Τεχνολογία Επιφανειών

Βασικές αρχές Τεχνολογίας Επιφανειων. Βελτιστοποίηση ιδιοτήτων των επιφανειών υλικών. Ανάπτυξη επικαλύψεων ή κατεργασίες επιφανειών με στόχο την βελτίωση Αντιτριβικών, Μαγνητικών, Ημιαγώγιμων και Μηχανικών Ιδιοτήτων.

Περιγραφή

Γενική Κατεύθυνση: Βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων των επιφανειών υλικών, χαμηλού σχετικά κόστους, με στόχο την χρησιμοποίηση τους σε εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων.

Ανάπτυξη επικαλύψεων ή κατεργασίες επιφανειών με ιδιότητες που στοχεύουν στην βελτίωση των:

  • Αντιτριβικών Ιδιοτήτων
  • Μαγνητικών Ιδιοτήτων
  • Αγώγιμων και Ημιαγώγιμων Ιδιοτήτων
  • Μηχανικών Ιδιοτήτων
  • Προστασία από Διάβρωση

Δημιουργία επικαλύψεων με  μικροδοµή που δημιουργείται από τα ατομικά στρώματα ενός υλικού στόχου, πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού (bulk) υλικού και που η µία διάσταση του είναι τάξεις μεγέθους μικρότερη από τις άλλες δύο. Οι επικαλύψεις έχουν πάχος που κυμαίνεται από λίγα nm έως και μερικά µm, έχουν ιδιότητες που είναι σημαντικά διαφορετικές από αυτές των στερεών υλικών και των επιφανειών. Οι διαφοροποιήσεις αυτές είναι ιδιαίτερα σημαντικές όταν το πάχος τους είναι πολύ μικρό ή στα πρώτα στάδια ανάπτυξής τους.

1. Physical vapor deposition (PVD) – Φυσική Εναπόθεση Ατμών

Ανάπτυξη υμενίων στην επιφάνεια του υποστρώματος με διαδικασία συμπύκνωσης από τους ατμούς του.
Στις μεθόδους PVD υπάγονται: Θερµική Εξάχνωση µε αντιστάσεις, Με δέσµη ηλεκτρονίων (e-beam), Με παλµικό Laser (PLD), με δέσμη ιόντων. Αναπτύσσεται ευρύ φάσμα υμενίων, που περιλαμβάνουν μέταλλα (π.χ. Ti, Pt, Au, Mo, W, Co), μονωτές (Si3N4) και ημιαγωγούς (π.χ. α-Si)

2. Chemical Vapor Deposition (CVD) Χημική Εναπόθεση Ατμών

Σχηματισμός υµενίου µε ετερογενή αντίδραση στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η χημική εναπόθεση ατµών στοχεύει στην ανάπτυξη λεπτών υµενίων πάνω σε διάφορα υλικά. Κατά την μέθοδο αυτή, λαμβάνει χώρα μια σειρά αντιδράσεων μεταξύ υλικών που καλούνται πρόδρομά υλικά (precursors) σε ατμοσφαιρικές, αναγωγικές ή συνθήκες κενού. Η απαιτούμενη ενέργεια για την πραγματοποίηση των χημικών αντιδράσεων παρέχεται µέσω θέρμανσης του υποστρώματος με διαφορετικές διαδικασίες (αντίσταση, laser, plasma, UVvis, στην περίπτωση του κλασσικού C.V.D. Δυνατότητα επικαλύψεως μεγάλων επιφανειών και ο έλεγχος της ομοιομορφίας του πάχους των λεπτών υµενίων.

Εφαρμογές: μέσω του ελέγχου της μικροδοµής και της χημικής σύστασης είναι δυνατός ο σχηματισμός: σύνθετων υλικών, σφαιρικών εξαρτηµάτων, συνθετικών διαµαντιών, καταλυτών, πολυκρυσταλλικών και άµορφων υλικών και διάφορων διηλεκτρικών µε υψηλό συντελεστή διηλεκτρικής σταθεράς

3. Μεταλλικές Επικαλύψεις

Ανάπτυξη ηλεκτρολυτικών απλών και πολυστρωματικών επιστρωμάτων για βελτίωση μηχανικών (σκλήρυνση, τριβή – επικαλύψεις W), μαγνητικών ιδιοτήτων. Γαλβανισμός για προστασία από διάβρωση

4. Κατεργασίες Επιφανειών με Laser (Λιθογραφία)

Η επιφανειακή ανάπτυξη δομών και ο λεπτομερής χειρισμός τους με χρήση παλμικού laser. Δυνατότητα να δημιουργίας με έμμεσο ή άμεσο τρόπο (λιθογραφία και εγχάραξη ή αποκόλληση – ablation) και επεξεργασίας δομών και χαρακτηριστικών  στοιχείων σε διαστάσεις μικρότερες του ενός μικρομέτρου (μm) σε διάφορα υλικά (όπως μέταλλα και ημιαγωγοί) με πολυάριθμες τεχνολογικές εφαρμογές. Δυνατότητα ανάπτυξης σύνθετων, τρισδιάστατων νανοδομών, οι οποίες βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στις οπτικές διατάξεις και τη βιοτεχνολογία.

5. Ενδοτράνχυνση επιφάνειας με βολή σωματιδίων (shot peening)

Είναι μία επιφανειακή κατεργασία, που πραγματοποιείται με σκοπό την αύξηση της αντοχής μεταλλικών υλικών και εφαρμόζεται στο τελευταίο στάδιο της γραμμής παραγωγής. Η αύξηση της αντοχής επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη θλιπτικών παραμενουσών τάσεων κοντά στην επιφάνεια του υλικού έπειτα από την κρούση σωματιδίων με υψηλές ταχύτητες. Η ανάπτυξη θλιπτικών παραμενουσών τάσεων αυξάνει την αντοχή σε κόπωση, σε εργοδιάβρωση, καθώς και σε άλλες μηχανικές καταπονήσεις και επιτρέπει την μείωση του βάρους σχεδιάζοντας διατομές με μικρότερο πάχος

6.Τριβή, Λίπανση και ανάπτυξη ανθεκτικών αντιτριβικών ιδιοτητων

Άλλες επιφανειακές κατεργασίες

  • Σφαιροβολή
  • Επιφανειακή έλαση
  • Φλογοβαφή
  • Επαγωγική βαφή
  • Βαφή µε δέσµη laser
  • Βαφή µε δέσµη ηλεκτρονίων
  • Ενανθράκωση
  • Εναζώτωση
  • Ενανθρακαζώτωση
  • Ενδοκυάνωση

Σύνδεσμος στο Helios: https://helios.ntua.gr/course/view.php?id=2077