Плазменная технология стала стандартным элементом инженерии поверхностей, предоставляя множество возможностей промышленного применения, например, снижение или повышение поверхностного натяжения, обезжиривание металлических частей, полимеризация тонких пленок с заданными свойствами.
Плазму – сильно ионизированный газ – часто называют четвертым агрегатным состоянием материи. Солнце представляет собой огромный плазменный шар, дающий нам свет, необходимый для жизни. Пламя свечи или вспышка молнии также состоят из плазмы. Оплавление экструдированных пластмассовых изделий перед склеиванием или окраской является широко применяемой технологией с использованием плазмы при атмосферном давлении.
Наиболее оптимальным способом обработки частей сложных форм является использование плазмы низкого давления. Осаждение тонких слоев с применением плазмы называется «плазменно-химическое осаждение из газовой фазы» (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)). По экономическим причинам этот процесс также производится в вакуумной среде низкого давления. Части, подлежащие обработке, размещаются в вакуумной камере, и после снижения давления до базового уровня в камеру вводится постоянный поток газов при непрерывном процессе откачивания (Рис. 1). Плазма формируется электромагнитным возбуждением при частотах кГц, мГц, или ГГц. Путем выбора нужных параметров (газ, длительность процесса, давление, мощность, частота) процессы настраиваются на соответствующее применение. 
Рисунок 1: Принцип работы агрегата плазмы низкого давления.
Ниже приведены некоторые примеры применения технологии плазмы низкого давления. Плазменная очистка
Кислородная плазма надежно очищает остаточное органическое загрязнение путем холодного оксидирования групп C-H (Рис. 2). Она используется в качестве следующего за жидкостной очисткой этапа для оптимальной очистки (precision cleaning) металлов, обработанных механическим способом (имплантов) или электрических контактов, например, перед сваркой или в аварийных выключателях. Также данный процесс эффективен при очистке оптических линз, устранении смазки форм, светоустойчивых лаков или кремниевых загрязнений на стекле, керамике. 
Рисунок 2: Принцип плазменной очистки.
Активация перед окрашиванием и склеиванием
Кислородная плазма может также применяться для повышения смачиваемости и адгезивности произвольных полимеров. В результате обеспечивается более высокая адгезивность во время сварки, печати, окраски, склеивания или плавления. Таким образом, исключается использование грунтовок или химических усилителей адгезии. Существует множество способов успешного применения плазмы в автомобильной, электронной, оптической, игрушечной, медицинской промышленности. После обработки угол смачивания таких материалов, как ABS, PC, PE, PP, PA, PEEK, PMMA или PPS составляет менее 20º. Долговечные водоотталкивающие неприлипающие слои
Покрытия на основе оксида кремния могут придавать любой поверхности устойчивые водоотталкивающие свойства с минимальной смачиваемостью и адгезивностью. Полимерные материалы (Рис. 3) становятся менее клейкими, не теряя при этом уплотняющих свойств. Например, такой тип покрытия применяется в медицинских дозаторах или при производстве уплотнительных материалов из EPDM, FPM, NBR или силикона. Предохранительные клапаны систем высокого давления или диализных аппаратов в течение многих лет использования срабатывают надежно, без залипаний. Быстрое выключение предохранительных клапанов в системах промышленной медицины и пищевой промышленности гарантируется без риска заражения. 
Рисунок 3: Уплотнительные кольца и детали клапанов могут покрываться антиприлипающим слоем.
Долговечные водопоглощающие слои
Покрытия на основе оксида кремния, наносимые с использованием различных параметров плазмы, могут обеспечивать устойчивые водопоглощающие свойства поверхностей для улучшения смачиваемости и адгезивности. Например, такие покрытия применяются в медицинских дозаторах, устройствах контроля уровня чернил, бытовых приборах и канцелярских товарах. При этом после нанесения покрытия угол смачивания может составлять менее 10º. Дозаторы чернил фломастеров повышают стойкость чернил без образования капель, водоприемники посудомоечных машин (Рис. 4) высыхают значительно быстрее и, следовательно, являются более выгодными для окружающей среды. Плазма заменяет вредные химические процессы, сокращает уровень риска для окружающей среды и обеспечивает безопасность персонала. 
Рисунок 4: Сегодня практически каждая вторая корзина в посудомоечных машинах покрывается долговечным гидрофильным слоем
Алмазоподобный углерод (DLC)
Углерод может формировать различные кристаллические и разупорядоченные структуры. Это происходит в результате его способности существовать в трех различных гибридизациях: sp1 sp2 (графит), sp3 (бриллиант). При помощи плазмы углерод может осаждаться в различных углеродно-водородных структурах. Существует множество возможностей применения аморфного гидрогенизированного углерода (a-C:H). Этот черный слой может наноситься при низкой температуре (<150°C), позволяя покрывать термочувствительные материалы, как, например, легированные стали и полимеры. Несмотря на аморфность, в нем содержится высокий процент атомов в sp3 гибридизированном алмазоподобном состоянии. Такое покрытие является высокопрочным и обладает исключительно низким коэффициентом трения.
С другой стороны, оно эластично и устойчиво к коррозии. Модифицированные покрытия DLC значительно увеличивают срок эксплуатации изнашиваемых механических частей. Более того, некоторые технические применения вообще невозможны без такого покрытия. Примерами (Рис. 5) могут служить гидравлические устройства, детали темпопласт-автоматов, нитепроводники, подшипники, поршневые муфты, направляющие рельсы, а также хирургические инструменты, ортопедические стержни, пластины и импланты, аудио и видео головки, жесткие диски, оптические линзы и инфракрасная оптика. Другие сферы применения включают инструменты для разрезания и формования алюминиевых и медных листов. Не содержащая металла поверхность сводит к минимуму прилипание к металлу на поверхности инструмента 
Рисунок 5: Некоторые примеры применения алмазоподобного покрытия (DLC).
Прозрачные слои, стойкие к механическим контактным повреждениям
Хромистая или нержавеющая сталь очень чувствительна к отпечаткам пальцев. Стекловидный слой, нанесенный плазменным путем, защищает такую поверхность от царапин и коррозии. Помимо этого он устраняет чувствительность к отпечаткам пальцев на структурной стали и осажденных гальваническим способом деталях, не изменяя внешнего вида изделия и сохраняя холодное ощущение металла. С другой стороны, пластмассовые линзы для очков могут также покрываться защитным слоем: при этом очки становятся устойчивыми к царапинам и легкими. Такие слои могут наноситься для облегчения уборки кухни и мойки бытовых приспособлений (легко моющееся покрытие). Декоративные покрытия
Цветные покрытия можно создавать не только окрашиванием. Великолепные цвета получаются в результате нанесения слоев толщиной в диапазоне сотен нанометров. Они генерируются за счет эффекта воздействия освещения и называются интерференционными цветами, хорошо знакомыми нам по тонкой бензиновой пленке на уличных лужах. В зависимости от некоторых условий плазменного процесса они могут быть гомогенными или совмещать любые радужные оттенки цветов. Эти слои не вызывают раздражения кожи и являются биосовместимыми, поэтому они используются в производстве колец (Рис. 6) или пирсинговой бижутерии и наносятся на стандартные стальные кольца. Такое покрытие также может подвергаться стерилизации: так возникла возможность нанесения цветных меток, например, на хирургические инструменты.
Рисунок 6: Кольца, изготовленные из стали с нанесением тонкого, устойчивого к коррозии слоя для получения различных цветов.
Указанные выше примеры представляют лишь самую малую часть широчайшего спектра применений плазменных технологий. Эксперты ожидают существенное расширение рынка плазменных технологий в ближайшие годы. В настоящее время исследуются возможности новых применений, которые разрабатываются в процессе многочисленных исследовательских проектов, финансируемых из федерального бюджета и частных источников. Фолькер Бушер
www.omnexus.com |
