DOUTNAVÝ VÝBOJ. 1. Vlastnosti doutnavého výboje 2. Aplikace v oboru plazmové nitridace

Podobné dokumenty
DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj

Plazma v technologiích

Diagram Fe N a nitridy

Anomální doutnavý výboj

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Samostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Využití plazmových metod ve strojírenství. Metody depozice povlaků a tenkých vrstev

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Metody depozice povlaků - CVD

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Nesamostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Plazmové metody. Elektrické výboje v plynech

1. Paschenův zákon. p = A exp Bp )

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Přednáška 4. Úvod do fyziky plazmatu : základní charakteristiky plazmatu, plazma v elektrickém vf plazma. Doutnavý výboj : oblasti výboje

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V PLYNU, SAMOSTATNÝ A NESAMOSTATNÝ VÝBOJ

Mgr. Ladislav Blahuta

CHEMICKO - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

REAKTIVNÍ MAGNETRONOVÉ NAPRAŠOV. Jan VALTER HVM Plasma s.r.o.

Základní experiment fyziky plazmatu

Zdroje optického záření

Úvod do fyziky plazmatu

Ionizační manometry. Při ionizaci plynu o koncentraci n nejsou ionizovány všechny molekuly, ale jenom část z nich n i = γn ; γ < 1.

Vakuové metody přípravy tenkých vrstev

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu WIG (TIG) - 141

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (Bl) (И) ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA ( 1S ) (SI) Int Cl* G 21 G 4/08

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Studium kladného sloupce doutnavého výboje pomocí elektrostatických sond: jednoduchá sonda

ANALÝZA POVLAKOVANÝCH POVRCHŮ ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

IONTOVÉ ZDROJE. Účel. Požadavky. Elektronové zdroje. Iontové zdroje. Princip:

Plazmové metody. Co je to plazma? Jak se uplatňuj. ují plazmové metody v technice?

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

Tenká vrstva - aplikace

Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru

Principy chemických snímačů

Hmotnostní spektrometrie

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Plazmové svařování a dělení materiálu. Jaromír Moravec

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Magnetronové naprašování

Opakování

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Relativní chybu veličiny τ lze určit pomocí relativní chyby τ 1. Zanedbáme-li chybu jmenovatele ve vzorci (2), platí *1+:

Plazmové metody Materiály a technologie přípravy M. Čada

16. Franck Hertzův experiment

Vybrané technologie povrchových úprav. Metody vytváření tenkých vrstev Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE III

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Vojtěch Hrubý: Esej pro předmět Seminář EVF

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Počítačový model plazmatu. Vojtěch Hrubý listopad 2007

GD OES a GD MS v praktických aplikacích

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Referát z Fyziky. Detektory ionizujícího záření. Vypracoval: Valenčík Dušan. MVT-bak.

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ III.

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

Koroze obecn Koroze chemická Koroze elektrochemická Koroze atmosférická

Dělení a svařování svazkem plazmatu

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Oblast cementačních teplot

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

Úvod do fyziky plazmatu

Plynové lasery pro průmyslové využití

SPECIÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ SPECIÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

Charakteristika a mrtvá doba Geiger-Müllerova počítače

Struktura a vlastnosti kovů I.

- Uvedeným způsobem získáme obraz na detektoru (v konvenční radiografii na radiografickém filmu).

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Elektrický proud v plynech

Laboratorní práce č. 8: Elektrochemické metody stanovení korozní rychlosti

GALAVANICKÝ ČLÁNEK. V běžné životě používáme název baterie. Odborné pojmenování pro baterii je galvanický článek.

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

PVD povlaky pro nástrojové oceli

Optimalizace procesu přípravy elektrolytu pro vanadovou redoxní průtočnou baterii

Mol. fyz. a termodynamika

Lasery optické rezonátory

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Přehled metod depozice a povrchových

7. Elektrický proud v polovodičích

Orbitaly ve víceelektronových atomech

Datum: Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.

5. Vedení elektrického proudu v polovodičích

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Senzory ionizujícího záření

Úvod do elektrokinetiky

Transkript:

DOUTNAVÝ VÝBOJ 1. Vlastnosti doutnavého výboje 2. Aplikace v oboru plazmové nitridace

Doutnavý výboj Připomeneme si voltampérovou charakteristiku výboje v plynech :

Doutnavý výboj Připomeneme si, jaké děje probíhají v doutnavém výboji:

Doutnavý výboj

Doutnavý výboj Průběh potenciálu a hustoty částic (n+.. ionty, n-.. elektrony) v doutnavém výboji

Doutnavý výboj Zapalovací napětí výboje určuje Paschenův zákon, určitou roli hraje i materiál elektrod. Po zapálení klesá impedance plazmatu a napájecí napětí poklesne na provozní hodnotu. Je zřejmé, že klíčovou roli v doutnavém výboji hrají děje v oblasti katody. Při nízkých hodnotách proudu je katoda pokryta malou svítící ploškou, její plocha je úměrná proudu. Hustota katodového proudu je konstantní a proto i velikost úbytku napětí (katodový spád napětí) je konstantní. V-A charakteristika mírně klesá (záporný odpor v důsledku klesající impedance plazmatu) normální doutnavý výboj. Při takovém nárůstu proudu, kdy světelná vrstva pokryje celou katodu se výboj mění v anomální charakteristika roste. Je to důsledek převažujícího vlivu dějů na katodě, především rostoucím podílem sekundární emise elektronů z katody na celkovém proudu a rostoucí teploty katody.

Doutnavý výboj Hlavní příčinou nerovnoměrného průběhu potenciálu je rozdílná pohyblivost elektronů a iontů. V oblasti katody převažují kladné ionty vytváří se tam oblast kladného prostorového náboje. V této oblasti je soustředěn úbytek potenciálu, tj. je tam nejsilnější elektrické pole urychlující ionty ke katodě. Tato skutečnost se výrazně uplatňuje v plazmových technologiích. Existence oblastí s různou emisí světla souvisí s postupným urychlováním elektronů, které nárazem ionizují nebo jen excitují neutrální molekuly. Při následné rekombinaci nebo deexcitaci dochází k emisi optického záření jak ve viditelné oblasti, tak UV i IR podle energetické struktury molekul a atomů plynu. Oblast negativního sloupce odpovídá prvotnímu urychlování elektronů. Ztráta energie elektronů se projeví poklesem optické emise - tmavý Faradayův prostor. Následuje postupné urychlování elektronů a obnovuje se jejich schopnost ionizace a excitace kladný sloupec. Tato část se využívá při aplikacích ve zdrojích světla.

Doutnavý výboj hoří v rozsahu tlakůřádově 1 1000 Pa. Průběh optické emise podél výbojové trubice souvisí především se střední volnou dráhou elektronů. S klesajícím tlakem se sice prodlužuje a elektrony získávají mezi srážkami vyšší energii, ale klesá pravděpodobnost srážek a klesá účinný průřez jak pro ionizaci, tak pro excitaci. Tato skutečnost vymezuje i rozsah tlaků vhodných pro technologické aplikace : 10 0 až 10 1 Pa. Doutnavý výboj

Plazmová nitridace Jako první aplikaci plazmatu v režimu doutnavého výboje uvádíme plazmovou nitridaci. Tato technologie aktuálně vytlačuje klasické nitridovací technologie, které jsou časově náročné, vyžadují vysoké teploty povrchu součástí atd. Plazmová nitridace se navíc realizuje v silně nerovnovážných podmínkách za jakých vznikají modifikace povrchových vrstev jiným způsobem nedosažitelné. Plazmová nitridace

Plazmová nitridace Při plazmové nitridaci je obrobek vystaven v dusíkové atmosféře o tlaku cca 200 500 Pa působení plazmatu doutnavého výboje hořícího s napětím v řádu několika set voltů. Dusíkové ionty dopadají s energií danou urychlením v oblasti katodového spádu a dusík přitom difunduje do povrchové vrstvy polotovaru. Složení pracovní atmosféry lze v závislosti na určení nitridovaného dílu optimalizovat přidáním vodíku nebo metanu a dosáhnout tak různých vlastností povrchových vrstev. Na rozdíl od klasických postupů nevyžaduje plazmová nitridace dodatečné obrábění, neboť změny rozměrů se pohybují v rozmezí 3 až 6 µm. Díky relativně nízké procesní teplotě 400 500 C zůstávají díly po zpracování tvarově stabilní, polotovary s extrémně kritickou geometrií mohou být předem vyžíhány.

Plazmová nitridace Výrobek je zapojen jako katoda, anodou je stěna komory a mezi elektrodami hoří doutnavý výboj. Důležitou roli hraje oblast katodového spádu, v níž elektrické pole urychluje ionty dusíku dopadající na povrch výrobku s energií až stovek ev. Část iontů je implantována a dále difunduje do povrchové vrstvy. Dopad iontů ale způsobuje sekundární emisi a to nejen elektronů, ale především atomů železa, uhlíku a kyslíku.

Plazmová nitridace Atomy Fe vyražené z povrchu jsou částečně ionizovány elektrony a tím i chemicky aktivovány. Dochází k reakcím s plynným dusíkem a vzniku různých fází nitridů železa. Navíc se na povrch vracejí i energetické ionty Fe a vytvářejí fázi Feα. Dále dochází k odstranění oxidů, ke tvorbě karbidů železa a dalším reakcím. V případě vyššího legování reagují s dusíkem i sekundárně emitované atomy legur.

Iontová nitridace povrchové vrstvy ocelí vede ke značnému zvýšení tvrdost povrchu při současném zachování dobré houževnatosti. Takto iontově nitridované zpracované povrchy součástí vykazují vysokou otěruvzdornost, odolnost proti vzniku únavových trhlin, lepší odolnost proti korozi a teplu. Plazmová nitridace

Plazmová nitridace Kromě čisté plazmové nitridace lze realizovat i další procesy: Ve směsi N 2 + O 2 dochází k oxinitridaci. Ta zabezpečuje vynikající odolnost proti korozi jak působením vodou, tak i proti slabým kyselinám a louhům. Je patrné i zlepšení třecích vlastností a téměřčerná barva, která po konzervaci značně zvýrazňuje dekorační vlastnosti dílů. Ve směsi N 2 + C 2 H 2 nebo N 2 + CH 4 dochází ke karbonitridaci. Na povrchu se vytváří fáze ε karbonitridu nebo karbonitridy legur. Vrstva karbonitridu je podstatně silnější než při nitridaci.

Plazmová nitridace Progresivní technologií plazmové nitridace je použití pulzního režimu. Metoda se označuje PIII nebo PI 3 (Plasma ion implantation by immersion). Výhodou pulzního režimu je snížení tepelné energie přinášené ionty do povrchu součástí a tím snížení pracovní teploty. V počátku cyklu je substrát na záporném napětířádu stovek voltů, el. pole odpuzuje elektrony a substrát je obklopen vrstvou kladných iontů (Debyeova stínící vrstva), které jsou k němu přitahovány a vrstva ochuzená o ionty se zvětšuje, děj trvářádově 10-6 s. V okamžiku, kdy se účinkem prostorového náboje el. pole substrátu vykompenzuje, je zdroj napětí vypnut. Dojde k rekombinaci a obnovení rovnováhy v rozložení náboje, nežádoucí kladný náboj na povrchu je neutralizován elektrony difundujícími z prostoru okolo substrátu. Následuje další napěťový pulz. Perioda trvá několik desítek mikrosekund opakovací frekvence pulzů je řádově desítky khz.

Plazmová nitridace

Plazmová nitridace