Plasmatechnik 2. Auage, 2008 Herausgeber: Diener electronic GmbH + Co. KG Talstr. 5 72202 Nagold Deutschland http://www.plasma.de © Diener electronic GmbH + Co. KG Alle Rechte vorbehalten. Diese Broschüre darf mit Genehmigung des Herausgebers und Quellenangabe vervielfältigt und verbreitet werden. Technische Änderungen vorbehalten Anregungen und Bemerkungen zu dieser Broschüre bitte – möglichst per E-Mail an: [email protected] Ausgabe: 01.02.2008

1. Einführung in die Niederdruckplasmatechnik 1.1. Wie funktioniert eine Niederdruckplasmaanlage? Die wichtigsten Anlagenkomponenten sind die Rezipient, die Vakuumpumpe und ein Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des Plasmas. Das Funktionsprinzip einer Niederdruckplasmaanlage kann anhand der Abbildungen 1 und 2 am einfachsten erklärt werden. Abb. 1: Prinzipieller Aufbau von kHz- und MHz- Plasmaanlagen Abb. 2: Prinzipieller Aufbau einer Mikrowellen-Plasmaanlage (2,45 GHz)

Diener electronic Bei einem Plasmaprozess ergibt sich folgender Ablauf (Abb. 3) Zuerst wird in einem Rezipienten mit Hilfe einer Vakuumpumpe ein Unterdruck erzeugt. Bei einem Druck von ca. 0,1 mbar wird dann das Prozessgas (z.B.: Sauerstoff) in die Kammer Der Arbeitsdruckbereich liegt bei ca. 0,1 bis 1,0 mbar. Wenn der Arbeitsdruck erreicht ist, wird der Generator zugeschaltet und das Prozessgas im Rezipient ionisiert. Das Behandlungsgut wird dem Plasma ausgesetzt. Der Plasmaanlage wird kontinuierlich frisches Gas zugeführt während verunreinigtes Gas abgesaugt wird. Der Aufbau einer Plasmaanlage...

Weitere Variationsmöglichkeiten betreffen die Art der Plasmaerzeugung. Die zur Plasmaerzeugung notwendige Energie kann auf unterschiedliche Weise in die Kammer eingekoppelt werden. Bei kHz- (40kHz) und MHz-Maschinen (13,56 MHz) bendet sich eine Elektrode meist innerhalb der Plasmakammer (Abbildung 1). Bei Mikrowellenmaschinen (2,45 GHz) bendet sich eine Antenne fest eingebaut am Magnetron. Das Magnetron ist ein Elektronenröhrenoszillator, der auf einer festen Frequenz schwingt. Die Antenne des Magnetrons darf sich nicht im Vakuum benden. Deshalb muss die Mikrowellenstrahlung durch ein Glas- oder...

1.2. Was ist Plasma? Wird Materie kontinuierlich Energie zugeführt, erhöht sich ihre Temperatur und sie geht vom festen über den üssigen in den gasförmigen Zustand über. Wird die Energiezufuhr weiter fortgesetzt, wird die bestehende Atomhülle aufgebrochen und es entstehen geladene Teilchen (negativ geladene Elektronen und positiv geladene Ionen). Dieses Gemisch wird als Plasma oder der „vierte Aggregatzustand“ bezeichnet. Kurz: Änderung des Aggregatzustands unter Energiezufuhr: fest üssig gasförmig Plasma In der Natur kommt Plasma z.B. in Blitzen, Polarlichtern, Flammen und der Sonne vor. Künstlich...

Die Ionisation beginnt mit dem Zusammenstoß eines Elektrons (negativ geladenes Teilchen) mit einem Molekül oder Atom des Restgases. Ein weiteres Elektron wird aus dem Molekül geschossen. Das Molekül wird zum positiv geladenen Ion und bewegt sich zur Kathode. Das Elektron iegt zur Anode und trifft dabei weitere Moleküle. Die beschleunigten Kationen setzen aus der Kathode zahlreiche Elektronen frei. Dieser Vorgang setzt sich lawinenartig fort, bis das Gas ionisiert ist. Verschiedene Stoßprozesse führen zur Lichtemission. Diese elektrische Gasentladung bleibt solange bestehen, wie die Energiezufuhr...

Im Plasmaprozess werden verschiedene Effekte ausgenutzt. freie Bindung Sauerstoffradikal Zum Teil wird die Oberäche der Behandlungsgüter von den energiereichen Ionen nur mechanisch „mikrosandgestrahlt“ (z.B. Edelgasplasma). Das entstehende Plasma reagiert chemisch mit dem Behandlungsgut (z.B. Sauerstoffplasma). Der UV-Strahlungsanteil im Plasma bricht Kohlenstoffketten auf, der Sauerstoff hat eine größere Reaktionsäche und es werden Radikalstellen erzeugt (Abb. 19). Bei Polymerisationsprozessen werden “Monomere“ in die Kammer eingeleitet, die mit sich selbst chemisch zu “Polymeren“ reagieren...

Manche Behandlungsgüter sind mit Fetten, Ölen, Wachsen und anderen organischen und anorganischen Verunreinigungen (auch Oxidschichten) bedeckt. benetzbare Oberfläche Abb. 20: Vor der Plasmabehandlung Abb. 21: Plasmabehandlung Abb. 22: Nach der Plasmabehandlung Für bestimmte Anwendungen kann es erforderlich sein, absolut saubere und oxidfreie • bei speziellen medizinischen Anwendungen Das Plasma wirkt hier auf zwei verschiedene Arten: A. Es entfernt organische Schichten: • Diese werden z.B. von Sauerstoff oder Luft chemisch angegriffen (Abb. 20-22). • Durch den Unterdruck und die oberflächliche...

Die Verunreinigungen dürfen nur wenige Mikrometer dick sein, da das Plasma nur in der Lage ist, wenige nm/s abzutragen. Fette enthalten z.B. Lithiumverbindungen. Von ihnen können nur die organischen Bestandteile entfernt werden. Das gleiche gilt für Fingerabdrücke. B. Das Metalloxid reagiert chemisch mit dem Prozessgas (Abb. 23 - 25). Als Prozessgas wird reiner Wasserstoff oder eine Mischung mit Argon oder Stickstoff verwendet. Es ist auch möglich, die Prozesse zweistug zu fahren. Zum Beispiel werden die Behandlungsgüter erst 5 Min. mit Sauerstoff oxidiert (Abb. 20 - 22); anschließend werden...

2.1.1.3. Reinigen von Gläsern und Keramiken Das Reinigen von Gläsern und Keramiken erfolgt auf die gleiche Weise wie das Reinigen von Metallen (siehe Kapitel 2.1.1.1 „Reinigen von Metallen“). Als Prozessgas für die Reinigung von Gläsern empehlt sich z.B. Argon oder Sauerstoff. Allgemein kann gesagt werden, dass eine Reinigung meist mit Sauerstoffplasma durchgeführt wird. Die anderen Parameter (Druck, Leistung, Gasuss, Dauer der Behandlung) hängen von der Empndlichkeit der zu behandelnden Werkstücke ab. 2.1.2. Aktivieren 2.1.2.1. Aktivieren von Metallen Das Aktivieren von Metallen ist zwar prinzipiell...