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等离子体的表面活化与表面改性

      等离子体表面活化是材料表面聚合物官能团被等离子体中的离子替换为不同原子以增加其表面能的过程。等离子体活化常用于处理粘合或印刷的材料表面。

      等离子体对暴露于高能物质中的材料表面能够分解聚合物,产生自由基。等离子体中含有高水平的紫外线辐射,能够在塑料或聚四氟乙烯的表面产生额外自由基。自由基能够很快与材料本身发生反应,因为它们不稳定。这就让材料表面能够形成稳定的共价键,使其能够被印刷或结合到。

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等离子体表面改性的原理

      等离子体是一种物质能量较高的聚集状态,它的能量范围比气态、液态、固态物质都高,被称为物质的第四态。等离子体存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子,在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子,产生一系列物理和化学过程。一些粒子还会注入的材料表面引起碰撞、散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化及非晶化,从而改变材料的表面性能。

      根据温度的不同,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体(包括热等离子体和冷等离子体)。高温等离子体的温度高达10^6k~10^8k,在太阳表面、核聚变和激光聚变中可获得。热等离子体一般为稠密等离子体,冷等离子体一般为稀薄等离子体。在材料表面改性技术中,溅射、离子镀、离子注入、等离子化学热处理工艺应用的是在低压条件下放电产生的低压(冷)等离子体,而等离子喷涂、等离子淬火及多元工渗相变强化、等离子熔覆或表面冶金等工艺中应用的是低温等离子体中的稠密热等离子体,通常指压缩电弧等离子束流。

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      等离子体表面改性技术是采用物理化学的方法改变材料或工件表面的组织结构或化学成分以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等薄膜镀层、物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术,赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件,提高了可靠性、延长了使用寿命。

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