Modyfikacja powierzchni szkáa float plazm niskotemperaturow

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010), 182-183
www.ptcer.pl/mccm
Modykacja powierzchni szka oat plazm
niskotemperaturow
MAREK TULETA
Politechnika Krakowska, Instytut Fizyki, ul. Podchorych 1, 30-084 Kraków
e-mail: [email protected]
Streszczenie
Powierzchnia szka oat bya poddawana dziaaniu niskotemperaturowej plazmy argonowej. Wpyw obróbki plazmowej na skad chemiczny powierzchni szka by analizowany za pomoc techniki spektroskopii jonów rozproszonych (ISS). Obserwowane zmiany skadu powierzchni wyjaniono w oparciu o termiczne i elektryczne pole wytwarzane przez plazm.
Sowa kluczowe: szko ÀRDW, obróbka plazmowa, widma ISS
MODIFICATION OF THE FLOAT GLASS SURFACE BY LOW-TEMPERATURE PLASMA
The surface of oat glass was treated by a low-temperature plasma. An inuence of plasma processing on the glass surface composition
was analysed by means of ion scattering spectroscopy (ISS). The observed changes of the surface composition were explained basing
on the thermal and electric elds created by the plasma.
Keywords: Float glass, Plasma processing, ISS spectra
1. Wstp
182
Szko ÀRDW jest obecnie szeroko stosowane w budownictwie, przemyle motoryzacyjnym oraz w optoelektronice
do konstrukcji wywietlaczy ciekokrystalicznych (LCD) i wywietlaczy plazmowych (PDP). Skad chemiczny i struktura powierzchni szka determinuje wiele jego zykochemicznych wasnoci, takich jak odporno chemiczna, twardo,
wspóczynnik zaamania wiata, powierzchniowa przewodno elektryczna i inne [1-4]. Modykacja powierzchni szka
moe by dokonana, m.in. przez poddanie jej dziaaniu niskotemperaturowej plazmy argonowej czcej obróbk termiczn z oddziaywaniem czstek naadowanych [5, 6].
W niniejszej pracy przedstawiono wpyw tego rodzaju plazmy na zachowanie si poszczególnych skadników szka.
Do analizy powierzchni zastosowano metod spektroskopii
jonów rozproszonych.
13,56 MHz i maksymalnej mocy 1,5 kW. Przed wytworzeniem plazmy komora robocza bya wstpnie odpompowywana, a nastpnie napeniana w sposób cigy gazem roboczym
o staym nateniu przepywu. Cinienie gazu byo regulowane za pomoc zaworu znajdujcego si midzy pomp próniow a rur kwarcow. Próbka bya umieszczana w dolnej
czci plazmoidu, gdzie temperatura bya relatywnie niska.
Skad chemiczny powierzchni szka badany by metod spektroskopii jonów rozproszonych. Widma dla staego
kta rozpraszania 138o byy rejestrowane podczas bombardowania powierzchni normalnie zorientowan wizk jonów
4
He+ o energii (R równej 1,5 keV. Wizka jonów bya zogniskowana do plamki o rednicy okoo 1 mm i prdu 0,2 A.
Czas bombardowania niezbdny do otrzymania widma wynosi okoo 30 s. Aby redukowa adunek dodatni deponowany przez jony pierwotne stosowano arzone wókno wolframowe umieszczone w pobliu powierzchni próbki.
2. Eksperyment
3. Rezultaty i dyskusja
W prezentowanym eksperymencie powierzchnia szka
ÀRDW o zasadniczym skadzie chemicznym: SiO2 72,6% wag.,
Na2O 13,0% wag., CaO 8,4% wag., MgO 4,0% wag., Al2O3
1,0% wag., inne 1,0% wag., bya poddawana dziaaniu niskotemperaturowej plazmy argonowej wytwarzanej w plazmotronie indukcyjnym. Szeciozwojowy wzbudnik naoony na cz kwarcowej rury stanowicej komor robocz
plazmotronu zasilany by przez generator o czstotliwoci
W celu waciwej oceny wpywu plazmy na stan powierzchni szka ÀRDW przeprowadzono najpierw badania szka
nie poddawanego obróbce plazmowej. Za pomoc techniki
ISS okrelono skad chemiczny tzw. powierzchni atmosferycznej szka, czyli tej, która podczas produkcji szka nie bya
w bezporednim kontakcie z ciek cyn. Widmo ISS tej powierzchni zostao pokazane na Rys. 1. W wyniku przeprowadzonej analizy zidentykowano piki pochodzce od atomów
MODYFIKACJA POWIERZCHNI SZKA FLOAT PLAZM NISKOTEMPERATUROW
Rys. 1. Widmo ISS powierzchni atmosferycznej szka ÀRDW.
Fig. 1. ISS spectrum of the atmospheric surface of oat glass.
plazmowej widmo przedstawiono na Rys. 2.
Pokazuje ono obecno tylko atomów tlenu
i krzemu. Ten fakt moe by generalnie wyjaniony oddziaywaniem termicznego i elektrycznego pola wytwarzanego przez plazm
na jony szka. Powierzchnia szka bdca
w bezporednim kontakcie z plazm zaczyna adowa si ujemnie, poniewa padajcy na ni strumie elektronów jest wikszy
ni strumie jonów argonu. Równoczenie
jony sodu i pozostae jony modykujce migruj do powierzchni, gdzie mog by zneutralizowane i przez parowanie opuci próbk. Stan taki bdzie trwa tak dugo, dopóki powierzchnia nie naaduje si do potencjau o takiej wartoci, aby zapewniona bya
równowaga midzy strumieniami dodatnich
jonów argonu i modykatorów szka a strumieniem elektronów. Powyszy mechanizm
moe tumaczy obserwowan zmian skadu chemicznego powierzchni szka.
4. Podsumowanie
Powierzchnia szka ÀRDW bya badana za
pomoc techniki rozpraszania niskoenergetycznych jonów. Widmo ISS powierzchni próbki nie poddawanej dziaaniu plazmy
pokazao obecno gównych skadników
szka oraz elaza i cyny. Po obróbce plazmowej stwierdzono obecno tylko tlenu i krzemu. Ta wyrana dekompozycja powierzchni
szka bya wyjaniana w oparciu o termiczne
i elektryczne pole wytwarzane przez plazm.
Podzikowania
Autor dzikuje Prof. C. G. Pantano za
umoliwienie wykonania pomiarów w Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii i A. M.
Rys. 2. Widmo ISS powierzchni atmosferycznej szka ÀRDW po obróbce plazmowej.
Fig. 2. ISS spectrum of the atmospheric surface of oat glass after plasma processing. Then za pomoc w przeprowadzeniu eksperymentu.
tlenu, krzemu, sodu i wapnia bdcymi gównymi skadnikami szka. Brak widocznych pików magnezu i glinu jest prawLiteratura
dopodobnie zwizany z nakadaniem si na nie odpowiednio pików sodu i krzemu. Widmo pokazuje take obecno
[1] Holland L.: The properties of glass surfaces, Chapman
elaza, którego maa ilo znajduje si w zestawie wyjcioand Hall, London, (1966).
wym szka oraz cyny, która jest wprowadzana do szka pod[2] Howell J.A., Hellmann J.R., Muhlstein C.L.: J. Non-Cryst.
czas jego produkcji. Pozycje pików nie odpowiadaj cile
Solids, 354, (2008), 1891.
energiom przewidzianym przez model binarnych zderze
[3] Mazzoldi P.: J. Non-Cryst. Solids, 120, (1990), 223.
sprystych, ale s przesunite w kierunku wyszych ener[4] Townsend P.D., Can N., Chandler P.J., Farmery B.W.,
gii. Ten fakt moe wynika z niewystarczajcej neutralizacji
Lopez-Heredero R., Peto A., Salvin L., Underdown D.,
dodatniego adunku deponowanego przez padajc wizk
Yang B.: J. Non-Cryst. Solids, 223, (1998), 73.
jonów. Podobny efekt by opisywany w pracy [7].
[5] Tuleta M.: Ceramics 54, (1997), 469.
Aby zbada wpyw plazmy na skad chemiczny po[6] Tuleta M.: Vacuum, 54, (1999), 41.
wierzchni szka ÀRDW próbk tego szka umieszczono w kwar[7] Kelso J.F., Pantano C.G.: Surf. Interface Anal. 7, (1985),
cowym uchwycie ustawionym osiowo w rurze plazmotronu.
228.
Próbk umieszczono w ten sposób, e na dziaanie plazmy
i
wystawiona bya powierzchnia atmosferyczna szka. Obróbk plazmow prowadzono w temperaturze 700oC przy cinieniu argonu 0,5 Tr przez 60 minut. Uzyskane po obróbce
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 2, (2010)
183