等離子體表面處理的機(jī)理主要是活性粒子的物理作用和化學(xué)作用，那么在處理不同的材料時，選擇正確的介質(zhì)氣體，可收到事半功倍的效果。材料，可以大致分為金屬和非金屬兩種，其中金屬處理的目的是主要是去除表面氧化物和有機(jī)物，非金屬處理主要是去除表面有機(jī)污染物，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，氣體有兩種分類，一種是反應(yīng)性氣體（化學(xué)作用），主要是氫氣、氧氣、四氟化碳等；另一類是非反應(yīng)性氣體（物理作用），主要有氬氣、氦氣、氮?dú)?。?dāng)所處理的材料放入反應(yīng)室內(nèi)，通過氣體放電產(chǎn)生的等離子體中的活性粒子與材料表面就會發(fā)生反應(yīng)。
反應(yīng)性氣體以化學(xué)反應(yīng)為主，電離后自由基與表面污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)易揮發(fā)物質(zhì)被排走，達(dá)到處理的目的，氫氣主要利用其還原作用，與被處理件表面污染物發(fā)生反應(yīng)，典型的如金屬表面的氧化物處理，氫氣作為放電氣體參與反應(yīng)則發(fā)生還原反應(yīng)，材料表面的氧化物與放電產(chǎn)生的氫離子反應(yīng)生成水。而氧氣主要利用其氧化作用，典型的如清除零件表面的有機(jī)物等。氧氣作為氣體參與反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)，材料表面的有機(jī)物被氧氣電離產(chǎn)生的氧離子氧化生成二氧化碳和水。
非反應(yīng)性氣體電離后主要靠離子的物理轟擊作用，去除污染物，有些氣體在處理的同時還可以使材料表面性質(zhì)發(fā)生變化，例如氮?dú)獾入x子可以改善金屬材料的硬度和耐磨性。另兩種常用的氣體是氬氣和氦氣，具有擊穿電壓低、等離子穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其中氬原子的電離能ε為15.75eV，氬等離子中含有大量的亞穩(wěn)態(tài)的原子，是理想的物理反應(yīng)氣體。
常見工藝氣體及其作用
1. 氬氣：氬氣等離子處理主要利用物理作用，氬等離子原子尺寸大、離子能量高，且一般不與材料發(fā)生反應(yīng)，因此是理想的物理處理氣體。氬離子轟擊物體表面，污染物揮發(fā)并被真空泵抽走，達(dá)到處理的目的。
2. 氧氣：氧氣等離子處理主要利用化學(xué)作用，氧氣等離子體與物體表面的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳、一氧化碳和水。通常，用氧氣去除有機(jī)污染物。
3.氫氣：氫氣等離子處理主要利用化學(xué)作用，氫氣等離子體與物體表面的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，考慮到安全性，一般選擇氫氣和氬氣混合使用，利用處理的還原性能和氬氣的物理轟擊作用，快速去除表面污物。
在實(shí)際處理中，單一的利用物理或化學(xué)作用效果欠佳，更多是充入混合氣體，同時利用兩種或以上的混合氣體以得到更好的處理效果。比如氬氣和氧氣的結(jié)合，氬離子采用物理轟擊被處理表面污物，氧氣與表面污物發(fā)生氧化反應(yīng)，并且當(dāng)氬氣和氧氣分子一經(jīng)碰撞便可以使電荷轉(zhuǎn)換并結(jié)合，形成新的活性原理，使電離和離子能量得到很大程度的降低，同時會產(chǎn)生更多的活性粒子，此時，處理效果已經(jīng)達(dá)到1+1>2的效果。
但是在充入多種氣體時，還有更多因素需要考慮，比如選取的氫氣純度越高，產(chǎn)生的氫離子會越多，相應(yīng)的處理氧化物的速度越快，雖然反應(yīng)效率提高，但是不可忽視氫氣作為易燃易爆氣體，具有很高的危險性，所以當(dāng)考慮充入混合氣體時，通常會將氫氣與氬氣等其他氣體充入一起，要將氫氣的占比處在一個相對安全的位置，可以達(dá)到大化。處理不同物質(zhì)還需要探索更優(yōu)質(zhì)的方法和工藝，不斷提高處理的效果。
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