Översikt Plasmateknik

Plasmateknik har varit ett viktigt produktionsverktyg i många decennier, bland annat vid tillverkning av mikroelektronik. Genom åren har plasmateknik också blivit ovärderlig inom många andra industriområden, så som fordonsteknik, medicinteknik, textilier och flygteknik för att nämna några.

Vad är plasmabehandling och vad kan den användas till?

Plasmabehandling används för att rengöra och aktivera ytor för att förbättra deras adhesionsegenskaper. Plasmarengöring tar bort organiska spårämnen och kontamineringar från ytan, som annars skulle förhindra god vidhäftning. Samtidigt aktiverar plasmabehandlingen ytan så att den växlar från låg till hög ytenergi och därigenom lättare kan vätas av bindemedel, färg, lim etc. Plasmabehandling löser problem med dålig vidhäftningsförmåga för många industrier.

Plasmer har ett antal unika egenskaper som bidragit till dess breda användning:

• Förmåga att behandla komplexa tredimensionella objekt
• Miljövänlig behandling, utan avfallskemikalier
• Kan justeras för att ge ytspecifika egenskaper
• Förmåga att behandla temperaturkänsliga material
• Förmåga att behandla såväl ledare som halvledare och insulatorer
• Mycket låg totalkostnad per behandling
• Förmåga att ge produkter förbättrade mervärdesegenskaper
• och många, många fler

---

Vad är plasmabehandling?

Plasmabehandlingar används för att ändra ytegenskaperna hos en rad olika material för att förenkla vidhäftning, fogning, limning, tryck, målning och lackering. Genom att behandla beståndsdelar kan vi både rengöra och aktivera ytorna, och därigenom förbättra deras vidhäftningsförmåga.

Det är användbart att börja med att definiera vad plasma är. Fast, flytande och gasform är de tre aggregationstillstånd vi är bekanta med. Förflyttning mellan dessa tillstånd kan ske genom att energi läggs till eller dras ifrån (t.ex. genom värmning/kylning). Om man fortsätter att tillföra tillräckligt mycket energi kommer gasmolekyler att joniseras (förlora en eller flera elektroner) och därigenom få en positiv nettoladdning. Om tillräckligt många gasmolekyler joniseras, så att de övergripande elektriska egenskaperna hos gasen påverkas, kallas resultat för plasma. Plasmer kallas därför ofta, helt korrekt, för det fjärde aggregationstillståndet.

Plasma innehåller positiva joner, elektroner, neutrala gasatomer eller -molekyler, UV-ljus samt exciterade gasatomer och- molekyler, som kan ha stora mängder inre energi (plasma lyser genom att ljus emitteras när dessa exciterade partiklar relaxeras till ett lägre energitillstånd). Alla dessa komponenter kan interagera med ytan under plasmabehandling. Genom att välja gasblandning, effekt, tryck etc., kan man på ett ganska precist sätt justera eller specificera effekten av plasmabehandlingen.

Hur plasmabehandlingsprocessen fungerar

Plasmabehandling kan utföras i en evakuerad kammare. Luften pumpas ut och en gas flödas in vid lågt tryck innan energi i form av elektrisk effekt läggs på. Det är viktigt att notera att plasmabehandlingen är en lågtrycksprocess, vilket betyder att även värmekänsliga material kan behandlas .

---

Plasmarengöring

Plasmarengöring är en beprövad, effektiv, ekonomisk och miljövänlig metod för avgörande ytpreparering. Plasmarengöring eliminerar naturliga och tekniska oljor och fetter på nanonivå och reducerar kontaminering upp till 6 gånger jämfört med traditionella våtrengöringsmetoder, inklusive rester av lösningsmedlen i sig själva. Plasmarengöring producerar en perfekt ren yta, redo för vidhäftning eller vidare behandling, utan spår av skadliga ämnen.

Hur plasmarengöring fungerar

Det ultraviolett ljus som genereras i plasman kan mycket effektivt bryta de flesta organiska bindningar hos ytkontamineringar. Det hjälper att bryta ner oljor och fetter. En andra rengöringsmetod utförs av de energirika syreföreningar som skapas i plasman. Dessa föreningar reagerar med de organiska föroreningarna varpå det främst bildas vatten och koldioxid som kontinuerligt pumpas bort från kammaren under processen.

Om beståndsdelen som ska plasmarengöras innehåller lättoxiderade material, så som silver eller koppar, används inerta gaser så som argon eller helium i stället. De plasmaaktiverade atomerna och jonerna beter sig då som en molekylär bläster som bryter ner de organiska föroreningarna. Dessa föreningar förångas sedan och evakueras från kammaren under processen.

Plasmarengöring är lämpligt för bland annat:

• hyperfin rengöring av metallytor
• ytpreparering av plaster & elastomerer
• ytpreparering och rengöring av generella samt oftalmologiska glasprodukter
• keramer
• avlägsnande av oxidskikt från ytor

---

Plasmaaktivering för förbättrad adhesion

Plasmabaserad ytaktivering är ett effektivt sätt att ändra ytan hos polymerer genom att binda polära (i det här fallet, syreinnehållande) kemiska grupper till den. Många polymerer, i synnerhet polyolefiner så som polyetylen och polypropylen, är kemiskt inerta och har därför svårt att binda till andra material och uppvisar svag vidhäftning till bläck, färg och lim. Anledningen till detta är frånvaron av polära och reaktiva funktionella grupper i deras struktur.

Plasmaaktivering gör många polymerer receptiva för bindemedel och beläggning. Syre används vanligtvis som processgas, däremot kan plasmaaktivering också bedrivas med omgivande luft. Beståndsdelarna förblir aktiva från några minuter upp till flera månader, beroende på vilket material som behandlats. Polypropylen kan till exempel vidarebehandlas flera veckor efter plasmabehandling.

Hur plasmaaktivering fungerar

UV-strålning och aktiva syreföreningar från plasma bryter isär separeringsmedel, silkonföreningar och oljor från ytan. Dessa pumpas bort av vakuumsystemet. Aktiva syreradikaler från plasman binder till aktiva ytor över hela materialet, vilket formar en yta som är högst aktiv för bindemedel.

Plasmaaktivering är lämpligt för bland annat:

• plast och gummi i allmänhet
• medicinsk plast
• plast för hemelektronik
• komponenter inom fordonsindustri
• komponenter inom flyg- och rymdindustri

---

Plasmabeläggning

Inom plasmabeläggning formas ett nanotunt polymerlager över hela ytan på det objekt som placeras i plasman. Plasmabeläggningsprocessen tar endast några minuter. Den resulterande beläggningen är vanligtvis tunnare än en hundradel av ett hårstrå. Den är färglös, luktfri och påverkar inte utseendet eller känslan av materialet på något sätt. Det är en permanent beläggning som binds in till materialets yta på en atomär nivå.

Plasmabeläggning är en av plasmateknikens mest spännande områden, och erbjuder en enorm potential att förbättra ett materials funktion och värde i ett flertal applikationer. De resulterar i två huvudsakliga kategorier för ytegenskaper: totalt vätskeavvisande (vatten & olja), eller totalt vätbara.

Hur plasmabeläggning fungerar

Flytande monomerer introduceras i plasmans processgas. Monomerer är små molekyler som, under rätt förhållanden, binder till varandra för att forma polymerer. Plasmer skapar rätt förhållanden vid ytan av materialet för att detta ska inträffa snabbt och effektivt. Olika monomerer används för att ge antingen permanent hydrofoba respektive hydrofila ytor.

Plasmabeläggning är lämpligt för bland annat:

• plast och gummi i allmänhet
• funktionella textilier
• filtermaterial
• metall, glas, keramik och komposit
• medicinsk plast
• plast för hemelektronik
• komponenter inom fordonsindustri
• komponenter inom flyg- och rymdindustri