@PhDThesis{SilvaJúnior:2017:ImIôIm,
author = "Silva J{\'u}nior, Ata{\'{\i}}de Ribeiro da",
title = "Implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma de
a{\c{c}}o inox, PZT e pol{\'{\i}}meros para
aplica{\c{c}}{\~a}o espacial",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2017",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-09-01",
keywords = "3IP no modo lote, pulsador Blumlein, pulsador de alta voltagem,
implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma,
diel{\'e}tricos, PIII in batch mode, HV Blumlein pulser, plasma
immersion ion implantation, Batch processing, dieletrics.",
abstract = "O processamento de Implanta{\c{c}}{\~a}o I{\^o}nica por
Imers{\~a}o em Plasma (3IP) no modo de lote foi testado com
sucesso utilizando um pulsador fabricado no Brasil. Este tipo de
tratamento de v{\'a}rias pe{\c{c}}as ao mesmo tempo ou em lote
j{\'a} foi usado em outras t{\'e}cnicas de tratamento de
superf{\'{\i}}cies semelhantes como a nitreta{\c{c}}{\~a}o. O
tratamento 3IP em lote com {\'a}rea e massa significativas
mostrou que a uniformidade do tratamento pode ser um complicador e
este tipo de tratamento tem sido necess{\'a}rio para que se possa
qualificar pe{\c{c}}as com aplica{\c{c}}{\~a}o espacial. A
pot{\^e}ncia requerida do pulsador ou da fonte de plasma pode ser
muito alta para se manter uma boa uniformidade no tratamento em
lote. Para minimizar tal requerimento de pot{\^e}ncia, foi
implementado um cintur{\~a}o de filamento quente como fonte de
el{\'e}trons pr{\'o}ximo das pe{\c{c}}as no processo 3IP por
descarga luminescente, melhorando a uniformidade do tratamento das
pe{\c{c}}as de forma satisfat{\'o}ria. Outra t{\'e}cnica usando
um suporte tubular como fonte de plasma tamb{\'e}m foi testada e
implementada com sucesso. Esta t{\'e}cnica concentra o plasma,
usando efeito semelhante ao do catodo oco, reduzindo o efeito da
pot{\^e}ncia limitada e permitindo excelentes resultados de 3IP
de nitrog{\^e}nio em pe{\c{c}}as de a{\c{c}}o inox. A nova
t{\'e}cnica desenvolvida, permite ainda tratar somente a parte
que requer a modifica{\c{c}}{\~a}o por 3IP, otimizando o
processo. Em paralelo, pe{\c{c}}as que n{\~a}o podem sofrer
grandes aquecimentos e por isso precisam de alta energia de
implanta{\c{c}}{\~a}o, pois n{\~a}o disp{\~o}e de difus{\~a}o
t{\'e}rmica no processo devido {\`a} baixa temperatura
alcan{\c{c}}ada, foram testadas usando um pulsador do tipo
Blumlein. Para isso, uma reformula{\c{c}}{\~a}o do pulsador
Blumlein j{\'a} existente foi realizada para alterar a
tens{\~a}o de 120 kV (nominal) de sa{\'{\i}}da para menos de 30
kV, permitindo deste modo aumentar a dura{\c{c}}{\~a}o do pulso
de 1,0 µs para cerca de 5,0 µs. A dura{\c{c}}{\~a}o do pulso
maior que 1 µs possibilita que uma maior fra{\c{c}}{\~a}o dos
{\'{\i}}ons alcancem o mais alto potencial en{\'e}rgico
poss{\'{\i}}vel de implanta{\c{c}}{\~a}o, aumentando a
efici{\^e}ncia da implanta{\c{c}}{\~a}o nas
superf{\'{\i}}cies dos materiais e reduzindo o tempo de
tratamento total necess{\'a}rio. Neste sistema, foram tratados
componentes eletr{\^o}nicos do tipo PZT no modo lote para uso em
linhas de transmiss{\~a}o n{\~a}o linear (LTNL). O PZT foi
tratado para corrigir um problema de ades{\~a}o do filme de prata
usado como eletrodo em suas faces e que delaminava durante o
processo de soldagem. O tratamento 3IP melhorou a ancoragem do
filme ao substrato e reduziu o efeito do choque t{\'e}rmico,
permitindo a soldagem correta do componente na placa de circuito
da LTNL. Diel{\'e}tricos polim{\'e}ricos (UHMPE e PMMA)
tamb{\'e}m foram tratados por 3IP no modo lote para melhorar a
resist{\^e}ncia superficial {\`a} descarga el{\'e}trica. As
altera{\c{c}}{\~o}es provocadas nas cadeias dos
pol{\'{\i}}meros aumentaram a rugosidade e alteraram as
caracter{\'{\i}}sticas de energia superficial e molhabilidade do
material. Como consequ{\^e}ncia, as propriedades el{\'e}tricas
superficiais tamb{\'e}m foram alteradas de maneira positiva.
ABSTRACT: Plasma immersion ion implantation (PIII) in batch
processing mode has been successfully tested using a pulser
manufactured in Brazil. This type of treatment of several parts at
the same time or batch processing is already used in other similar
techniques of surface treatments as nitriding. PIII treatment of
larger areas and on several pieces of significant mass showed that
the uniformity of the treated parts can be a complicating factor.
The power requirement for the pulser may be too high to maintain
good uniformity in batch processing. To minimize the effect of the
limited power of the pulser, a hot filament belt is implemented as
a source of electrons next to the parts during PIII glow discharge
process, improving reasonably the uniformity of the treated parts.
Another technique using a tubular support as a plasma source was
also tested and successfully implemented. This technique allows to
confine the plasma, using effect similar to the hollow cathode
plasma and to increase the density, hence enabling excellent
results of nitrogen PIII on stainless steel parts. Furthermore,
this new technique developed allows treating only the part that
requires modification by PIII, optimizing the process. In
parallel, parts that cannot undergo much heating therefore need
higher energy implantation, as no thermal diffusion occurs in the
process, and were tested using a Blumlein pulser type. For this, a
redesign of a Blumlein pulser was performed to change its output
voltage from 120 kV (nominal) to less than 30 kV. On the other
hand, there was an increasing in the pulse duration from 1.0
\μs to about 5.0 \μs. The pulse duration greater than
1 \μs allows a greater fraction of the ions to reach the
highest energetic potential possible, increasing the efficiency of
the implantation on surfaces of materials and reducing the total
time required by the process. In this system, electronic
components were treated to use in nonlinear transmission lines
(LTNL). PZT was treated to improve adhesion of the silver film
used as electrode during the welding process. The PIII treatment
improved anchoring of the film to the substrate and reduced the
thermal shock effect, allowing soldering of the component in the
LTNL circuit board. Polymeric dielectric samples (UHMWPE and PMMA)
have been treated by PIII in batch mode to improve the surface
resistance to the electrical discharges. The changes on the
polymer chains after treatment increased the surface roughness and
modified the characteristics of surface energy and wettability of
the material. As a result, the surface electrical properties of
the polymer were also improved.",
committee = "Ueda, Mario (presidente/orientador) and Rossi, Jos{\'e} Osvaldo
(orientador) and Berni, Luiz Angelo and Oliveira, Rog{\'e}rio de
Moraes and da Silva, Maria Margareth and Pessoa, Rodrigo Savio",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Plasma immersion ion implantation of stainless steel, PZT and
polimers for spatial aplications",
language = "pt",
pages = "192",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3MA734E",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3MA734E",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}