Электронно-лучевое воздействие

Лазерное излучение

Высокоскоростной термический нагрев полимера

Диспергирование исходного материала из газовой фазы

Полимеризация мономера

Образование полимерных покрытий происходит при воздействии на адсорбированные органические соединения электронов, ионов и УФ излучения.

В результате воздействия этих факторов происходит возбуждение электронных уровней молекул, возникновение активных центров с последующим протеканием химических реакций, приводящих к образованию покрытий. Этими активными центрами могут быть:

· свободные радикалы

· ион радикалы

· возбуждённые частицы

Для этого способа скорость образования (роста) покрытия определяется давлением мономера и плотностью мощности энергетического воздействия. Наиболее эффективным способом увеличения скорости роста явл-ся конденсация на подложки мономера в жидком виде, или создания в плазмохимическом реакторе давление мономера до 20 мм. рт. ст.

Можно формировать покрытие в нужных местах, только там, где воздействует на адсорбируемый мономер полимиризующих фактор.

Активная газовая фаза формируется при воздействии концентрированного потока энергии на исходный полимер либо композиционный материал. Перевод его в газовую фазу с последующим осаждением и образования покрытия.

В качестве концентрированного потока энергии в данном направлении используется лазерное излучение, электронный или ионный поток, либо высокоскоростной термический нагрев. Всё это происходит в вакууме.

Технология и техника получения таких покрытий аналогична техники конденсации покрытий из металлов. Порошок полимера помещается на испаритель резистивного типа, системой насосов создаётся высокий вакуум. Затем производится высокоскоростной нагрев полимера. Летучие продукты теплового осаждения на подложки с образованием покрытия. Существуют оптимальные температуры диспергирования, для ПТФЭ оптимальной температурой для пленкообразования является 1200⁰ С. Для ПЭ 400⁰ С.

При термическом нанесении в летучих продуктах может содержаться большой процент капельной фазы микроразмеров, что ухудшает качество формируемого покрытия. Образования капельной фазы является результат объёмного нагрева диспергированного материала.

При достаточной плотности энергии практически все полимеры диспергируются с выделением летучих продуктов, часть из которых осаждается на тело. Продукты диспергирования состоят из конденсирующейся и неконденсирующейся фазы.

Схема для лазерного диспергирования включает в себя: лазер, систему фокусировки и управления лазерным лучом, располагаемые в вакуумной камере диспергируемую мишень, и изделие на которое наносится покрытие. Чаще всего используются лазеры с длинной волны 10.6 мкм, 1.6 мкм (инфракрасное излучение) этими лазерами происходит нагрев полимера, тока в отличие от термического нагрева, здесь нагревается поверхность полимера. Плотность мощности лазерного излучения легко регулируется и на лазерное излучение практически не влияет давление газообразных продуктов в реакционной камере.

В качестве исходного материала может быть использовано много материалов, воздействие происходит электронами с энергией от 500-200эВ. Процесс состоит из стадий общих для всех материалов:

1. Начальный индукционный период. В течение этого периода происходит поверхностный нагрев материала, в ряде случаев плавление и радиационно (инициирование разрыва химических связей) термическое модифицирование.

2. Интенсивное выделение летучих продуктов. Плотность потока и скорость покрытия со временем развития процесса стабилизируется, а для некоторых полимеров может значительно уменьшаться, в следствии формирования на поверхности карбонизированного слоя. В этой стадии происходит экранирование мишени от электронного потока, что приводит к появлению пульсации физических параметров и возникновению автоколебательного режима диспергирования. При этом происходит периодическое изменение плотности потока и скорость диспергирования и нанесения.

При повышении давлении в объёме первичного электронного луча может формироваться несамостоятельный разряд это проявляется проявлением свечения в объёме электронного луча и на поверхности мишени, где давление диспергированных продуктов максимально.

Основные особенности:

· Поверхностное воздействие не больше длинны пробеги электрона 5-10 нм.

· Совместное радиационное и термическое взаимодействие на исходный материал.

· Активация продуктов диспергирования в процессе их генерации и адсорбции на поверхности,

· Возможность использования в методе широкого спектра материалов для нанесения покрытий

· Формирования композиционных и многослойных систем

· Лёгкость регулирования параметров пушки.

· Возможность автоматизации технологического процесса, простота, надёжность, большой ресурс работы, низкая стоимость оборудования для диспергирования.

Недостатки:

· Электронная пушка располагается непосредственно в рабочей камере, и в следствии этого, имеется придел на верхние значения рабочих давлений

· Необходимость учитывать зарядку поверхностей диэлектрических мишеней.

4. Комбинированные методы сочетают в себе элементы всех 3-х направлений. (часто 3-го и 1-го и 2-го и3-го направления) например диспергирование органических материалов производится термическим, лазерным или электролучевым методом, а для их дополнительной активации применяется газовый разряд. Растущее на подложке покрытие или летучие продукты диспергирования могут обрабатываться потоком электронов и осуществляться термический нагрев подложки.

Функциональные слои на наполнителях для композиционных материалов, это:

волокнистые наполнители, ткани, дисперсные наполнители, ткани.

· Микро и нано механика

· Антифрикционные, твёрдо смазочные, защитные слои.

· Биосовместимые барьерные физиологически активные слои.

· Электроника органических материалов: защитные, гидрофобные, диэлектрические.

· Сенсорика. Функциональные слои химических сенсоров МАСС чувствительные покрытия, газоразделительные и ион селективные мембраны.

· Оптика из полимерных материалов, в частности просветляющие и интерференционные слои

Наноиндентирование механических св-ва твёрдых тел и тонких покрытий

Под ним будем понимать всю совокупность методов использующих прецизионное локальное силовое воздействие на материал, и одновременную регистрацию деформационных откликов с нанометровым разрешением.