken
  • Beseitigen von Oberflächenoxidation

Plasma – Oberflächenaktivierung zur Verbesserung der Adhäsion

Plasma – Oberflächenaktivierung ist ein effizienter werg zur veränderung der Oberfläche von Kunststoffen, durch das Hinzufügen von polaren (in diesem Fall, Sauerstoff beinhaltend) chemischen Gruppen an diese. Viele Kunststoffe, speziell Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, sind chemisch inert und können nicht so einfach an andere Materialien gebunden werden. Sie weisen eine schlechte Haftung für Farben und Kleber auf. Der Grund dafür ist das nicht vorhanden sein von polaren reaktiven funktionellen Gruppen in ihrer Struktur.

Plasma – Oberflächenaktivierung macht viele Kunststoffe aufnahmefähig für Bindungen und Beschichtungen. Sauerstoff wird normalerweise als Prozessgas genutzt, nichtsdestotrotz können viele Plasmaaktivierungen an Luft ausgeführt werden. Teile bleiben aktiv für einige Minuten bis hin zu mehreren Monaten, abhängig vom Material, welches Plasmabehandelt wurde. Polypropylen zum Beispiel kann sogar mehrere Wochen nach der Plasmabehandlung noch weiterverarbeitet werden.

Wie Plasma – Oberflächenaktivierung funktioniert

UV Strahlung und angeregte Sauerstoffteilchen aus dem Plasma brechen Trennmittel, Silikone und Öle an der Oberfläche auf. Diese werden vom Vakuumsystem abgepumpt. Aktivierte Sauerstoffteilchen (Radikale) des Plasma binden sich an die aktivierten Oberflächenstellen des gesamten Materials und bilden eine Oberfläche, die sehr aktiv gegenüber Bindemitteln ist.

Plasma Surface Activation 01 First Stage Schematic Drawing
Plasma Surface Activation 02 Second Stage Schematic Drawing
Plasma Surface Activation 03 Third Stage Schematic Drawing

Plasma – Oberflächenaktivierung ist einsetzbar für:

  • Generell für Kunststoffe und Gummis
  • Medizinische Kunststoffe
  • Unterhaltungselektronik Kunststoffe
  • Automobilkomponenten
  • Luftfahrtkomponenten

Plasma Beschichtungen

Bei Plasmabeschichtungen wird eine nanometer Kunststoffschicht über die gesamte Oberfläche des im Plasmabefindlichen Teiles gelegt. Der Plasmabeschichtungsprozess dauert nur wenige Minuten. Die Schichtdicke der Beschichtung ist normalerweise dünner als 1/100 eines menschlichen Haares, farblos, geruchlos und verändert weder das Aussehen noch die Haptik des Materials. Es ist eine permanente Beschichtung, gebunden an die Materialoberfläche auf atomarer Skala.

Plasmabeschichtungen sind eine der aufregendsten Bereiche der Plasmatechnologie und bieten ein enormes Potential die Materialfunktionen zu verbessern und den Wert für viele Anwendungen zu steigern. Die Beschichtungen liefern zwei Primär Oberflächeneigenschaften: total Frlüssigkeitsabweisend (Wasser & Öl) oder total benetzbar.

Wie funktionieren Plasmabeschichtungen

Flüssige Monomere werden mit dem Prozessgas in den Plasmazustand gebracht. Monomere sind kleine Moleküle, die sich unter den richtigen Konditionen verbinden und Polymere formen. Plasmas generieren die richtigen Konditionen an der Oberfläche des Materials, um dies schnell und effizient zu erreichen. Verschiedene Monomere werden Benutzt, um permanente Hydrophobe und Hydrophile Oberflächen zu bilden.

Plasma Coating 01 First Stage Schematic Drawing
Plasma Coating 02 Second Stage Schematic Drawing
Plasma Coating 03 Third Stage Schematic Drawing

Plasmabeschichtungen sind einsetzbar für:

  • Generell für Kunststoffe und Gummis
  • Leistungstextile
  • Filtermedien
  • Metalle, Gläser, Keramiken und Komposite
  • Medizinische Kunststoffe
  • Unterhaltungselektronik Kunststoffe
  • Automobilkomponenten
  • Luftfahrtkomponenten

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