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Tratamiento de superficies por plasma en el INFIP: arco
catódicos, RF, implantación iónica
AITP 24 de noviembre 2011 Mar del Plata 2011
Adriana Márquez
Instituto de Física del Plasma
Fac. de Ciencias Exactas y Naturales, UBA – CONICET
Buenos Aires, Argentina
Grupo de Tecnologías de Plasmas Instituto de Física del Plasma (INFIP) CONICET - Universidad de Buenos Aires
Investigadores
Dr. Hector Kelly
Dra. Diana Grondona
Dr. Fernando Minotti
Dr. Leandro Giuliani
Dr. Ariel Kleiman
Estudiantes de doctorado
Ing. Jorge Gallego
Lic. Lina Franco Arias
Lic. Andrés Arias Duran
Estudiantes de grado
Mariana Fazio
Colaboraciones: Dr. Diego Lamas – Universidad del Comahue Tema: Estudio de propiedades
físicas de materiales nanoestructurados
Electrical Discharge and Plasma Laboratory , Department of Interdisciplinary Studies, School of Electrical Engineering, Tel Aviv University Dr. Raymond Boxman. Tema: Development of Advance Vacuum Arc Deposition Techniques for Synthesis of Compound Coatings
Grupo de Ingeniería de Superficies, UTN Fac. Reg. Concepción del Uruguay. Dra. Sonia Brühl Tema: Tratamiento de superficies asistido por plasmas
Escuela de Ciencias de Materiales, Univ. Del Valle, Cali, Colombia. Dr. Carlos Sanchez Sthepa. Tema: Crecieminto de películas nanoestructuradas
Instituto Leibniz de Modificación de Superficies, Leipzig , Alemania. Dr. Stephan Mandl –Dra. Darina Manova. Tema: Diseño de procesos superficiales asistidos por plasma para obtener resistencia al desgaste y propiedades anticorrosivas.
Dra. Marta Litter, Gerencia Química, CNEA. Tema: Tratamiento de agua por fotocatálisis.
LINEAS DE TRABAJO
Descargas arco catódicas
Descarga RF
Implantación iónica por inmersión en plasmas
Desarrollo de equipos de descarga y diagnósticas Caracterización del plasma Aplicaciones para el tratamiento de superficies
Descarga arco catódicas Descarga de alta corriente y bajo voltaje generada entre dos
electrodos en vacío o en gas a baja presión.
La corriente es conducida a través de un plasma metálico formado por vapor
ionizado del material catódico.
Se genera un haz de iones que es eyectado hacia delante) y microgotas líquidas del
material del cátodo evaporado.
I Jet de
plasma
MP spray
Anodo
Cátodo
Electrodo
auxiliar
Fuente
• Parámetros característicos
• Baja Presión ( < 1 kPa) • Alta Corriente (1 – 105 A) • Baja tensión (20 – 30 V)
Sistemas de recubrimientos basados en arcos catódicos
Cátodo
Anodo
Substrato
EL sustrato se coloca interceptando el jet de plasma
Inyectando un gas reactivo se puede formar una gran variedad de compuestos
Cátodo
Anodo
Substrato Filtro
Filtros curvos Filtros rectos Isla magnética
Substrato
Filtro
Anodo
Cátodo
Campo de
enfoque
Substrato Cátodo
Filtro
Anodo
Sistemas filtrados
Equipos de descarga arco catódica construidos en el INFIP
Diagnósticas empleadas para
caracterizar el plasma
Sondas Electrostáticas
Calorímetro
Analizador de carga por retardo de campo
Espectoscopía
Recubrimientos estudiados Cu, CuO
Ti, TiN, TiO2
Ni
Caracterización de filtros Filtro recto
Filtro curvo
Isla magnética
Recubrimientos de TiO2 sobre vidrio
20 25 30 35 40 45 50 55 60
deposited at 400 ºC
dep. at room temperature
post-annealed at 400 ºC
Inte
nsity (
au
)
Diffraction angle 2 (deg)
Bragg peaks:
Anatase
Rutile
0 60 120 180 240 300 360
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
C/C
0
time (min)
Blank
CA 0.026 g cm-2
CA 0.28 g cm-2
DC 0.026 g cm-2
Suspension 0.0065 g L-1
Fitting curves
XRD Respuesta fotocatalítica Reducción de CrVI en presecia de EDTA
400 500 600 700 8000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
(Ed
)1/2
E (eV)
CART
CAHT
DC
Tra
nsm
itta
nce
(nm)
Transmitancia UV-visible
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
1
Inte
nsity (
I/I O
)
Incidence angle (deg)
deposited at 400 ºC
dep. at room temp. and post-annealed
Reflectometría
Descarga RF
Estudio del plasma con sonda de Langmuir Crecimiento de nanoestructuras de carbono
Descarga de acople capacitivo, 600 W
Implantación iónica por inmersión en plasma
Substrato
- Fuente de polarización negativa (0-20kV)
Duración del pulso: 1-50 ms
+
Plasma
Cámara de procesamiento
Implantación de iones generados por descargas en gases(PIII)
Tratamiento de superficies combinado de recubrimiento e implantación iónica con iones metálicos (y gaseosos) empleando descargas arco en vacío (PIII&D)
Cátodo de Titanio Parámetros empleados : Voltaje pico: 0 -12 kV Ancho del pulso~ 20 ms Frecuencia : 200 - 400 Hz En vacío y en atmósfera de nitrógeno
PIII&D en el INFIP
Recubimientos de titanio
recubrimiento PIII&D
32 36 40
Inte
nsity (
a.u
.)2 (deg)
Ti coating on steel
Ti coating + ion implantation on steel
Ti
XRD
No hay diferencias notables en la morfología
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