Plazmasugaras felülettisztítási kísérletek a Plasmatreater AS 400 laboratóriumi kisberendezéssel Urbán Péter Kun Éva Sós Dániel Ferenczi Tibor Szabó Máté Török Tamás Tartalom A Plasmatreater AS400 működési elve és főbb részei A paraméterek módosítási lehetőségei: - Frekvencia - Kezelési távolság - Hőmérséklet A gázösszetétel módosításának lehetőségei Plazmatisztítással elért eredmények További tervek, kutatási irányok 1
A Plasmatreater AS 400 működési elve és főbb részei Gyűrű elektróda (anód) Kisülési kamra Cserélhető fúvóka Céltárgy Belső elektróda (katód) PLAZMASUGÁR Tisztított, sűrített levegő RF generátor és szabályozó egység Hálózati betáplálás A Plasmatreater kiegészítő egységei 2
A Plasmatreater AS 400 beállítható és mérhető paraméterei X, Y irányban a minta mérete beállítható: X: 0-270 mm; Y: 0-360 mm Fúvókatávolság a munkadarabtól (Z irányban): 0-50 mm Generátor teljesítmény szabályozhatósága: 40-100% Plazmafeszültség: mérhető Plazmaáram: mérhető Plazmafrekvencia: 15-25 khz Levegő áramlási sebessége: 100-5000 L/h Fúvóka haladási sebessége: 1-100 m/perc A plazmatisztításhoz használt levegő előkészítése A plazma gázforrása: atmoszférikus nyomású tisztított és szárított levegő ATLAS COPCO GA5 kompresszor EDX6 szárító F007P szűrőegység 3 µm, 0,1 µm és 0,01 µm pórusméretű filterrel 3
Plazmahőmérséklet, C 2014.03.07. A Plasmatreater AS 400 és a fúvóka típusok PTF 2647-1 PTF 2639-1 Plasmatreater AS 400 PTF 958 PTF 2642-1 PTF 2649-1 PTF 2641-1 A paraméterek módosítási lehetőségei: frekvencia, távolság és hőmérséklet 1000 900 800 700 600 500 400 15 khz 16 khz 18 khz 20 khz 22 khz 24 khz 300 200 15 20 25 30 35 40 45 Fúvókatávolság, mm 4
A gázösszetétel módosításának lehetőségei Levegő: előkezelés, tisztítás nélkül ritkán használható (változó nedvességtartalom hatása) Szintetikus levegő : csak N2 és O2 tartalmú Formáló gáz: 95% N2 és 5% H2 (redukáló hatású) Nitrogén, hidrogén: tisztán is alkalmazhatók, molekuláris gázok Argon: atomos nemesgáz, gyakran használt gáz a plazmatechnológiákban Hélium: atomos nemesgáz, könnyen ionizálható A gázok, illetve összetételük alkalmas megválasztásával változatos felületkezelési lehetőségek adódnak. A plazmatisztítás elve Fizikailag: - Ionbombázás -A szennyeződés fizikailag távozik (szemcseszórás) Kémiailag: - Gáz-szilárd kémiai reakció - Például: O 2 gáz/plazma + C x H y szerves/szilárd H 2 O gáz + CO 2gáz H 2gáz/plazma +NiO x oxid/szilárd Ni fém +H 2 O gáz - A szennyeződés gázként távozik Hibrid hatás: - Fizikai és kémiai kölcsönhatások egyaránt 5
Plazmatisztítással elért eredmények: a vizsgálat menete Lágyacél mintalemezek csiszolása, polírozása Fizikai és kémiai tisztítás (ultrahangos tisztítás, savas pácolás) Mesterséges elszennyezés: dimetil-szulfoxid (DMSO) Plazma tisztítás előtti kontrol mérések (GD-OES) Plazma tisztítás: Az előzetes kísérletek alapján a legoptimálisabbnak talált beállítással végeztük el a vizsgálatot. - Frekvencia: 15 khz - Fúvóka távolság: 9mm - Pásztázási sebesség: 1 m/min - Légáram 2m 3 /h A mintákat egy-, három-, öt-, és tízszer pásztáztuk végig. A minták utólagos (GD-OES) vizsgálata, a felületen a jól detektálható karbonra koncentráltunk. Plazmatisztítás minőségének kiértékelése. Plazmatisztítással elért eredmények: a vizsgálatokhoz használt berendezés A használt vizsgáló berendezés: Horiba Jobin Yvon GD Profiler2, GD-OES: Glow Discharge Depth Profile analysis (Ködfény-kisüléses optikai emissziós spektrometria) X tengely: nagytisztaságú argon plazmával való porlasztási idő (másodperc) vagy profilmélység Y tengely: detektált elemek intenzitása 6
C-jelintenzitás, V C-jelintenzitás, V ARÁNYOS A SZÉNTARTALMÚ SZERVES ARÁNYOS A SZÉNTARTALMÚ SZERVES FELÜLETI SZENNYEZŐDÉSSEL FELÜLETI SZENNYEZŐDÉSSEL 2014.03.07. Plazmatisztítással elért eredmények: kiértékelés Tapasztalatok: 10x 5x pásztázott 5 A lehető legkörültekintőbben elvégzett tisztítás után is maradt szennyező a felületen (kontrol minták) 4 Már egy plazma-pásztázás DMSO contaminated -val szennyezett (artificially) 3 DMSO után is szignifikáns tisztulás contaminated -val szennyezett (artificially) mérhető 2 DMSO and 5 times plasma cleaned A pásztázások DMSO- számával szennyezett látványosan és 10x nő a felület tisztasága 1 Untreated, Kezeletlen, control Kezeletlen, kontrol Untreated, control kontrol 55X times plazmatisztított, plasma cleaned, kontrol control 10X times plazmatisztított, plasma cleaned, kontrol control DMSO- val szennyezett és 5x DMSO plazmatisztított and 10 times plasma cleaned plazmatisztított Tízszeres pásztázással a kiinduló állapothoz képest (kontrol) 0 is tisztább 10 felület 20érhető 30 el, 40gyakorlatilag 50 60 azonos 70 80 tisztaságú 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 GD porlasztási idő, s volt a két oldala a mintalemeznek GD porlasztási idő, s ARÁNYOS FELÜLETI SZENNYEZŐDÉS VASTAGSÁGÁVAL ARÁNYOS A FELÜLETI SZENNYEZŐDÉS VASTAGSÁGÁVAL További tervek, kutatási irányok Szerves és szervetlen felületi szennyeződések eltávolíthatóságának további vizsgálata különböző szubsztrátumokról Nedvesíthetőségi vizsgálatok: - Fém, kerámia és polimer felületek - Plazmakezelés utóhatásainak vizsgálata (mennyi ideig érvényesül) Vékonyfilm bevonatok képzése plazma polimerizációval 7
Köszönöm a megtisztelő figyelmet! "A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0019 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg" 8