Plasman käyttö

Tartunnan parantaminen plasmalla

Pinnan hyvä kostuvuus on perusedellytys tartunnalle, kun kappaleita maalataan, liimataan, tehdään painotöitä tai liitetään kappaleita yhteen. Kostumista ei heikennä vain öljy tai rasva. On monia materiaaleja joiden pinnassa ei ole riittävää tartuntaa vaikka ne olisivatkin puhtaita, eikä niitä siten voi maalata tai liimata. Neste rullaa pois, eikä tartu pintaan edes kuivumisen tai kovettumisen jälkeen.

Tämä johtuu käsiteltävän kappaleen matalasta pintaenergiasta. Aine joilla on alhainen pintaenergia kostuttaa suurempi energisen pinnan, mutta tämä ei tapahdu päinvastaisessa suunnassa. Käsittelyaineen pintaenergian, joka nesteiden tapauksessa tunnetaan myös nimellä pintajännitys, on oltava alhaisempi kuin pinnoitettavan substraatin.

Muovien aktivointi

Muoveilla, kuten polypropeenilla tai PTFE:llä, on luonnostaan ei-polaarinen rakenne. Tämä tarkoittaa, että nämä muovit on esikäsiteltävä ennen painamista, maalaamista ja liimaamista. Sama pätee myös lasiin ja keramiikkaan. Aktivointi lisää kappaleen pintaenergiaa. Tässä prosessissa luodaan tartuntamahdollisuus levitettävälle aineelle.

Tavanomaisessa aktivoinnissa käytetään kemiallisia primereita tartunnan edistäjinä, ne ovat kuitenkin erittäin syövyttäviä ja haitallisia ympäristölle. Yhtäältä ne vaativat riittävän haihdutusajan ennen jatkokäsittelyä ja toisaalta niiden vaikutusaika on monissa tapauksissa varsin lyhyt. Kemialliset primerit eivät aktivoi riittävästi monia ei-polaarisia materiaaleja, kuten polyolefiineja.

Ilmalla tai happiplasmalla tapahtuvan aktivoinnin aikana muovipolymeerien ei-polaariset vetysidokset korvataan happisidoksilla, jotka tarjoavat vapaita valenssielektroneja nestemolekyylien sitomiseksi.

Plasmalla aktivointi muuttaa jopa "ei-liimattavat" muovit, kuten POM, PE ja PP pinnoiksi, joilla on erinomaiset liimaus ja maalausominaisuudet.

Käsittelyn vaikutusaika kestää muutamasta minuutista useisiin kuukausiin. Polypropeenin jatkokäsittely on mahdollista useita viikkoja plasmauksen jälkeen. On silti suositeltavaa olla varastoimatta käsiteltyjä osia pitkään, koska ne vetävät puoleensa pölyä, orgaanisia saasteita ja kosteutta.

Lasin, keraamin ja metallin aktivointi

Myös lasia, keraameja tai metalleja voidaan aktivoida plasmalla. Näiden materiaalien pinta-aktiivisuus on luonnostaan korkeampi kuin muoveilla, mutta joissain tapauksissa myös nämä materiaalit hyötyvät plasmauksesta. Metallien aktivointi on hyvin epästabiili ja sen kesto siten usein varsin lyhytaikainen. Kuitenkin esim. metallin hitsauksessa tai liimauksessa plasmauksesta saattaa olla ratkaiseva hyöty paremman tarttuvuuden aikaansaamisessa.

Plasmalla etsaus on materiaalin poistoa pinnoilta plasmaprosessin avulla.

Plasmaetsaus eroaa nesteillä (hapot) tehtävästä etsauksesta siinä, että plasman prosessikaasut muuttavat syövytettävän materiaalin pinnan kiinteästä kaasumaiseksi ja alipainepumppu poista kaasumaiset jäänteet. Maskia voidaan käyttää syövyttämään vain osittaisia alueita tai rakenteita. Plasmaetsaus voidaan tehdä vain matalapaineplasmalla, koska pidempi käsittelyaika on tarpeen havaittavien syövytysvaikutusten saavuttamiseksi ja koska suurinta osaa etsauskaasuista voidaan käyttää vain matalapaineplasmassa.

Plasmaetsausta kutsutaan myös fyysiseksi etsaukseksi, sputteroinniksi tai mikrohiekkapuhallukseksi, tyypin mukaan. Tällaisina voidaan pitää: Ioni etsausta, kemiallista plasmaetsausta, reaktiivista Ioni etsausta ja PTFE etsausta.

Ioni etsauksessa prosessikaasuina käytetään argonia tai muita jalokaasuja, jotka muodostavat ioneja, mutta ei radikaaleja. Syövytysvaikutus perustuu atomien tai molekyylien irrotukseen substraatista sähkökentässä kiihdytettyjen elektronien kineettisen energian avulla. Koska ionietsauksella ei ole kemiallista vaikutusta, se toimii melkein kaikilla alustoilla (käytännössä ei-selektiivinen). Plasman syövytysvaikutus toimii melkein yksinomaan ionien kiihtyvyyssuunnassa. Vaikutus on erittäin anisotrooppinen.

PTFE: n eli Teflonin etsaukseen käytetään vetykaasua. Vetyplasmassa vetyradikaalit yhdistyvät PTFE: n fluoriatomeihin ja hajottavat sen hiilisidokset. Vetyfluoridikaasu poistetaan ja jäljelle jää tyydyttymättömiä hiiliyhdisteitä, joihin polaariset nestemolekyylit voivat kiinnittyä erinomaisesti.

PTFE ennen ja jälkeen plasmaetsauksen.

Plasmapinnoitus voidaan tehdä käyttäen kaasumaisia tai nestemäisiä aineita. Raaka-aineet, enimmäkseen lyhytketjuiset monomeerit, silloittuvat plasmassa pitkäketjuisiksi polymeereiksi. Raaka-aineiden valinta määrää pinnan ominaisuudet:

hydrofobinen, hydrofiilinen, naarmuuntumisenesto, korroosiosuojaus, hiilipinnoitus, suojapinnoitus, diffuusioesto, PTFE: n kaltainen, kitkan alentaminen, tartunnanesto, adheesion parannus, primerointi, veden- ja höyrynsulku, metallointi, nano-hopeointi.

Plasmapinnoituksen hyödyt:

• erittäin ohuet nm-luokan kerrokset ovat mahdollisia
• sarjatuotantoon soveltuvat jatkuvat prosessit ovat mahdollisia täydellisen automatisoinnin ansiosta
• laaja valikoima vaihtoehtoisia pinnoitteita ja ominaisuuksia
• ei lämpötilan nousua
• ei liuottimia
• erinomainen tunkeutuminen ahtaisiin rakoihin ja reikiin
• sopii kappaleisiin sekä bulkkimateriaaleihin

On olemassa kolme pinnoitusprosessia, jotka ovat vakiinnuttaneet asemansa teollisessa mittakaavassa:

• Hydrofobiset pinnoitteet ► Monomeeri: esim. heksametyylidisiloksaani (HMDSO)
• PTFE: n kaltaiset pinnoitteet ► Monomeeri: fluoratut prosessikaasut - viittaa myös epilamisaatio
• Hydrofiiliset pinnoitteet ► Monomeeri: vinyyliasetaatti, heksametyylidisiloksaani sekoitettuna happeen tietyssä suhteessa (merkittävästi enemmän HMDSO: ta kuin O2)