等離子清洗的機(jī)理主要是活性粒子的物理作用和化學(xué)作用,那么在清洗不同的材料時,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,其中金屬清洗的目的是主要是去除表面氧化物和有機(jī)物,非金屬清洗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、氮氣。
當(dāng)所清洗的材料放入反應(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)到清洗的目的,氫氣主要利用其還原作用,與被清洗件表面污染物發(fā)生反應(yīng),典型的如金屬表面的氧化物清洗,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,有些氣體在清洗的同時還可以使材料表面性質(zhì)發(fā)生變化,例如氮氣等離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,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。
在實際清洗中,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清洗效果。比如氬氣和氧氣的結(jié)合,氬離子采用物理轟擊被清洗表面污物,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,清洗效果已經(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)的清洗氧化物的速度越快,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)到效率大化。清洗不同物質(zhì)還需要探索更優(yōu)質(zhì)的方法和工藝,不斷提高清洗的效果。