Inżynieria cienkich warstw

Jak działa implantator jonów?

Implantator Orion MC II firmy Idonus Sarl to urządzenie do implantacji jonów na powierzchni materiałów ze związków gazowych i metalicznych. Implantacja prowadzi do osiągnięcia zupełnie innych niż dla podłoża, właściwości na powierzchni.

Sercem systemu jest źródło elektronowego rezonansu cyklotronowego (ECR), które produkuje wiązkę jonową. Wiązka jonów jest skupiana elektrostatycznie za pomocą soczewek Einzela i prowadzona do komory procesowej, na powierzchnie próbek.

System gazów procesowych obejmuje zautomatyzowany precyzyjny zawór dozujący, którego natężenie przepływu kontroluje prąd wiązki jonowej. Metaliczne związki jonowe są najpierw odparowywane w piecu, którego temperatura osiąga 1400 ° C, a następnie w postaci gazowej kierowane do źródła ECR.

Wewnątrz komory próżniowej HV, elementy implantowane są umieszczone w chłodzonym uchwycie, który automatycznie przesuwa się we wszystkich kierunkach pod wiązką jonów.

Na powyższej ilustracji przedstawione zostało porównanie implantacji jonów (po lewej stronie) z technikami nanoszenia powłok (strona prawa). System pozwala na implantację jonów i tworzenie różnych powłok na powierzchni i wewnątrz struktury materiału implantowanego bez ryzyka jego oderwania (delaminacji). 

Modyfikowane powierzchnie mogą być metaliczne, ceramiczne, polimerowe lub kompozytowe.

Implantację jonową stosuje się przeważnie w celu zwiększenia odporności mechanicznych przedmiotów. Implantowane powierzchnie wykazują mniejsze zużycie, odporność na tarcie i zmęczenie. W tym celu najczęściej używane są jony azotu, tlenu i węgla. Technika ta oprócz zmiany właściwości mechanicznych wpływa też na właściwości chemiczne (utlenianie, korozja) oraz elektromagnetyczne. System znajduje zastosowanie w inżynierii materiałów i wielu dziedzinach przemysłu, np.: medycznym, optycznym, motoryzacyjnym, lotniczym czy kosmicznym.

Przykładowe aplikacje:

• powierzchnie barierowe,
• powierzchnie biokompatybilne,
• materiały narzędziowe (zwiększenie twardości, zmiana współczynnika tarcia)
• powierzchnie antykorozyjne,
• powierzchnie antyrefleksyjne,
• powierzchnie hydrofobowe,
• i wiele innych.

Zalety implantacji jonowej

Implantacja jonowa to proces modyfikacji powierzchni, a nie nanoszenia nowej warstwy. Dzięki temu implantacja ma przewagę nad innymi technikami mającymi za zadanie zmienić właściwości podłoża. Podobnie jak one umożliwia zmiany takie jak zwiększenie odporności na ścieranie, twardości, podatności na korozję czy rezystywności materiału i innych. Jednak powstała w jej wyniku warstwa powierzchni jest jej integralną częścią i nie wpływa znacząco na zmianę wielkości obiektu, ponieważ jej grubość mierzona jest w mikrometrach i wynosi od 0,1 do 1 μm. W procesie implantacji jonowej nie powstaje też granica między warstwą a podłożem, nie występują więc problemy adhezji. Dużą zaletą implantacji jest możliwość przeprowadzania jej w warunkach próżni i w niskich temperaturach (do 200oC).

Każde urządzenie produkowane jest na zamówienie, według potrzeb klienta.