Ion Implantation é um processo de fabricação que é feito para dar certas características à superfície de um objeto.
Implementação IronICA. É um processo de fabricação que é realizado para dar certas características à superfície de um objeto.
Funções
A implantação iônica pode ser usada, dependendo dos fins desejados, para: Dopedo de semicondutores.
A introdução de impurezas em um semicondutor é a aplicação mais comum de implantação de íons.
íons de doping boro, fósforo ou arsênico entre outros geralmente vêm de fontes gasosas devido à sua grande pureza, embora esses gases possam ser muito tóxicos.
Uma vez implantado no semicondutor, cada átomo dopante origina um deslocamento de carga no semicondutor (oco ou elétron, dependendo se é um dopante tipo P ou tipo n), para que a condutividade seja modificada do semicondutor Em volta dele.
mesotaxia: o termo mesotaxia refere-se ao crescimento de uma fase de estrutura cristalina igual sob a superfície do cristal semicondutor (comparada com a epithexia, em que a referida fase aparece na superfície).
Neste processo, os íons são implantados em uma alta energia e dose para criar uma camada de uma segunda fase, além de ser necessária para controlar a temperatura para evitar que a estrutura cristalina seja destruída.
A orientação da camada pode ser manipulada até que corresponda à do objetivo, embora a estrutura exata e o parâmetro de rede sejam muito diferentes.
Por exemplo, após a implantação de íons de níquel em uma bolacha de silicone, uma camada de siliceto de níquel que cresce após a orientação do silício da bolacha é obtida.
Tratamento de superfícies metálicas.
Reforço da ferramenta de string, é possível implementar íons nitrogênio ou outros em ferramentas de aço, como bits de perfuração. A mudança estrutural causada pela implantação produz uma compressão superficial em aço, Protegendo-o da propagação de quebras e tornando-a mais resistente a estes.
Mudança química, por outro lado, pode tornar a ferramenta mais resistente à corrosão.
revestimento de superfície:
em determinados aplicativos, como dispositivos protéticos, como juntas artificiais, é procurado que as superfícies sejam muito resistentes ao produto químico corrosão quanto ao atrito.
A implantação do íon é usada nesses casos para manipular as superfícies dos referidos dispositivos para obter maior confiabilidade. Função do material, características ou outros pode ser obtida dependendo do tipo de tratamento usado .
Tipos de tratamentos por implante de íons
superfícies implantadas: o processo consiste na criação do feixe de íons, sua aceleração para a energia esperada (geralmente 100 – 200 kev), sua purificação e foco, por eletromagnetos e seu impacto nas áreas da superfície que você deseja proteger.
Implantação iônica produz nas superfícies de composição e alterações de estrutura que são a origem do seu aumento na resistência ao desgaste, atrito e corrosão.
Íons implantados são distribuídos em uma profundidade de rathing entre 200 e 2000 camadas atômicas (0,05μm de 0,5 μm) dependendo do tipo de íon, do material base e da energia do bombardeio.
A concentração máxima, que para íons de luz, como carbono ou nitrogênio, pode exceder 50%, é a uma determinada profundidade e, em seguida, diminui suavemente. Não há um intercalamento abrupto entre a área implantada e o material base.
Quanto à profundidade, muito reduzido se comparado ao dos tratamentos convencionais, deve-se dizer que é adequado produzir as mudanças que Você quer produzir. Não está interessado em aprofundar mais. As superfícies implantadas com boro, carbono, nitrogênio, etc. Eles se esforçam como conseqüência da formação de precipitados finos (nitretos, etc).
Também a introdução de altas doses desses elementos cria importantes esforços compressivos que contribuem para o bloqueio de mícrogiais e no fechamento dos canais de corrosão.A camada de óxido de superfície presente em muitos metais também pode ser conduzida contribuindo para uma melhor proteção contra a corrosão e uma redução dos coeficientes de atrito.
Por outro lado, a implantação de íons metálicos tem efeitos muito diversos: por exemplo, o titânio, em combinação com o carbono, produz uma redução drástica do coeficiente de atrito que também alcança o molibdênio em combinação com o Enxofre
A implantação de cromo consegue formar camadas de óxido muito coerentes que protegem superfícies contra corrosão e desgaste.
Em resumo: três sendo os parâmetros que caracterizam cada implantação (tipo de íon, energia Implantação e dose implantada) Há diferentes receitas para os diferentes problemas, embora no caso de aços, que é o material mais tratado, os implantes de nitrogênio, seguidos por cromo, carbono ou titânio constituem 90% das soluções utilizadas.
efeitos da implantação iónica de uma superfície
efeitos balísticos
amplamente características, a penetração média de um ião dentro de um único dependerá da densidade de Oriente, de energia projétil e massas atômicas de branco e projétil. Para as energias típicas de implante de íons ( 200 kev) nem mesmo a implantação de hidrogênio em materiais leves, como o silício, excede 2 mícrons.
A ordem de magnitude típica de uma implantação iônica é o décimo da micropa.
O processo de frenagem é aleatório. Assim, os átomos implantados serão distribuídos em profundidade após algum tipo de distribuição estatística que possamos abordar um gaussiano. Em doses baixas, dificilmente será átomos de superfície, enquanto haverá um pico de concentração a uma certa profundidade e de lá, diminuirá até que seja extinto.
Implementação de íons em diferentes energias permite construir Perfis de implantação plana etc..
Implantação de íons também produz um efeito de pulverização na superfície que é mais importante, maior a massa do projétil. Se, à medida que implementamos, vamos rasgar o material da superfície, é possível atingir uma situação de saturação na qual o pico de implementação está na superfície e a partir daí, a dose retida não pode ser aumentada. Para íons pesados, a dose de saturação pode ser muito baixa.
Os efeitos balísticos da implantação iônica dentro dos Sóls são muito variados: criação de vagas e intersticiais, ionização de átomos de rede, etc. Em geral, e com maior importância para íons pesados, o ION Incidente comunica grande parte de sua energia em átomos de rede, deslocando-os em alta velocidade e iniciando cascatas de íons secundários.
Efeitos Químicos e Estruturais
Embora os efeitos balísticos possam ser previstos de modelos teóricos muito apertados, a modificação química e estrutural do material deve ser caracterizada por posteriori e hoje ainda está prevendo a partir da experiência.
A implantação produz efeitos químicos em a sensação de alterações na composição e formação de novas ligas ou compostos. Nesse sentido, a implantação do íon cria novos materiais na superfície inicial.
Sendo um processo de saldo, é possível criar ligas metastable, acima dos limites de solubilidade. Além disso, no caso da implementação de elementos reativos, como B. C, NS ou etc. A formação de borides, carbonetos, nitretos, óxidos, etc. é produzido, geralmente sob a forma de precipitados finos e dispersos, que têm o suficiente para fazer com mudanças de dureza superficial observadas.
De alguma forma, a implantação Ionica é Uma nova maneira de fazer química e, como em outros processos químicos, você tem que ter cuidado com os distúrbios produzidos pela presença de outros elementos. Por exemplo, carbono, presente na maioria dos sistemas, uma fina camada de carbono amorfo é formada na superfície durante a implantação de outros elementos.
Esta camada contribuiria para reduzir os coeficientes de atrito ou o químico passivação do material. Oxigênio, também onipresente, pode surgir uma camada de óxido com o íon implantado ou com elementos do substrato. Esta camada de óxido, normalmente fina e coerente, também pode contribuir para a modificação dos coeficientes de atrito ou para a passivação do material contra ataques químicos.
Estes efeitos, normalmente não causados, podem se tornar tão interessantes que os métodos foram concebidos para produzi-los controlados.Além disso, o treinamento dinâmico dessas camadas de superfície pode ser um método adequado para aumentar as doses de saturação de certos elementos, desde que estejam esboçados pela pulverização em vez da verdadeira superfície do material, eles recriam em um processo contínuo, tornando o papel de um Sacrifício de sacrifício que não é consumido.
Mas, além dos efeitos químicos, os efeitos estruturais também são, como a amortização das camadas superficiais, a formação de precipitados endurecidos ou a criação de tensões compressivas que aumentar a elasticidade da superfície e bloquear o crescimento das micrografias, que funcionam melhor para a fadiga.
Os efeitos tribológicos (referenciados ao atrito entre os corpos) de uma implantação iônica, muitas vezes dependem de uma combinação de efeitos químicos e estruturais , e devemos admitir que você nem sempre tem uma explicação definitiva de mudanças comportamentais observadas, que não é ext Raw se também é admitido que o tribólio (ciência que estuda atrito entre corpos) ainda está desenvolvendo seus esquemas teóricos.
Algumas aplicações práticas
Problemas típicos que são resolvidos pela implantação iônica são desgaste adesivo, desgaste abrasivo não grave, fricção e certos tipos de corrosão ou oxidação. A maioria dos materiais tratados são aços, embora as ligas de alumínio ou titânio respondem ainda melhor, os resultados em metal duro, camadas de cromo ou revestimentos de estanho também são muito interessantes. Há também uma série de aplicações de desenvolvimento em vidro, cerâmica e polímeros.
Embora as áreas nas quais a implantação de íons é utilizada são muito numerosas e novas aplicações ainda são identificadas, 90% dos casos tratados por empresas e centros de subcontratação correspondem a uma série de problemas típicos em que a implantação do íon é a solução mais apropriada de pontos de vista técnicos e econômicos. Vale a pena mencionar o melhor conhecido:
moldes de injeção de plástico
Vida ao longo da vida aumenta até 4 vezes por implantação de cromo para problemas de desgaste de corrosão, ou até 9 vezes, implantando nitrogênio para desgaste de injeção de Plásticos carregados.
Esta é uma das aplicações mais generalizadas da Europa, com incidência especial na Dinamarca e no Reino Unido. Moldes de injeção de plástico para suco de precisão, apartamento elétrico, discos compactos, objetos ornamentais e objetos de longa série são os cenários mais comuns para a aplicação de implantação iônica.
Implantação iônica fornece proteção especial aos canais de orifício e entrada de O plástico (pode ser aplicado restritivamente), bem como superfícies com texturas especiais ou polido cuja deterioração invalida no molde.
B- Útil para fabricação de embalagens metálicas
aumenta até 5 vezes implantando nitrogênio em matrizes, socos e matrizes. É outra das aplicações mais generalizadas da Dinamarca e na Espanha.
C-Prótese ou joelho
de vida aumenta mais de 10 vezes na prótese de liga de TI6A14V. Esta é a aplicação mais difundida nos EUA.
D-lâminas e outras ferramentas para corte de papel
Life aumenta 3 a 10 vezes, implantando nitrogênio na borda do tribunal. Às vezes, o tratamento ainda é eficaz após o compartilhamento.
Ecompuns, Matrizes e ferramentas de estampagem, deformação de chapas ou tubos formulários
solução de problemas friccionais, às vezes dispensando lubrificantes. Vidas de 4 a 8 vezes.
F-lâminas, extrusores, rolos e outros funcionários úteis na indústria alimentícia
aumento da resistência a problemas combinados de desgaste e ataque químico. Aumento da vida variável, dependendo do caso.
Implantação iônica em desgaste e problemas de fricção
Um dos primeiros dados promovidos pelo interesse da implantação iônica de metais foi a descoberta de que os aços Implantado com nitrogênio, em altas doses, às vezes aumentou drasticamente, sua resistência ao desgaste.
Este comportamento foi descrito, não apenas para a maioria dos aços, mas também para outras ligas metálicas, especialmente alumínio ou titânio. Em todos os casos, esta melhoria é atribuída à formação de nitretos dispersos (no caso de aços de nitreto de cromo, embora às vezes outros fenômenos possam colaborar, como esforços compressivos que produzem maior elasticidade de superfície, etc.
Metais (WC-Co Cemented) também podem aumentar sua resistência ao desgaste implantando nitrogênio ou certos íons metálicos.O coeficiente de atrito permanece marcadamente sob aços implantados com mais titânio de carbono. Outra solução é a implantação do carbono em tais doses altas que forma uma fina camada de carbono na superfície. Além disso, a maioria dos implantes usuais para a redução de desgaste também tem efeitos benéficos no atrito.
Em resumo, a implantação iônica é uma ferramenta útil para resolver problemas de desgaste adesivo (ou abrasivo não muito grave), bem como Problemas de fricção.
Implantação de íons em problemas de corrosão
Bem como problemas de desgaste / fricção são tratados na prática sem mais do que uma dúzia de soluções, para a variedade de problemas de corrosão, todos os tipos de implantes foram tentados, às vezes íons exóticos ou em doses muito reduzidas.
No entanto, o caso mais explorado é a implantação do cromo para evitar ataques químicos por gases corrosivos em moldes de injeção de plástico, bem como a descoberta de que a implantação do nitrogênio também melhora a resistência à oxidação.
O fato de que a implantação iônica não é um tratamento adequado a altas temperaturas provocam alguns dos problemas tecnológicos mais quentes (corrosão de superelações de turbinas, etc.) estar fora do alcance desta técnica.
Implantation iônico Para a solução de outros problemas
a maioria das aplicações industriais para a implantação de foco de metais no desgaste, fricção e corrosão, mas há outras situações específicas naquela implantação iônica pode colaborar para melhorar o comportamento de e componentes.
Aumenta aumentos na resistência à fadiga, possivelmente devido ao bloqueio das micrografias nas superfícies implantadas, aumenta na resistência à cavitação etc. Ele também tem um interesse crescente na implementação de outros materiais é entre esses copos incluídos, polímeros (para torná-los drivers), elastômeros, cerâmicos e até fibras para materiais compostos.
Algumas das implementações que a maioria dos juros nos tempos recentes estão relacionadas à biocompatibilidade ou propriedades bacteriostáticas de materiais que serão em contato prolongado com o corpo humano.
Alguns problemas de implantação de íons
dano cristalográfico
Cada íon produz individualmente muitos defeitos pontuais no sujeito de cristal de impacto como vagas e intersticiais. As vagas são pontos da rede cristalina que não são ocupadas por qualquer átomo: neste caso, o íon colide com o átomo da meta, resultando em uma transferência de energia significativa que força a última a deixar sua posição na estrutura.
Este átomo sólido torna-se assim um projétil que o cruza, sendo capazes de provocar colisões sucessivas. Os intersticiais aparecem quando alguns átomos (ou o íon original) atingem o sólido e não encontram lacunas vagas na rede. Esses defeitos pontuais podem se mover e aglomerar, resultando em loops de deslocamento e outros defeitos.
Observações sobre materiais perigosos
Na implantação de íons que são realizados no processo de fabricação de bolacha, é importante minimizar a exposição dos trabalhadores aos materiais tóxicos empregados durante o processo . Entre esses tóxicos, arsina e fosfina se destacam. Por esta razão, as instalações de fabricação de semicondutores são altamente automatizadas, tendo que ter sistemas de liberação seguros de garrafas de gás de pressão negativas.
Outros elementos a serem levados em conta são antimônio, arsênico, fósforo e boro. Os resíduos gerados são liberados se as máquinas de pressão atmosféricas forem abertas, para que seja necessário ter bombas de vácuo que os pegam. É primazonal não ser exposto a esses elementos carcinogênicos, corrosivos, inflamáveis e tóxicos.
alta tensão
A existência de fontes de alta tensão neste tipo de instalação pode envolver um risco importante de eletrocussão. Além disso, colisões atômicas de alta energia podem gerar radioisótopos em alguns casos.
Os operadores e a equipe de manutenção devem conhecer e observar todas as dicas de segurança do fabricante e / ou empresa responsável pelo equipamento. Antes de entrar em uma zona de alta tensão, os componentes do terminal devem ser aterrados com as ferramentas apropriadas. Posteriormente, as fontes de tensão devem ser desligadas e bloqueando descargas inesperadas.
