射流等離子加工技術(shù)

1、射流等離子加工技術(shù)－符合環(huán)保的表面工程技術(shù),四川大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院 陳軍,表面處理=表面清洗+表面涂層,表面清洗（除油）有機溶劑除油 煤油、汽油、苯類、酮類等電化學(xué)除油 電解溶液紫外線-臭氧清洗 有機污染物分子被紫外線激發(fā)或分解，和氧原子反應(yīng)形成氣體等離子清洗 瞬間使有機污染物分子蒸發(fā)、氣化或分解,表面涂層,電化學(xué)方法 電鍍、氧化、化學(xué)方法 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理、化

2、學(xué)鍍熱加工方法 熱浸鍍、熱噴涂、熱燙印、化學(xué)熱處理、堆焊沉積法 離子注入、物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）,等離子體概念,等離子體是物質(zhì)的第四態(tài), 即電離了的“氣體”, 它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài), 其中包括離子( 具有不同符號和電荷)、電子、原子和分子。,,能 量,等離子體構(gòu)成由處于激發(fā)狀態(tài)的粒子構(gòu)成，粒子組成包括分子、原子、分子碎片、離子、基團、準(zhǔn)分子等,各種氣體的電離能,等離子體的形成,當(dāng)物質(zhì)

3、受到外加能量(磁、電、熱……) 作用, 原子中外層電子的勢能急速下降, 最后脫離核場的束縛而逃逸到遠處, 這就是通常我們所說的電離。此時, 原子變成為兩個帶電荷的粒子, 即負電荷的電子和正電荷的離子。如果所有組成物質(zhì)的分子或原子完全被電離成離子和電子, 就改變了原來的形態(tài), 成為物質(zhì)的等離子體態(tài)。,等離子的基元反應(yīng),電子碰撞反應(yīng) 激發(fā) e+A2→A?+e 解離

4、 e+A2→2A+e 電離 e+A2→A2++2e ......重離子間的非彈性碰撞 潘寧解離 M?+A2→2A+M 潘寧電離 M?+A2→A2++M+e 電荷轉(zhuǎn)移 M+/-+A2→A2+/-+M 碰撞消除 M+A2-→A2+M+e 離

5、子離子復(fù)合 M-+A2+→A2/2A+M 電子離子復(fù)合 e+A2+→2A 原子復(fù)合 2A+M→A2+M 原子加成 A+BC+M→ABC+M ......,非均相反應(yīng)（s-固相） 原子復(fù)合 S-A+M→S+A2 亞穩(wěn)態(tài)去激發(fā) S+M?→S+M 原子剝奪 S-A+B→S+AB 濺射

6、 S-A+M?→S?+A+M光化學(xué)反應(yīng) RH+UV→R?+H? RF+UV→R?+F?氧低溫等離子體化學(xué)反應(yīng) RH+O?→R1H+R2O?

7、 →R? +OH? R?+O2→ROO? ...........,,光譜診斷系統(tǒng)在線監(jiān)測放電過程，,,聚束噴射頭,,AirPlas-100低溫等離子體平臺,等離子應(yīng)用表面清洗 儀器設(shè)備,在氧氣氛條件下，等離子束快速掃描材料表面時

8、，其表面溫度在瞬間可迅速升至有機物的熱分解溫度以上，在等離子環(huán)境中，有機物中的C、H等與氧反應(yīng)，生成CO2、H2O等。,清洗條件：O2氣氛，固定噴頭，火焰長度：4mm電源輸出功率：4.0清洗速度：25mm/s清洗次數(shù)：1次,處理前,處理后,表面清洗-剪切強度關(guān)系,等離子掃描速度對剪切強度的影響,不同清洗條件對剪切強度的影響,金屬表面的超細清潔,,微電子機械系統(tǒng)（MEMS）領(lǐng)域應(yīng)用,清洗 除去光刻膠，金屬化前器件襯底清洗

9、，電路粘片前清洗……干法刻蝕 硅基太陽電池的表面納米織構(gòu)，微電子器件，高精度的衍射光學(xué)元件……,鍍膜 等離子輔助沉積薄膜技術(shù)是在可控氣氛, 即一般是在活性氣氛中利用等離子體的高熱焓特點進行材料合成, 最后沉積在基底上形成薄膜結(jié)構(gòu), 例如氧化物陶瓷超導(dǎo)薄膜、金剛石薄膜、CN 薄膜和Fe16N2非晶軟磁薄膜及其它材料薄膜。,,光譜診斷系統(tǒng)在線監(jiān)測放電過程，,,AirPlas-200低溫等離子體平臺,等離子應(yīng)用表面清洗

10、 儀器設(shè)備,,,霧化注入,霧化器,設(shè)備構(gòu)架,鍍膜原理,以不銹鋼表面SiOx鍍膜為例,,,SiOx鍍層,等離子體鍍膜,晶片基材,表面等離子體清洗,TEOS單體霧化,前驅(qū)體注入等離子體區(qū),不銹鋼表面SiOx鍍膜顯微鏡下觀察：（16X100）,紅外光譜分析功率變化對SiOx膜結(jié)構(gòu)影響,SiOx膜的SEM 照片,TEOS+O?→SiOx+CO2+H2O,SiOX薄膜電子能譜分析,SiOX薄膜組分分析,SiOX薄膜中各元素含量,

11、沉積時間對薄膜表面形貌的影響,不同沉積時間沉積薄膜的SEM圖（a） 120s （b）240s （c）480s （d）960s,應(yīng)用實例&無窮潛力,新環(huán)保工藝和產(chǎn)品特性超精細清潔取代傳統(tǒng)工藝的整體清洗過程杜絕非環(huán)保、易揮發(fā)溶劑納米涂層帶來新功能特定的功能性涂層，賦予材料全新的表面特性，實現(xiàn)材料表面有選擇性的功能化,——歸功于機械手臂的輔助和配合，常壓低溫等離子體處理技術(shù)還可以滿足各類尺寸、外觀的復(fù)雜表面處理任務(wù)。,卷材防

12、腐、噴涂清漆卷材后續(xù)加工的表面超精細清潔,多層板材粘合面活化油漆噴涂、附著面活化,型材復(fù)雜外觀任意幾何結(jié)構(gòu),（材料類）應(yīng)用實例,粘接和復(fù)合：精確局部預(yù)處理——粘接面、復(fù)合面表面活化,印刷和噴涂：超精細清潔——去除污染物、提高表面張力、改善附著力,功能涂層和納米鍍膜：納米表面沉積——功能性涂層、選擇性功能化表面,（生物醫(yī)療類）應(yīng)用實例,超精細清潔和消毒殺菌細菌和真菌可導(dǎo)致疾病，甚至帶來毒性反應(yīng),新型醫(yī)用材料創(chuàng)造復(fù)合新型醫(yī)療