ВЛИЯНИЕ ионной ОБРАБОТКИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА их ПОВЕРХНОСТНые СВОЙСТВА
, , , с. с. ,
Введение. Использование современных электронно- и ионно-плазменных технологий является перспективным, активно развиваемым в настоящее время направлением поверхностной модификации материалов и позволяет, в ряде случаев, придать им комплекс специфических, реализуемых только при такой обработке, физико-химических свойств [1]. Обработка материалов потоками ионов и атомов используется для их травления, очистки поверхности подложек, легировании путем имплантации, активационной обработке поверхностных слоев перед нанесением, например, вакуумных покрытий [2]. В последнем случае важным является выбор оптимальных режимов и условий обработки, так как из-за сложности и многофакторности протекающих в поверхностных слоях физико-химических процессов влияние параметров ионного воздействия на структуру и свойства поверхностных слоев не является однозначным.
Следует отметить также, что при ионной обработке полимерных материалов под действием высокоэнергетичных частиц в поверхностных слоях протекают сложные физико-химические процессы, характер влияния которых на активационный эффект не изучен. В частности, в работе [3] указывается, что повышение адсорбционной активности обработанный в плазме тлеющего разряда полимеров обусловлено образованием в поверхностных слоях электретного состояния. Не вызывают сомнения и представления о значительном влиянии на структуру и свойства поверхностных слоев протекающих при ионной обработке процессов деструкции, сшивки, окисления, травления [1]. Комплексное, неоднозначное влияние этих процессов на свойства определяют необходимость проведения отдельных экспериментальных исследований, на основании результатов которых можно выбрать и обосновать наиболее эффективный метод обработки, оптимизировать его технологические режимы.
Основной целью настоящей работы является установление кинетических закономерностей влияния метода и режима воздействия атомов и ионов на поверхностные свойства неметаллических материалов, определение их оптимальных значений.
Методика исследования. Изучалось влияние природы ионов и продолжительности ионной обработки на значение поверхностной энергии неорганического полированного стекла марки М4, резин 1078, ИРП-1287, В-14, 5И-23, полиэтиленовой пленки и полимерной пленки ПМФ-351 толщиной 50 мкм, состоящую из полиимидного слоя толщиной 40 мкм и покрытия сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом толщиной 10 мкм. Обработка поверхности производилась в плазме низкочастотного тлеющего разряда, ионами Ar+ и N+ с энергией Е = 1,5 – 2,5 кэВ, и плотностью потока J = 0,5 – 1,2 А/м2, генерируемых с помощью ионного источника “Радикал”. Использовались также потоки высокоэнергетичных атомов, получаемые путем нейтрализации ионов при их обработке электронами. С целью исключения влияния неоднородности плотности ионного пучка по его сечению на эффективность обработки с помощью цилиндра Фарадея производилась предварительная оценка характера радиального распределения ионов в потоке, которая учитывалась при обработке экспериментальных данных.
Для проведения сравнительного анализа осуществлялась также обработка материалов органическими растворителями (спиртом, ацетоном) и ультразвуковая очистка в щелочных средах.
Поверхностная энергия подложек, ее дисперсионная и полярная составляющие определялась на основании результатов измерений краевого угла смачивания поверхности образцов бидистиллятом воды и глицерином по методу Фоукса [5]. Об изменениях абсорбционной активности обработанных стекол судили также по величине адгезионной прочности нанесенного на него титанового покрытия, оцениваемой методом фотометрирования по кинетике разрушения покрытия при истирании. Металлизация стекла осуществлялась в вакууме методом электродугового испарения. Эффективность обработки ПИ+ПТФЭ пленки оценивалась по величине прочности адгезионного соединения, формируемого при температуре 630К. Влияние режима обработки резин на их адсорбционные свойства определялось путем последующего нанесения на их поверхность покрытия из продуктов электроннолучевого диспергирования в вакууме политетрафторэтилена по методике, приведенной в [5], и измерения триботехнических параметров таким образом модифицированных поверхностей.
Влияние метода обработки на поверхностные свойства стекол. В процессе ионной обработки стекла, его УЗ-очистке наблюдается монотонное возрастание поверхностной энергии, предельные значения которой приведены в табл.1. При этом повышение поверхностной энергии происходит при переходе от обработки ионами аргона к обработке в тлеющем разряде, затем к обработке ионами азота и УЗ-очистке. Как видно из табл.1, при хранении на воздухе обработанных материалов имеет место изменение энергетических характеристик поверхности, величина и характер которых зависит от метода обработки. При ионной обработке стекла аргоном и азотом полярная составляющая поверхностной энергии несколько возрастает, при обработке другими методами – существенно снижается, что может свидетельствовать о значительном вкладе в активационный эффект процессов зарядки поверхностных слоев. Полная энергия сохраняет свое высокое значение при хранении на воздухе только после обработки ионами азота. После 7 суток выдержки на воздухе эффективность методов обработки снижается в ряду: обработка N+ - УЗ-очистка - обработка Ar+ - обработка в плазме тлеющего разряда.
Таблица 1
Значения краевого угла смачивания Θ, дисперсионной γd, полярной γp составляющих и полной поверхностной энергии W стекла после обработки различными методами и хранения на воздухе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
