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