Plasma à flamme Pyrosil
Le traitement PYROSIL est un procédé de dépôt chimique en phase vapeur par combustion (CCVD) utilisé pour améliorer l'adhérence des surfaces à assembler. PYROSIL est un procédé de plasma à décharge luminescente réalisé dans des conditions ambiantes. Le traitement PYROSIL est une technique de modification de surface qui dépose une couche de dioxyde de silicium amorphe (SiO2) sur la surface d'un substrat par dépôt chimique en phase vapeur par combustion (CCVD). SURA Instruments GmbH a développé, dans les années 1980, les équipements et procédés à l'origine de la première commercialisation réussie de cette technologie utilisée pour renforcer le collage avec les adhésifs. Par pyrolyse de flamme, une fine couche (5 à 100 nm) d'oxyde de silicium hautement réactif et hydrophobe peut être obtenue sur le substrat. Il en résulte une surface hydrophile bien définie, due à la forte densité de groupes Si-OH à la surface des particules de SiO2 déposées et à la rugosité à l'échelle nanométrique. Les films à base de silicium trouvent de nombreuses applications pour les polymères, le verre, les céramiques et les métaux. Dans ce procédé, le produit à traiter est passé à travers une flamme de gaz laminaire, dopée avec un matériau précurseur à base de silicium (PYROSIL), d'une manière similaire au traitement à la flamme traditionnel. En raison de la brève interaction flamme-substrat, ce procédé peut être utilisé sur des matériaux plastiques sensibles à la température.
Le dépôt chimique en phase vapeur par combustion (CCVD) est un procédé chimique par lequel des revêtements en couche mince sont déposés sur des substrats à l'air libre. Dans le procédé CCVD, un composé précurseur est ajouté au gaz de combustion. La flamme est déplacée à proximité immédiate de la surface à revêtir. L'énergie élevée présente dans la flamme convertit les précurseurs en intermédiaires hautement réactifs, qui réagissent facilement avec le substrat pour former un dépôt fermement adhérent. La microstructure et l'épaisseur de la couche déposée sont contrôlées par des paramètres de procédé, notamment la vitesse du substrat ou de la flamme, le nombre de passages, la température du substrat et la distance entre la flamme et le substrat. Les couches de dioxyde de silicium sont les couches les plus couramment déposées. Les couches fraîchement déposées sont hautement réactives et peuvent ainsi servir de couches favorisant l'adhérence pour les revêtements polymères et le collage.
PYROSIL par rapport au traitement à la flamme
PYROSIL et le traitement plasma à flamme traditionnel présentent des similitudes de procédé, mais la chimie de la flamme et le mécanisme de fonctionnalisation de la surface diffèrent. Les deux méthodes sont des procédés d'oxydation de surface en phase gazeuse dans lesquels la combustion d'un combustible hydrocarboné, dans des conditions contrôlées, génère le plasma à flamme qui modifie la surface du substrat. Les flammes laminaires prémélangées produisent une réaction exothermique. La flamme PYROSIL est de couleur rosée, tandis que la flamme du traitement traditionnel est de couleur bleutée. Voir photo 1. La principale différence est que PYROSIL produit du SiO2, contrairement au traitement à la flamme. Il en résulte une surface hydrophile bien définie, due à la forte densité de groupes Si-OH à la surface des particules de SiO2 déposées. Des équipements de combustion similaires, des brûleurs à ruban et une configuration/un contrôle de procédé comparables sont utilisés. Les trois principales variables de contrôle du procédé sont la chimie de la flamme, la distance entre le substrat et la flamme, et le temps de séjour du traitement. Le traitement doit avoir lieu dans la zone lumineuse principale de la réaction, en milieu oxydant.
Pour PYROSIL, une équation de la combustion du composé organosilicié tétraméthylsilane « TMS » et de la formation de SiO2 est la suivante :
Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2
Pour le traitement à la flamme au gaz naturel, l'équation suivante décrit la réaction de combustion :
CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2
Les deux réactions de combustion produisent du CO2 et de l'eau (H2O) comme sous-produits.
Plasma à air (décharge électrique)
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