等离子体表面处理仪工艺气体选用

等离子体表面处理的机理主要是活性粒子的物理作用和化学作用，那么在处理不同的材料时，选择正确的介质气体，可收到事半功倍的效果。材料，可以大致分为金属和非金属两种，其中金属处理的目的是主要是去除表面氧化物和有机物，非金属处理主要是去除表面有机污染物，根据反应机理，气体有两种分类，一种是反应性气体（化学作用），主要是氢气、氧气、四氟化碳等；另一类是非反应性气体（物理作用），主要有氩气、氦气、氮气。当所处理的材料放入反应室内，通过气体放电产生的等离子体中的活性粒子与材料表面就会发生反应。

反应性气体以化学反应为主，电离后自由基与表面污染物发生化学反应，生产易挥发物质被排走，达到处理的目的，氢气主要利用其还原作用，与被处理件表面污染物发生反应，典型的如金属表面的氧化物处理，氢气作为放电气体参与反应则发生还原反应，材料表面的氧化物与放电产生的氢离子反应生成水。而氧气主要利用其氧化作用，典型的如清除零件表面的有机物等。氧气作为气体参与反应发生氧化反应，材料表面的有机物被氧气电离产生的氧离子氧化生成二氧化碳和水。

非反应性气体电离后主要靠离子的物理轰击作用，去除污染物，有些气体在处理的同时还可以使材料表面性质发生变化，例如氮气等离子可以改善金属材料的硬度和耐磨性。另两种常用的气体是氩气和氦气，具有击穿电压低、等离子稳定等优点，其中氩原子的电离能ε为15.75eV，氩等离子中含有大量的亚稳态的原子，是理想的物理反应气体。

常见工艺气体及其作用

1. 氩气：氩气等离子处理主要利用物理作用，氩等离子原子尺寸大、离子能量高，且一般不与材料发生反应，因此是理想的物理处理气体。氩离子轰击物体表面，污染物挥发并被真空泵抽走，达到处理的目的。

2. 氧气：氧气等离子处理主要利用化学作用，氧气等离子体与物体表面的污染物发生化学反应，生成二氧化碳、一氧化碳和水。通常，用氧气去除有机污染物效果最佳。

3.氢气：氢气等离子处理主要利用化学作用，氢气等离子体与物体表面的氧化物发生化学反应，考虑到安全性，一般选择氢气和氩气混合使用，利用处理的还原性能和氩气的物理轰击作用，快速去除表面污物。

在实际处理中，单一的利用物理或化学作用效果欠佳，更多是充入混合气体，同时利用两种或以上的混合气体以得到更好的处理效果。比如氩气和氧气的结合，氩离子采用物理轰击被处理表面污物，氧气与表面污物发生氧化反应，并且当氩气和氧气分子一经碰撞便可以使电荷转换并结合，形成新的活性原理，使电离和离子能量得到很大程度的降低，同时会产生更多的活性粒子，此时，处理效果已经达到1+1>2的效果。

但是在充入多种气体时，还有更多因素需要考虑，比如选取的氢气纯度越高，产生的氢离子会越多，相应的处理氧化物的速度越快，虽然反应效率提高，但是不可忽视氢气作为易燃易爆气体，具有很高的危险性，所以当考虑充入混合气体时，通常会将氢气与氩气等其他气体充入一起，要将氢气的占比处在一个相对安全的位置，可以达到效率最大化。处理不同物质还需要探索更优质的方法和工艺，不断提高处理的效果。