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等离子表面处理机工作原理及其示意图

Aug. 08, 2023

等离子表面处理机是一种利用等离子体技术对材料表面进行处理的设备。它通过将材料表面暴露在高能的等离子体中,利用等离子体中的离子、电子和自由基与材料表面发生反应,改变材料表面的性质和结构。

等离子体是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的,并表现出集体行为的一种中性气体。等离子体是一种全部或部分电离的气体物质,含有原子、分子、粒子的亚稳态和激发态,并且其中电子、负离子与正离子的含量大致相等,故名等离子体。等离子体又被称为物质的第四态。它具有独特的物理、化学性质温度高,粒子动能大具有类似金属的导电性能化学性质活泼,容易发生反应具有发光特性等,因此等离子体具有广泛的应用范围。

等离子体技术作为制造业中一种新兴的表面处理技术,广泛应用于电子、通信、汽车、纺织、生物医疗等领域。等离子体的激发方式主要有电场、光、高能射线或高温等方法,工业中常用高压电作为激励,通过电场加速气体中的电子、离子或高能粒子的运动,使其相互碰撞,将气体电离,从而产生等离子体。

等离子表面处理机工作原理

工业领域常用压缩气体/氮气通过高频高压电,将气体电离产生等离子体。根据等离子体发生器枪头的放电通道结构不同,可分为介质阻挡放电和裸露电极放电,大部分等离子表面处理机使用的是裸露电极放电。

等离子表面处理机的结构如图1(a)所示,等离子表面处理机由等离子体喷枪、等离子体发生器、进气系统等三部分组成。

等离子表面处理机工作原理示意图

图1(a) 等离子表面处理机工作原理示意图

等离子表面处理机的工作原理:当交流高压电源以几kHz,数kV输出时,电源的高压输出端接枪头棒状金属电极,另一端与枪头外壳相连并接地,在棒状电极末端,距离金属喷嘴最近的地方易形成极高电场,出现尖端放电;并随着枪头通入工作气体,在高频高压电的作用下,产生等离子体并由工作气体吹出,形成等离子体射流伴,随嘶嘶声。

为了防止在筒状外壳内部出现电弧放电,等离子体射流放电的气体压力一般控制在一个标准大气压以上,使等离子体被迅速吹出,不足以积累成电弧;同时气体压力也不能过高,否则电离的等离子体无法形成等离子体射流。等离子体射流放电实现放电空间与使用空间的隔绝,即在腔体内部放电电离,而在腔体外部形成射流用于处理材料。

等离子表面处理机可以在不损害基底优良性能的同时,引入极性基团,增加表面粗糙程度,提高表面能低温等离子体表面处理属于于式工艺,和传统的化学湿法相比,它可以得到传统的化学方法难以得到的处理效果,并且无废弃物,不会对环境造成污染。与高能量的放射线和电子束辐照处理相比,其独特之处在于低温等离子体放电表面处理的作用仅涉及表面极薄层,一般在离表面几十到数千埃的范围内,能使材料表面性能显著改善而材料本体却不受影响。此外低温等离子体表面处理所需的成本低,对被处理材料的形状没有严格的要求,并且可以在线连续处理。

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