Grundlagen der Plasmabehandlung – Was ist Plasma?

Bis in die 1950er Jahre ging man davon aus, dass Materie nur in drei Aggregatzuständen existiert, nämlich fest, flüssig und gasförmig. Das änderte sich jedoch, als ein dänischer Ingenieur das Plasma entdeckte. Aber was ist Plasma?

Was ist Plasma und was ist eine Plasmabehandlung?

Plasma ist Materie, die in Form von Ionen und Elektronen vorliegt. Im Grunde handelt es sich um ein elektrisiertes Gas, das mit sich frei bewegenden Elektronen sowohl im negativen als auch im positiven Zustand geladen ist.

Dieser Zustand entsteht, wenn einem Gas zusätzliche Energie zugeführt wird, wodurch sich negativ geladene Elektronen vom Atomkern lösen.

Auf einer tieferen Ebene lässt sich Plasma als ein teilweise ionisiertes Gas beschreiben. Es ist ein Gemisch aus neutralen Atomen, Atomionen, Elektronen, Molekülionen und Molekülen, die sich im angeregten und im Grundzustand befinden. Die Ladungen (positiv und negativ) gleichen sich daher gegenseitig aus; ein Großteil dieser Ladungen ist elektrisch neutral.

Die im Plasma vorhandenen geladenen Teilchen sind für dessen hohe elektrische Leitfähigkeit verantwortlich. Da Plasma aus Elektronen, Molekülen oder neutralen Gasatomen, positiven Ionen, UV-Licht sowie angeregten Gasmolekülen und Atomen besteht, verfügt es über eine beträchtliche Menge an innerer Energie. Und wenn all diese Moleküle, Ionen und Atome zusammenkommen und mit einer bestimmten Oberfläche interagieren, wird die Plasmabehandlung ausgelöst.

Durch die Auswahl von Gasgemisch, Druck, Leistung usw. lassen sich daher auch die Auswirkungen der Plasmabehandlung auf eine beliebige Oberfläche genau festlegen oder präzise abstimmen.

Wie verbessert die Plasmareinigung die Haftung in Fertigungsprozessen?

Die Plasmareinigung verbessert die Haftung in Fertigungsprozessen auf verschiedene Weise:

• Entfernung von Verunreinigungen: Die Plasmareinigung entfernt organische Verunreinigungen effektiv von Oberflächen, einschließlich solcher in mikroskopisch kleinen Erhebungen und Vertiefungen, und sorgt so für eine saubere Oberfläche für eine bessere Haftung.
• Oberflächenaktivierung: Der Prozess aktiviert die Oberfläche von Materialien und erhöht deren Oberflächenenergie. Diese verbesserte Oberflächenenergie verbessert die Benetzbarkeit und die Haftungseigenschaften, wodurch sich Beschichtungen, Druckfarben und Klebstoffe leichter verbinden lassen.
• Konsistente und zuverlässige Ergebnisse: Die Plasmareinigung sorgt für eine konsistente und zuverlässige Reinigung und stellt sicher, dass Oberflächen einheitlich für nachfolgende Fertigungsprozesse vorbereitet sind.
• Umweltfreundlich: Es handelt sich um ein kostengünstiges und umweltfreundliches Verfahren, das den Einsatz chemischer Lösungsmittel überflüssig macht und Abfall reduziert.
• Hydrophilie: Die Plasmareinigung wirkt auf chemische funktionelle Gruppen wie Carboxyl-, Carbonyl- und Hydroxylgruppen an der Oberfläche ein und macht die meisten Oberflächen hydrophil. Das bedeutet, dass die Oberfläche einen verringerten Wasserkontaktwinkel und eine erhöhte Benetzbarkeit aufweist, was die Haftung oder Adhäsion an anderen Oberflächen während des Fertigungsprozesses verbessert.
• Oberflächeneigenschaften: Bei Bedarf können weitere Oberflächeneigenschaften wie Flüssigkeitsabweisung oder geringe Reibung erzielt werden. Dies ermöglicht die Anpassung der Oberflächeneigenschaften an spezifische Anforderungen.

Diese Vorteile machen die Plasmareinigung zu einer idealen Lösung zur Verbesserung der Haftung in verschiedenen Fertigungsprozessen, darunter Kleben, Lackieren, Lasieren und Beschichten.

Durchführung der Plasmabehandlung

Die Plasmabehandlung wird in der Regel in einer evakuierten Kammer oder einem evakuierten Gehäuse durchgeführt ( Vakuum-Plasma ). Die Luft in der Kammer oder dem Gehäuse wird abgepumpt, bevor Gas eingeleitet wird.

Das Gas strömt dann bei niedrigem Druck in das Gehäuse. Dies geschieht, bevor Energie (Strom) zugeführt wird. Es ist wichtig zu wissen, dass bei der Plasmamarktbehandlung bei niedrigen Temperaturen auch hitzeempfindliche Materialien problemlos bearbeitet werden können.

Diese Art von Plasma wird manchmal als „Kaltplasma“ bezeichnet. Die Kaltplasma-Behandlung wird hauptsächlich zur Reinigung, Oberflächenaktivierung, Abscheidung und zum Ätzen eingesetzt – wenn Sie mehr über das Plasmaätzen (Plasma-Etch) erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen, unseren Artikel über Plasma-Ätzen zu lesen. Lesen Sie hier auch mehr über .

Sehen Sie sich die Liste der anpassbaren –Plasmabehandlungsgeräte an, die wir für eine Vielzahl von Branchen anbieten:

Nützlich für die Vorbehandlung von Oberflächen

Auf industrieller Ebene werden Plasmabehandlungen zur Behandlung von Oberflächen verschiedener Materialien vor dem Beschichten, Bedrucken oder Verkleben eingesetzt. Daher kann man sie auch als eine Art Vorbehandlung von Oberflächen bezeichnen. Die Behandlung mit Plasma entfernt alle auf der Oberfläche eines Materials vorhandenen Fremdstoffe und macht es so besser für die Weiterverarbeitung geeignet. Materialien wie Kunststoffe neigen dazu, jegliche Art von Druck oder Beschichtung auf ihrer Oberfläche zu verlieren, da sie eine glänzende Textur haben, sofern sie nicht behandelt werden.

Kunststoffe bestehen aus Polypropylen und sind homopolar, was bedeutet, dass sie sich nicht so leicht verbinden.

Die Anwendung einer Plasmabehandlung auf solchen Oberflächen kann zu einer wirksamen Vorbehandlung durch Oberflächenaktivierung führen, bevor ein Kleben, Bedrucken oder Lackieren erfolgen kann. Ebenso können e Materialien wie Keramik und Glas mit Plasma behandelt werden. In der Regel wird bei der Plasmabehandlung industrieller Sauerstoff als Prozessgas verwendet, weshalb man von Sauerstoffplasma spricht.

Allerdings wird bei vielen plasma auch atmosphärische Luft verwendet , was als „ oder bezeichnet wird . Je nach Art des Materials, das mit Plasma behandelt wird, können die Effekte nur wenige Minuten oder sogar Monate lang anhalten.

Wie hat sich die Plasmareinigungstechnologie in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt?

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Plasmareinigungstechnologie erheblich weiterentwickelt, ist effizienter geworden und wird für ihre Wirksamkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen weithin anerkannt. Hier sind einige wichtige Punkte, die diese Entwicklung verdeutlichen:

• Gesteigerte Effizienz: Plasmareinigungssysteme entfernen Verunreinigungen effizienter von Oberflächen und gewährleisten im Vergleich zu herkömmlichen Methoden bessere Reinigungsergebnisse.
• Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten: Die Technologie wird heute für eine Vielzahl von Reinigungsaufgaben in der Vorbehandlung bei verschiedenen Materialien eingesetzt, darunter Kunststoffe, Elastomere, Keramik, Glas und Metalle.
• Umweltvorteile: Die Plasmareinigung hat aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit an Beliebtheit gewonnen, da sie den Einsatz chemischer Lösungsmittel überflüssig macht und Abfall reduziert.
• Oberflächenvorbereitung: Die Technologie hat sich weiterentwickelt und dient nicht nur der Reinigung, sondern auch der Aktivierung von Oberflächen, wodurch deren Benetzbarkeit und Haftungseigenschaften verbessert werden – ein entscheidender Faktor für Klebe-, Beschichtungs- und andere Fertigungsprozesse.
• Sterilisation: Die Plasmareinigung hat sich zu einem wichtigen Instrument zur Sterilisierung von Oberflächen entwickelt, insbesondere in der Biomaterialforschung, da sie mikrobielle Verunreinigungen wirksam entfernt.
• Kosteneffizienz: Die Betriebs- und Wartungskosten von Plasmareinigungssystemen sind gesunken, was sie zu einer kostengünstigeren Lösung für die Industrie macht.

Diese Fortschritte haben die Plasmareinigung zu einer bevorzugten Methode für eine hochwertige, zuverlässige Oberflächenvorbereitung in verschiedenen industriellen Anwendungen gemacht.

Gibt es ökologische Vorteile durch den Einsatz der Plasmareinigung?

Die Plasmareinigung bietet mehrere ökologische Vorteile:

• Verzicht auf chemische Lösungsmittel: Durch die Plasmareinigung entfallen chemische Lösungsmittel, wodurch die mit der Herstellung, Lagerung und Entsorgung dieser Chemikalien verbundenen Umweltbelastungen reduziert werden.
• Trockenverfahren: Es handelt sich um ein Trockenverfahren, d. h. es wird kein Wasser benötigt und es entsteht kein Abwasser, was die Umweltbelastung weiter verringert.
• Bedienerfreundlich: Der Prozess ist bedienerfreundlich und kommt ohne schädliche Chemikalien wie Trichlorethylen aus, was ihn für die Mitarbeiter und die Umwelt sicherer macht.
• Niedrige Betriebskosten: Die Betriebskosten sind gering, was indirekt zur ökologischen Nachhaltigkeit beitragen kann, indem der Ressourcenbedarf für Reinigungsprozesse reduziert wird.

Video: VacuTEC GoPro inside vacuum chamber

Plasma treatment FAQ