DE19612510A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Plasmareinigen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum PlasmareinigenInfo
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Description
Die Anmeldung beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zur Reinigung und
Entfettung von Teilen, insbesondere aus Metallen, mittels einer Niederdruck-
Gasentladung (Plasma). Die Reinigung und Entfettung von Teilen ist in der industri
ellen Praxis vielfältig erforderlich. Bei der Herstellung und Bearbeitung werden Me
tallteile verschmutzt, z. B. durch Bohröl. Weiterhin werden Öle und Wachse zur
temporären Konservierung von Metallteilen zwischen den Fertigungsschritten ver
sendet. Vor einer Oberflächenbehandlung durch Lackieren (ggfs. mit Vorbehand
ungsschritten wie Phosphatierung) oder Galvanisieren wie auch vor Montagevor
hängen müssen die Teile gereinigt und ggfs. entfettet werden. Das hier beschriebene
Verfahren ermöglicht dieses mit ökonomischen und ökologischen Vorteilen ge
genüber dem Stand der Technik.
Die Reinigung und Entfettung erfolgt derzeit in der im allgemeinen durch chemische
Bäder. Die chemischen Bäder bestehen aus Laugen oder Säuren von naturgemäß
aggressivem Verhalten. Da sich die Chemikalien bei Benutzung verbrauchen, fallen
große Mengen (Sonder)mülls zur Entsorgung an oder es werden aufwendige Auf
bearbeitungsanlagen benötigt. Weiterhin werden die Bäder zur besseren Aktivierung
häufig beheizt, was einen erheblichen Energieaufwand erfordert. Anschließende
Trocknungsschritte benötigen ggfs. ebenfalls viel Energie.
Mechanische Verfahren, wie Schleifen, Polieren, Bürsten, Sandstrahlen oder Glas
perlen werden häufig zusätzlich, jedoch nur selten alternativ eingesetzt. Da sich
mechanische und chemische Wirkung kaum substituieren, sind damit zur Reinigung
und Entfettung von Teilen häufig zwei Arbeitsgänge nötig.
Aufgabenstellung für die vorliegende Erfindung war es, ein neues Verfahren zur
Reinigung und Entfettung von Metallteilen zu schaffen, das dieses in einem Arbeits
schritt leistet (chemische und mechanische Wirkung) und keine chemischen Bäder
benötigt, um die Umwelt- und Entsorgungsproblematik präventiv zu lösen. Weiterhin
soll das Verfahren wenig Energie benötigen. Außerdem soll durch die entfallende
Entsorgung bzw. Aufbearbeitung von Reinigungsbädern ein Kostenvorteil erzielt
werden.
In der Plasmatechnik gibt es diverse Beschichtungs- und Ätzverfahren (siehe z. B.
Rutscher/Deutsch: Plasmatechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983). Das Plas
maätzen wird in der Halbleiterindustrie eingesetzt, während beim Kathodenzerstäu
ben ein sogenanntes Sputterätzen als Vorbehandlungsschritt für die anschließende
Beschichtung dient.
Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch einen Plasmabehandlungsschritt
in einem Plasmabehandlungsapparat (Fig. 1) gelöst. Hierzu wird das Werkstück (1)
in eine Vakuumkammer (2) eingebracht, welche durch eine Vakuumpumpenanord
nung (3) evakuiert wird. Daraufhin wird ein Prozeßgas eingelassen (4) und mittels
einer Spannungsversorgung (5) eine Gasentladung gezündet.
Die Spannungsversorgung wird dabei für die Reinigung von Metallteilen vorzugs
weise eine Gleichspannungsquelle sein, deren negativer Pol elektrisch leitend mit
dem zu behandelnden Werkstück verbunden wird und deren positiver Pol an die
Kammer (Masse) angeschlossen wird. Alternativ können Wechselspannungs-, Mit
telfrequenz-, Hochfrequenz-, oder Mikrowellenversorgungen mit diversen Elektro
den- und Antennenkonfigurationen verwendet werden. Dies ist insbesondere zur
Reinigung von nichtleitenden Teilen notwendig.
Die Reinigungswirkung beruht auf zwei Mechanismen: Der chemischen und der
physikalischen Ätzwirkung. In der Gasentladung entstehen geladene (ionisierte)
Teilchen, die aufgrund der thermischen Plasmaenergie eine kinetische Energie
(Geschwindigkeit) besitzen und durch elektrische Feldstärken beschleunigt werden.
Diese Teilchen prallen auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes und
bewirken eine mechanische Reinigung derselben. Weiterhin entstehen im Plasma
Radikale des ionisierten Gases, die je nach Zusammensetzung des Prozeßgases
eine wirksame chemische Ätzwirkung hervorrufen. Edelgase wie Argon bewirken
demnach eine primär mechanische Reinigung, während Reaktivgase unterschiedli
che chemische Reinigungswirkungen erzeugen. Durch Mischung des Prozeßgases
kann die Kombination dieser Reinigungswirkungen beeinflußt werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß keine Bäder benötigt werden und die damit
verbundenen Probleme, wie Umweltbelastung, Entsorgung und Aufbereitung ver
mieden werden. Die Plasmaheizung ist sehr effektiv und damit energiesparend.
Falls für spezielle Verschmutzungen als Prozeßgasanteil giftige Reaktivgase ver
wendet werden müssen, so werden diese durch die Radikalbildung sehr effizient
eingesetzt. Es werden also nur sehr geringe Mengen benötigt, die einfacher ent
sorgt werden können als bei herkömmlichen Verfahren.
Claims (10)
1. Verfahren und Anordnung zur Reinigung von Teilen, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Reinigung ein Plasma verwendet wird, das durch eine Gasentladung
erzeugt wird.
2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Reinigungsprozeß in einer Vakuumkammer durchgeführt wird, die mittels Va
kuumpumpen evakuiert wird, in die ein Prozeßgas eingelassen wird, und in der
mittels einer elektrischen Stromquelle eine Gasentladung gezündet wird.
3. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine elektrische Gleichspannung verwendet wird.
4. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine elektrische Wechselspannung verwendet wird.
5. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine elektrische Mittelfrequenzspannung verwendet wird.
6. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine elektrische Hochfrequenzspannung verwendet wird.
7. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Mikrowellen verwendet werden.
8. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Prozeßgas ein Edelgas oder Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, verwendet
wird.
9. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Prozeßgas ein Reaktivgas (z. B. Sauerstoff, Chlor, Fluorkohlenstoff) verwendet
wird.
10. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Prozeßgas ein Gemisch aus verschiedenen Gasen verwendet wird.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE19612510A1 true DE19612510A1 (de) | 1997-10-02 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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