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等离子体与材料表面发生反应是等离子清洗的主要机理,其中反应大致可分为两种:一种是气体电离产生的自由基活性粒子与材料表面污染物发生化学反应;另一种是电离产生的正离子和电子轰击材料表面发生使污染物从材料表面脱落的物理反应。
根据反应机理,气体有两种分类,一种是反应性气体(化学作用),主要是氢气、氧气等;另一类是非反应性气体(物理作用),主要有氩气、氦气、氮气。反应性气体以化学反应为主,电离后自由基与表面污染物发生化学反应,生产易挥发物质被排走,达到清洗的目的,氢气主要利用其还原作用,与被清洗件表面污染物发生反应,典型的如金属表面的氧化物清洗;而氧气主要利用其氧化作用,典型的如清除零件表面的有机物等。
非反应性气体电离后主要靠离子的物理轰击作用,去除污染物,有些气体在清洗的同时还可以使材料表面性质发生变化,例如氮气等离子可以改善金属材料的硬度和耐磨性。另两种常用的气体是氩气和氦气,具有击穿电压低、等离子稳定等优点,其中氩原子的电离能为15.75eV,氩等离子中含有大量的亚稳态的原子,是理想的物理反应气体。
与湿法清洗工艺相比,等离子清洗不需要后期的烘干过程,也无废水处理的要求,是一种经济、高效、环保的清洗方法。在完成清洗去污的同时,还能改变材料本身的表面性能,如提高表面的润湿性能,改善膜的附着力等。