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Ironico Implementazione. È un processo di produzione che viene effettuato per fornire determinate caratteristiche alla superficie di un oggetto.
Funzioni
L’impianto Ionico può essere utilizzato, a seconda degli scopi desiderati, per: Dopedo dei semiconduttori.
L’introduzione di impurità in un semiconduttore è l’applicazione più comune dell’impianto di ioni.
ioni boro doping, fosforo o arsenico tra gli altri di solito provengono da fonti gassose grazie alla loro grande purezza, sebbene questi gas possano essere molto tossici.
Una volta impiantato nel semiconduttore, ogni Atom Dopante ha origine a un carico di carico nel semiconduttore (vuoto o elettrone, a seconda che sia un tipo dopante o tipo n), in modo che la conducibilità sia modificata del semiconduttore intorno a lui.
Msotaxia: il termine mesotaxia si riferisce alla crescita di una fase di uguale struttura cristallina sotto la superficie del cristallo del semiconduttore (confronta con Epithexia, in cui detta fase appare sulla superficie).
In questo processo, gli ioni vengono impiantati ad alta energia e dose per creare uno strato di una seconda fase, oltre ad essere necessari per controllare la temperatura per evitare che la struttura cristallina venga distrutta.
L’orientamento del livello può essere manipolato finché non corrisponde a quello dell’obiettivo, sebbene la struttura esatta e il parametro di rete siano molto diversi.
Ad esempio, dopo l’impianto di ioni di nichel in un wafer di silicio, uno strato di nichel silicide che cresce seguendo l’orientamento del silicio del wafer è ottenuto.
- Trattamento delle superfici metalliche.
Rinforzo dello strumento di stringa, è possibile implementare ioni di azoto o altri negli strumenti di acciaio come i bit di trapano. Il cambiamento strutturale causato dall’impianto produce una compressione superficiale in acciaio, Proteggendolo dalla propagazione delle rotture e rendendolo più resistente a questi.
Chimica cambiamento, d’altra parte, può rendere lo strumento più resistente alla corrosione.
- Rivestimento di superficie:
In alcune applicazioni, come dispositivi protesici come articolazioni artificiali, è ricercato che le superfici sono molto resistenti a entrambe le sostanze chimiche Corrosione da attrito.
L’impianto di ioni viene utilizzato in questi casi per manipolare le superfici di detti dispositivi per ottenere una maggiore affidabilità. La funzione del materiale, delle caratteristiche o degli altri può essere ottenuta a seconda del tipo di trattamento utilizzato .
tipi di trattamenti da impianto di ioni
superfici impiantate: il processo consiste nella creazione del raggio ionico, la sua accelerazione all’energia prevista (di solito 100 – 200 kev), la sua purificazione e focus, con elettromagneti e il suo impatto sulle aree della superficie che si desidera proteggere.
Impianto ionico produce sulle superfici della composizione e delle modifiche alla struttura che sono l’origine del suo aumento della resistenza all’usura, dell’attrito e della corrosione.
gli ioni impiantati sono distribuiti in una profondità di profondità tra 200 e 2000 strati atomici (0,05 μm 0,5 μm) a seconda del tipo di ione, del materiale di base e dell’energia del bombardamento.
La concentrazione massima, che per ioni luminose come carbonio o azoto può superare il 50%, è ad una certa profondità e quindi diminuisce delicatamente. Non c’è un interleavo brusco tra l’area impiantata e il materiale di base.
Per quanto riguarda la profondità, molto ridotta se confrontata con quella dei trattamenti convenzionali, si deve dire che è adeguato produrre i cambiamenti che Vuoi produrre. Non è interessato ad approfondire di più. Le superfici impiantate con boro, carbonio, ioni di azoto, ecc. Harderanno come conseguenza della formazione di precipitati fini (nitrutti, ecc.).
Anche l’introduzione di elevate dosi di questi elementi crea importanti sforzi compressibili che contribuiscono al blocco di mícrogrietes e alla chiusura dei canali di corrosione.Lo strato di ossido di superficie presente in molti metalli può anche essere condotto contribuendo a una migliore protezione contro la corrosione e una riduzione dei coefficienti di attrito.
D’altra parte, l’impianto di ioni metallici ha effetti molto diversi: ad esempio il titanio, in combinazione con carbonio, produce una drastica riduzione del coefficiente di attrito che raggiunge anche il molibdeno in combinazione con il Zolfo
L’impianto di cromo riesce a formare strati di ossido molto coerenti che proteggono le superfici contro la corrosione e l’usura.
In sintesi: tre sono i parametri che caratterizzano ciascun impianto (tipo di ione, energia di Impianto e dose impiantati) Esistono diverse ricette per i diversi problemi, anche se nel caso di acciai, che è il materiale più trattato, gli impianti di azoto, seguiti da cromo, carbonio o titanio costituiscono il 90% delle soluzioni utilizzate.
Effetti dell’impianto ionico di una superficie
Effetti balistici
Caratteristiche ampiamente, la penetrazione media di un ione all’interno di una sola dipenderà dalla densità di Oriente, di energia proiettile e masse atomiche di bianco e proiettile. Alle energie tipiche dell’impianto dei ioni (
L’ordine della tipica grandezza di un impianto ionico è il decimo di micropa.
Il processo di frenatura è casuale. Pertanto, gli atomi impiantati saranno distribuiti in profondità dopo un tipo di distribuzione statistica che possiamo avvicinarsi a un gaussiano. A basse dosi, difficilmente ci saranno atomi di superficie, mentre ci sarà un picco di concentrazione ad una certa profondità e da lì diminuirà fino a quando non si spegnerà.
L’implementazione di ioni a diverse energie consente di costruire Profili di impianto piatto ecc.
L’impianto di ioni produce anche un effetto sputtering sulla superficie che è più importante, maggiore è la massa del proiettile. Se come implementiamo, stiamo per strappare materiale dalla superficie, è possibile raggiungere una situazione di saturazione in cui il picco di implementazione è sulla superficie e da lì, la dose conservata non può essere aumentata. Per ioni pesanti, la dose di saturazione può essere molto bassa.
Gli effetti balistici dell’impianto ionico all’interno dei Sól sono molto vari: creazione di posti vacanti e interstiziali, ionizzazione degli atomi di rete, ecc. In generale, e con maggiore importanza per ioni pesanti, l’ionico degli incidenti comunica gran parte della sua energia agli atomi di rete, spostandoli ad alta velocità e avviando cascate ioniche secondarie.
Effetti chimici e strutturali
Mentre gli effetti balistici possono essere previsti da modelli teorici molto serrati, la modifica chimica e strutturale del materiale deve essere caratterizzata da un posteriori e oggi è ancora prevedibile dall’esperienza.
L’impianto produce effetti chimici in il senso dei cambiamenti nella composizione e nella formazione di nuove leghe o composti. In questo senso, l’impianto di ioni crea nuovi materiali sulla superficie iniziale.
Essendo un processo di out-bilancio, è possibile creare leghe metastabili, al di sopra dei limiti di solubilità. Inoltre, nel caso dell’attuazione di elementi reattivi come B. C, NS o ecc. La formazione di boridi, carburi, nitridi, ossidi ecc. Viene prodotto, di solito sotto forma di precipitati fini e sparsi, che hanno abbastanza da fare con i cambiamenti di durezza della superficie osservata.
In qualche modo, l’impianto Ionica è Un nuovo modo di fare chimica, e come in altri processi chimici devi stare attento con i disturbi prodotti dalla presenza di altri elementi. Ad esempio, il carbonio, presente nella maggior parte dei sistemi, uno strato sottile di carbonio amorfo è formato sulla superficie durante l’impianto di altri elementi.
Questo strato contribuirebbe a ridurre i coefficienti di attrito o chimica Passivazione del materiale. L’ossigeno, anche onnipresente, può sporgere uno strato di ossido con gli ioni impiantati o con elementi del substrato. Questa mano di ossido, normalmente fine e coerente, può anche contribuire alla modifica dei coefficienti di attrito o alla passivazione del materiale contro gli attacchi chimici.
Questi effetti, normalmente non causati, possono diventare così interessanti che i metodi siano stati ideati per produrli controllati.Inoltre, la formazione dinamica di questi strati superficiali può essere un metodo adeguato per aumentare le dosi di saturazione di determinati elementi, poiché viene sputatando sputtering invece della vera superficie del materiale, ricreano in un processo continuo, rendendo la carta di a Strato sacrificio che non è consumato.
Ma oltre agli effetti chimici, anche gli effetti strutturali sono come l’ammortamento degli strati superficiali, la formazione di precipitazioni indurite o la creazione di tensioni compressive che loro Aumentare l’elasticità superficiale e bloccare la crescita delle micrografie, che funzionano meglio per affaticare.
Gli effetti tribologici (riferiti all’attrito tra i corpi) di un impianto ionico spesso dipendono da una combinazione di effetti chimici e strutturali , e dobbiamo ammettere che non hai sempre una spiegazione definitiva dei cambiamenti comportamentali osservati, che non è est RAW Se è anche ammesso che la tribologia (la scienza che studia l’attrito tra i corpi) sta ancora sviluppando i loro schemi teorici.
Alcune applicazioni pratiche
Problemi tipici che sono risolti da Ionic Implantation sono usura adesiva, usura abrasiva non grave, attrito e determinati tipi di corrosione o ossidazione. La maggior parte dei materiali trattati sono acciai sebbene le leghe di alluminio o titanio rispondono ancora meglio, anche i risultati su metallo duro, strati di cromo o rivestimenti di latta sono anche molto interessanti. Ci sono anche una serie di applicazioni di sviluppo su vetro, ceramica e polimeri.
Sebbene le aree in cui sono state utilizzate le aree in cui gli ioni sono state utilizzate sono molto numerose e nuove applicazioni sono ancora identificate, il 90% dei casi trattati dalle aziende e i centri di subappalto corrispondono a una serie di problemi tipici in cui l’impianto di ioni è la soluzione più appropriata da punti di vista tecnici ed economici. Vale la pena ricordare il più noto:
Stampi per iniezione di plastica
La durata della vita Aumenta fino a 4 volte impiantando il cromo per problemi di usura della corrosione, o fino a 9 volte impiantando l’azoto per l’usura dell’iniezione di Plastiche caricate.
Questa è una delle applicazioni più diffuse in Europa, con particolare incidenza in Danimarca e nel Regno Unito. Stampi per iniezione di plastica per succo di precisione, appartamento elettrico, compact dischi, oggetti ornamentali e oggetti a lunga serie sono gli scenari più comuni per l’applicazione dell’impianto ionico.
Impianto ionico fornisce una protezione speciale al foro e ai canali di ingresso di La plastica (può essere applicata restrittivamente), oltre a superfici con trame speciali o lucidate il cui deterioramento invalida allo stampo.
B- Utile per la produzione di imballaggi metallici
Aumenta fino a 5 tempi impiantando l’azoto in stampi, punzoni e matrici. È un’altra delle applicazioni più diffuse in Danimarca e in Spagna.
C-protesiche o ginocchio
Vita aumenta di più di 10 volte nella protesi in lega TI6A14V. Questa è l’applicazione più diffusa negli Stati Uniti.
D-Blades e altri strumenti per il taglio della carta
Vita aumenta da 3 a 10 volte impiantando l’azoto sul bordo della corte. A volte il trattamento è ancora efficace dopo il sharbeing.
Ecomunches, muore, matrici e strumenti di stampaggio, deformazione di lamiere o tubi formano
soluzione di problemi di attrito, a volte dispensando con lubrificanti. Vite di vita da 4 a 8 volte.
F-pale, estrusori, rulli e altri dipendenti utili nell’industria alimentare
Aumento della resistenza ai problemi combinati dell’usura e dell’attacco chimico. Aumento della vita variabile, a seconda del caso.
Impianto ionico nei problemi di usura e di attrito
Uno dei primi dati promossi dall’interesse nell’impianto Ionico dei metalli è stato il riscontro che gli acciai Impiantato con azoto, a dosi elevate, a volte aumentato drammaticamente, la sua resistenza all’usura.
Questo comportamento è stato descritto, non solo per la maggior parte degli acciai, ma anche per altre leghe metalliche, in particolare in alluminio o in titanio. In tutti i casi, questo miglioramento è attribuito alla formazione di un nitrido disperso (nel caso di acciai di nitride di cromo, sebbene a volte altri fenomeni possano collaborare, come gli sforzi compressibili che producono maggiore elasticità superficiale ecc.
Hard I metalli (wc-co cementati) possono anche aumentare la sua resistenza all’usura impiantando l’azoto o alcuni ioni metallici.Il coefficiente di attrito rimane marcatamente sotto gli acciai impiantati con più titanio di carbonio. Un’altra soluzione è l’impianto di carbonio a tali dosi alte che forma un sottile strato di carbonio sulla superficie. Inoltre, la maggior parte dei soliti impianto per la riduzione dell’usura ha anche effetti benefici sull’attrito.
In sintesi, l’impianto Ionico è uno strumento utile per risolvere problemi di usura adesiva (o abrasivi non molto gravi), così come Problemi di attrito
Impianto ionico nei problemi di corrosione
Nonché i problemi di usura / attrito sono trattati in pratica senza più di una dozzina di soluzioni, per la varietà di problemi di corrosione, tutti i tipi di impianti sono stati processati, a volte ioni esotici o in dosi molto ridotte.
Tuttavia, il caso più sfruttato è l’impianto di cromo per evitare attacchi chimici mediante gas corrosivi negli stampi di iniezione di plastica, nonché la scoperta che l’impianto di azoto migliora anche la resistenza all’ossidazione.
Il fatto che l’impianto Ionic non sia un trattamento adeguato ad alte temperature causa alcuni dei problemi tecnologici più caldi (corrosione delle relazioni tecnologiche della turbina ecc.) Essere fuori dalla portata di questa tecnica.
Impianto ionico Per la soluzione di altri problemi
la maggior parte delle applicazioni industriali per l’impianto di metalli focalizzarsi sull’usura, attrito e corrosione, ma ci sono altre situazioni specifiche nel quale l’impianto Ionico può collaborare per migliorare il comportamento utile e componenti.
Aumenta aumenta nella resistenza alla fatica, eventualmente a causa del blocco delle micrografie sulle superfici impiantate, aumenta nella resistenza alla cavitazione ecc. Ha anche un interesse crescente per l’attuazione di altri materiali è tra quelli inclusi in vetro s, polimeri (per renderli conducenti), elastomeri, ceramiche e persino fibre per materiali compositi.
Alcune delle implementazioni che interessano la maggior parte degli interessi negli ultimi tempi sono legati alla biocompatibilità o alle proprietà batteriostatiche dei materiali che saranno in contatto prolungato con il corpo umano.
Alcuni problemi di impianto di ioni
Danno cristalografico
Ogni ione produce individualmente molti difetti puntuali nel tema del cristallo dell’impatto come posti vacanti e interstiziali. I posti vacanti sono punti della rete cristallina che non sono occupati da qualsiasi atomo: in questo caso lo ione si scontra con l’atomo del bersaglio, con conseguente significativo trasferimento di energia che costringe quest’ultimo a lasciare la sua posizione nella struttura.
Questo atomo solido diventa così un proiettile che lo attraversa, poterlo provocare collisioni successive. Gli interstiziali appaiono quando alcuni atomi (o lo ione originale) raggiungono il solido e non trovano spazi vuoti nella rete. Questi difetti puntuali possono muoversi e agglomerati, con conseguenti loop di dislocazione e altri difetti.
Osservazioni su materiali pericolosi
Nell’impianto di ioni eseguiti nel processo di produzione del wafer, è importante ridurre al minimo l’esposizione dei lavoratori ai materiali tossici impiegati durante il processo . Tra questi tossici, Arsina e Fosfina si distinguono. Per questo motivo, le strutture di produzione dei semiconduttori sono altamente automatizzate, doverno avere sistemi di rilascio sicuro di bottiglie di gas di pressione negative.
Gli altri elementi da prendere in considerazione sono antimonie, arsenico, fosforo e boro. I residui generati vengono rilasciati se vengono aperte le macchine a pressione atmosferica, in modo che sia necessario avere pompe per vuoto che le raccolgono. È fondamentale non essere esposto a questi elementi carcinogeni, corrosivi, infiammabili e tossici.
ad alta tensione
L’esistenza di fonti ad alta tensione in questo tipo di installazione può comportare un rischio importante di elettrocuzione. Inoltre, le collisioni atomiche ad alta energia possono generare radioisotopi in alcuni casi.
Gli operatori e gli operatori e il personale di manutenzione devono conoscere e osservare tutti i consigli di sicurezza del produttore e / o società responsabili dell’apparecchiatura. Prima di inserire una zona ad alta tensione, i componenti del terminale devono essere collegati a terra con gli strumenti appropriati. Successivamente, le fonti di tensione devono essere disattivate e bloccare gli scarichi imprevisti.