Plasma ngọn lửa Pyrosil
Xử lý PYROSIL là một quy trình lắng đọng hơi hóa học bằng đốt cháy (combustion chemical vapor deposition – CCVD) được sử dụng để cải thiện độ bám dính trên các bề mặt cần liên kết. PYROSIL là một quy trình plasma phóng điện phát sáng (glow-discharge), được thực hiện ở điều kiện môi trường xung quanh. Xử lý PYROSIL là kỹ thuật biến đổi bề mặt giúp lắng đọng một lớp silicon dioxide (SiO2) vô định hình lên bề mặt vật liệu nền thông qua quy trình lắng đọng hơi hóa học bằng đốt cháy (CCVD). Công ty SURA Instruments GmbH đã phát triển thiết bị và quy trình này vào những năm 1980, dẫn đến việc thương mại hóa thành công đầu tiên của công nghệ được sử dụng để tăng cường liên kết với chất kết dính. Bằng phương pháp nhiệt phân ngọn lửa (flame-pyrolysis), một lớp mỏng (5 – 100 nm) silicone oxide có tính phản ứng cao và kỵ nước có thể được hình thành trên vật liệu nền. Do đó, một bề mặt ưa nước được xác định rõ hình thành nhờ mật độ cao của các nhóm Si-OH trên bề mặt các hạt SiO2 lắng đọng và độ nhám ở cấp độ nano. Các lớp màng chứa silicon có nhiều ứng dụng cho polymer, thủy tinh, gốm sứ & kim loại. Trong quy trình này, sản phẩm cần xử lý được đưa qua một ngọn lửa khí dạng tầng (laminar), được pha thêm vật liệu tiền chất chứa silicon (PYROSIL), theo cách tương tự như xử lý ngọn lửa truyền thống. Nhờ thời gian tương tác ngắn giữa ngọn lửa và vật liệu nền, quy trình này có thể được áp dụng cho các vật liệu nhựa nhạy cảm với nhiệt độ.
Lắng đọng hơi hóa học bằng đốt cháy (Combustion Chemical Vapor Deposition – CCVD) là một quy trình hóa học trong đó các lớp phủ màng mỏng được lắng đọng lên vật liệu nền trong môi trường khí quyển hở. Trong quy trình CCVD, một hợp chất tiền chất được thêm vào khí đốt. Ngọn lửa được di chuyển sát phía trên bề mặt cần phủ. Năng lượng cao bên trong ngọn lửa chuyển hóa các tiền chất thành các chất trung gian có tính phản ứng cao, dễ dàng phản ứng với vật liệu nền, tạo thành lớp lắng đọng bám chắc. Cấu trúc vi mô và độ dày của lớp lắng đọng được kiểm soát bởi các thông số quy trình bao gồm tốc độ của vật liệu nền hoặc ngọn lửa, số lượt xử lý, nhiệt độ vật liệu nền và khoảng cách giữa ngọn lửa và vật liệu nền. Các lớp silicon dioxide là lớp lắng đọng phổ biến nhất. Các lớp vừa lắng đọng có tính phản ứng cao nên có thể đóng vai trò là lớp tăng cường bám dính cho lớp phủ polymer và liên kết.
PYROSIL so với xử lý ngọn lửa
PYROSIL và xử lý plasma ngọn lửa truyền thống có những điểm tương đồng về quy trình, nhưng hóa học ngọn lửa và cơ chế tạo chức năng bề mặt lại khác nhau. Cả hai phương pháp đều là quy trình oxy hóa bề mặt pha khí, trong đó việc đốt cháy nhiên liệu hydrocarbon trong điều kiện được kiểm soát tạo ra plasma ngọn lửa làm biến đổi bề mặt vật liệu nền. Ngọn lửa tầng tiền hòa trộn (premixed laminar flame) tạo ra phản ứng tỏa nhiệt. Ngọn lửa PYROSIL có màu hồng nhạt, trong khi ngọn lửa xử lý truyền thống có màu xanh lam. Tham khảo Ảnh 1. Khác biệt chính là PYROSIL tạo ra SiO2 còn xử lý ngọn lửa thông thường thì không. Do đó, một bề mặt ưa nước được xác định rõ hình thành nhờ mật độ cao của các nhóm Si–OH trên bề mặt các hạt SiO2 lắng đọng. Thiết bị đốt cháy tương tự, đầu đốt dạng dải (ribbon burner) và cách thiết lập/kiểm soát quy trình đều được sử dụng. Ba biến số kiểm soát quy trình chính là hóa học ngọn lửa, khoảng cách từ vật liệu nền đến ngọn lửa và thời gian lưu xử lý. Việc xử lý phải diễn ra trong vùng phát sáng của phản ứng chính hoặc vùng oxy hóa.
Đối với PYROSIL, một phương trình đốt cháy hợp chất organosilicon tetramethylsilane "TMS" và hình thành SiO2 như sau:
Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2
Đối với xử lý ngọn lửa bằng khí tự nhiên, phương trình sau đây mô tả phản ứng đốt cháy:
CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2
Cả hai phản ứng đốt cháy đều tạo ra các sản phẩm phụ là CO2 và nước H2O.
Yêu cầu báo giá miễn phí
Scott Sabreen — Chủ tịch kiêm Kỹ sư trưởng, hơn 30 năm kinh nghiệm chuyên môn. Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để trao đổi miễn phí về ứng dụng của quý khách và các giải pháp của SABREEN. Hãy giao cho chúng tôi những thách thức khó nhất của quý khách.
Điện thoại: +1 972-820-6777
