Plasma

Plasmaa kutsutaan usein aineen neljänneksi olomuodoksi, kolmen päämuodon ollessa joko kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen. Plasma on tila, jossa kaasun atomit ovat ionisoituneet. Se sisältää positiivisesti varautuneita ioneja, sekä negatiivisesti varautuneita vapaita elektroneja. Plasma muodostuu, kun plasmageneraattorin tuottamalla korkeataajuisella energialla kaasu "kiihdytetään" tilaan joka ylittää kyseessä olevan alkuaineen edellyttämän ionisaatioenergiatason.
Luonnossa plasmaa esiintyy esimerkiksi salamoissa, revontulissa ja mm. auringossa. Oletetaan että suurin osa maailmankaikkeuden tunnetusta aineesta olisi plasmaa.

Plasmalaite on käytännössä alipaineisessa tilassa oleva kondensaattori. Korkeajännite johdetaan kahteen elektrodiin joiden kenttää vaihdetaan nopeassa tahdissa. Tämä aiheuttaa kaasumolekyylien energiatilan kiihtymisen > törmäykset > ionisaatio = plasma.

Plasmaa käytetään sovelluksissa, joissa on tärkeää yhdistää materiaaleja tai muuttaa erityisesti niiden pintaominaisuuksia. Tämä tulevaisuuteen suuntautunut tekniikka mahdollistaa monenlaisten pintojen muokkaamisen.

Tätä hyödynnetään mm. seuraavissa sovelluksissa; pintojen täsmäpuhdistus, pinnan aktivointi liimausta tai maalausta varten, etsaaminen eli pintojen syövyttäminen sekä pinnoittaminen.

Mitä etuja plasmakäsittelyllä saavutetaan?

Plasmatekniikka tarjoaa ratkaisevia etuja verrattuna useisiin muihin menetelmiin, kuten kuumennus tai kemiallinen käsittely:

• aikaansaa pintoihin ominaisuuksia, jotka eivät olisi muutoin mahdollisia
• monipuolinen, automatisoitavissa oleva menetelmä, soveltuu myös sarjatuotantoon
• ympäristöystävällisyys
• lähes kaikki materiaalit niiden koosta tai muodosta riippumatta voidaan käsitellä plasmalla; esim. jauheet, pienet osat, levymateriaalit, tekstiilit, piirilevyt, reikäiset tai ontot kappaleet
• käsittely ei vaikuta osien tai komponenttien toimintaan
• käsiteltävien kappaleiden minimaalinen lämpeneminen
• alhaiset käyttökustannukset
• työturvallinen menetelmä

Plasmatyypit

Plasmaus voidaan tehdä joko alipaineessa = Matalapaineplasma tai vapaassa ilmassa = Normaalipaineplasma (atmosfääriplasma, liekkiplasma).

Matalapaineplasmassa prosessikaasu kiihdytetään tyhjiössä syöttämällä siihen vaihtuvakenttäistä energiaa. Tämän johdosta kaasu hajoaa energia-ioneihin ja elektroneihin sekä muihin reaktiivisiin hiukkasiin, jotka muodostavat plasman.

Normaalipaineplasmassa kaasu kiihdytetään korkean jännitteen avulla ilmakehän paineessa siten että plasma syttyy. Plasma poistuu paineilmalla suuttimesta.

Eräs normaalipaineplasman vesio on koronakäsittely. Se soveltuu parhaiten kalvomaisten muovien käsittelyyn. Koronakäsittely EI sovellu johtaville materiaaleille suurjännitteen takia.

Matalapaineplasma on erittäin monipuolinen vaihtoehto pintojen muokkaamiseen. Komponenttien täsmäpuhdistus, pinta-aktivointi, PTFE etsaus, tai kappaleiden päällystäminen ohutkalvoilla, ovat esimerkkejä käytetyistä sovelluksista. Matalapaineista plasmaa käytetään aloilla missä halutaan yhdistää eri materiaaleja, muuttaa pinnan ominaisuuksia, tai pinnoittaa kappaleita.
Matalapainekäsittely tehdään alipainekammiossa, jonne käsiteltävä kappale sijoitetaan. Kammiossa oleva ilma imetään pois ja sen tilalle kuljetetaan haluttu prosessikaasu tai -kaasuseos. Plasmageneraattori syöttää kammioon korkeataajuista energiaa, joka hajottaa kaasun plasmaksi.

Normaalipainekäsittelyssä kohde käsitellään plasmasuihkulla vapaassa ilmassa. Kaasu johdetaan putkea pitkin plasmakärkeen, jossa se hajotetaan plasmageneraattorin tuottamalla energialla plasmaksi. Kuljetinkaasu suihkuttaa syntyneen plasmaliekin käsiteltävälle pinnalle ja aktivoi sen.

Aktivointi ja puhdistus tapahtuvat plasmassa olevien reaktiivisten hiukkasten avulla. Löyhästi kiinni olevat vieraat hiukkaset poistetaan pinnasta paineilmalla kiihdytetyllä aktiivisella plasmasuihkulla. Käsittelyn tehoon voidaan vaikuttaa muuttamalla prosessiasetuksia, kuten käsittelyn nopeutta ja suuttimen etäisyyttä kohteen pinnasta.