Plazma płomieniowa Pyrosil » Powłoka SiO2 metodą CCVD

Plazma płomieniowa Pyrosil

Obróbka PYROSIL to proces spalinowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CCVD) stosowany w celu poprawy przyczepności powierzchni przeznaczonych do klejenia. PYROSIL jest procesem plazmy z wyładowaniem jarzeniowym prowadzonym w warunkach otoczenia. Obróbka PYROSIL to technika modyfikacji powierzchni, w której na podłożu osadzana jest amorficzna warstwa ditlenku krzemu (SiO2) metodą CCVD. Firma SURA Instruments GmbH opracowała w latach 80. urządzenia i procesy, które doprowadziły do pierwszej udanej komercjalizacji tej technologii zwiększającej wytrzymałość połączeń klejowych. Dzięki pirolizie płomieniowej na podłożu można uzyskać cienką warstwę (5–100 nm) wysoce reaktywnego i hydrofobowego tlenku krzemu. W efekcie powstaje wyraźnie hydrofilowa powierzchnia dzięki dużej gęstości grup Si-OH na powierzchni osadzonych cząstek SiO2 oraz chropowatości w skali nano. Warstwy zawierające krzem znajdują wiele zastosowań na polimerach, szkle, ceramice i metalach. W procesie obrabiany wyrób przechodzi przez laminarny płomień gazowy domieszkowany prekursorem zawierającym krzem (PYROSIL), podobnie jak przy tradycyjnej obróbce płomieniowej. Ze względu na krótki kontakt płomienia z podłożem proces można stosować do tworzyw wrażliwych na temperaturę.

Spalinowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CCVD) to proces chemiczny, w którym cienkowarstwowe powłoki nanoszone są na podłoża w otwartej atmosferze. W procesie CCVD do palącego się gazu dodaje się związek prekursorowy, a płomień przesuwany jest tuż nad powlekaną powierzchnią. Wysoka energia płomienia przekształca prekursory w wysoce reaktywne produkty pośrednie, które łatwo reagują z podłożem, tworząc trwale przylegającą powłokę. Mikrostrukturę i grubość osadzonej warstwy kontrolują parametry procesu: prędkość podłoża lub płomienia, liczba przejść, temperatura podłoża oraz odległość między płomieniem a podłożem. Najczęściej osadzane są warstwy ditlenku krzemu. Świeżo naniesione warstwy są bardzo reaktywne i mogą pełnić funkcję warstw zwiększających przyczepność powłok polimerowych i połączeń klejowych.

PYROSIL a obróbka płomieniowa

PYROSIL i tradycyjna obróbka plazmą płomieniową mają podobieństwa procesowe, lecz chemia płomienia i mechanizm funkcjonalizacji powierzchni są różne. Obie metody są procesami utleniania powierzchni w fazie gazowej, w których spalanie paliwa węglowodorowego w kontrolowanych warunkach wytwarza plazmę płomieniową modyfikującą powierzchnię podłoża. Wstępnie zmieszane płomienie laminarne dają reakcję egzotermiczną. Płomień PYROSIL ma barwę różowawą, podczas gdy płomień tradycyjnej obróbki jest niebieskawy — patrz zdjęcie 1. Zasadnicza różnica polega na tym, że PYROSIL wytwarza SiO2, a obróbka płomieniowa nie. W efekcie powstaje wyraźnie hydrofilowa powierzchnia dzięki dużej gęstości grup Si–OH na powierzchni osadzonych cząstek SiO2. Stosuje się podobne urządzenia spalania, palniki taśmowe oraz konfigurację i sterowanie procesem. Trzy główne zmienne sterujące to chemia płomienia, odległość podłoża od płomienia i czas ekspozycji. Obróbka musi zachodzić w głównej świetlnej strefie reakcji lub w strefie utleniającej.

Dla PYROSIL jedno z równań spalania związku krzemoorganicznego tetrametylosilanu (TMS) i powstawania SiO2 ma postać:

Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2

Dla obróbki płomieniowej gazem ziemnym reakcję spalania opisuje następujące równanie:

CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2

Obie reakcje spalania dają produkty uboczne w postaci CO2 i H2O.

Plazma atmosferyczna

Plazma płomieniowa

Promieniowanie UV i ozon

Obróbka koronowa

Fluorooksydacja

Plazma powietrzna

Plazma zimna

Metody chemiczne i mechaniczne

---