Modyfikacja właściwości polimerów metodą PACVD

• Autorzy: Jonas S. , Tkacz-Śmiech K. , Małek A. , Konefał J. , Kluska S. , Zimowski S. , Kot M. , Borowski T. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Modification of polymer properties by PACVD method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z najskuteczniejszych metod modyfikacji powierzchni polimerów, mających na celu poprawę ich właściwości użytkowych jest osadzanie warstw o odpowiednim składzie chemicznym metodami plazmo-chemicznymi (PACVD). Metody te pozwalają na uzyskanie jednorodnych, dobrze przyczepnych do podłoża warstw nawet w temperaturze pokojowej. W pracy modyfikowano powierzchnię poliuretanu (PUR) i polietereteroketonu (PEEK) przez osadzenie hybrydowych warstw typu a-C:N:H/a-SiCxNy(H). Warstwy osadzono metodą RFCVD (13,56 MHz, 400 W), stosując mieszaninę gazowych reagentów: CH4, N2, SiH4, Ar wprowadzonych do reaktora w różnych proporcjach. Opracowano optymalne warunki osadzania tego typu warstw i wykazano, że charakteryzują się one dobrą adhezją do podłoża. Określono ich skład chemiczny i budowę w skali atomowej. Oceny synergizmu otrzymanych układów dokonano przez pomiary chropowatości, współczynnika tarcia i odporności na zarysowanie. Wyniki tych badań dowodzą, że hybrydowe warstwy węgloazotku krzemu na polimerach znacznie poprawiają ich właściwości tribologiczne i są konkurencyjne dla warstw diamentopodobnych w wielu zastosowaniach.

EN

Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition is one of the most effective methods for surface modification of polymers. Obtained layers with suitable chemical composition causes improvement of operational properties of polymers. Plasmochemical methods allows to achieve layers with good adhesion to the substrates. In this work surfaces of PUR and PEEK were modified by deposition of hybrid a-C:N:H/a-SiCxNy(H) layers. These layers were obtained by RFCVD (13.56 MHz, 400 W) method with application of gas mixture within CH4, N2, SiH4, Ar. Optimal conditions for the deposition of such layers were elaborated and it is shown good adhesion of these layers to the substrate. Their chemical composition and atomic structure were determined by FTIR and SEM/EDS techniques. Synergism of obtained systems was evaluated by measuring surface roughness, friction coefficient and scratch resistance. The results of these studies show that the hybrid silicon carbonitride layers on polymers significantly improve their tribological properties and they are competitive for carbon layer in the range of many applications.

Słowa kluczowe

PL

warstwy węgloazotku krzemu; PACVD; poliuretan; polieteroeteroketon

EN

silicon carbonitride; PACVD; polyurethane; polyethero etheroketone

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 461--464
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jonas S.

autor

Tkacz-Śmiech K.

autor

Małek A.

autor

Konefał J.

autor

Kluska S.

autor

Zimowski S.

autor

Kot M.

autor

Borowski T.

autor

Wierzchoń T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków,

Bibliografia

• [1] Smolik J., Walkowicz J.: Ellipsometric characteristics of diamond-like a-C:H films obtained by the r.f. PACVD method. Surface and Coatings Technology 174-175 (2003) 345÷350.
• [2] Gomathi N.,Sureshkumar A., Neogi S.: RF plasma-treated polymers for biomedical applications. Cerrent Science 94 (2008) 1478÷1486.
• [3] Dearnaley G., Arps J. H..: Biomedical applications of diamond-like carbon (DLC) coatings: A review. Surface and Coatings Technology 200 (2005) 2518÷2524.
• [4] Okpalugo T. I. T., Ogwu A. A., Maguire P. D., McLaughlin J. A. D.: Platelet adhesion on silicon modified hydrogenated amorphous carbon films. Biomaterials 25 (2004) 239÷245.
• [5] Wang H., Zhang W., Kwok D. T. K., Jiang J., Wu Z., Chu P. K.: Mechanical and biological characteristics of diamond-like carbon coated poly aryl-ether-ether-ketone. Biomaterials 31 (2010) 8181÷8187.
• [6] Maguire P. D., McLaughlin J. A. D., Okpalugo T. I. T., Lemoine P., Papakonstantinou P., McAdams E. T., Needham M., Ogwu A. A., Ball M., Abbas G. A.: Mechanical stability, corrosion performance and bioresponse of amorphous diamond-like carbon for medical stents and guidewires. Diamond & Related Materials 14 (2005) 1277÷1288.
• [7] Broitman E., Macdonald W., Hellgren N., Radnoczi G., Czigany Z., Wennerberg A., Jacobsson M., Hultman L.: Carbon nitride films on orthopedic substrates. Diamond and Related Materials 9 (2000) 1984÷1991.
• [8] Grill A.: Plasma deposited diamond like carbon and related materials. IBM Journal of Research and Development 43 (1999)147÷163.
• [9] Zou J. W., Reichelt K., Schmidt K., Dischler B.: The deposition and study of hard carbon films. Journal of Applied Physics 65 (1989) 3914÷3918.
• [10] Grill A., Patel V.: Stresses in diamond-like carbon films. Diamond & Related Materials 2 (1993) 1519÷1524.
• [11] Fernandez-Ramos C., Sanchez-Lopez J. C., Belin M., Donnet C., Ponsonnet L., Fernandez A.: Tribological behaviour and chemical characterization of Si-free and Si-containing carbon nitride coatings. Diamond & Related Materials 11 (2002) 169÷175.
• [12] Franceschini D. F., Achete C. A., Freire F. L.: Internal stress reduction by nitrogen incorporation in hard amorphous carbon thin films. Applied Physics Letter 60 (1992) 3229÷3231.
• [13] Abbasa G. A., Papakonstantinou P., Okpalugo T. I. T., McLaughlin J. A. D., Filikb J., Harkin-Jonesc E.: The improvement in gas barrier performance and optical transparency of DLC-coated polymer by silicon incorporation. Thin Solid Films 482 (2005) 201÷206.
• [14] Probst D., Hoche H., Zhou Y., Hauser R., Stelzner T., Scheerer H., Broszeit E., Berger C., Riedel R., Stafast H., Koke E.: Development of PE-CVD Si/C/N:H films for tribological and corrosive complex-load conditions. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 355÷359.
• [15] Fitzgerald A. G., Jiang L., Rose M. J., Dines T. J.: Microstructural properties of amorphous carbon nitride films synthesized by dc magnetron sputtering. Applied Surface Science 175 (2001) 525÷530.
• [16] Anguita J., Dilva S. R. P., Burden A. P., Sealy B. J., Haq S., Hebbron M., Sturland I., Pritchard A.: Thermal stability of plasma deposited thin films of hydrogenated carbon-nitrogen alloys. Journal of Applied Physics 86 (1999) 6276÷6281.
• [17] Vassallo E., Cremona A., Ghezzi F., Dellera F., Laguardia L., Ambrosone G., Coscia U.: Structural and optical properties of amorphous hydrogenated silicon carbonitride films produced by PECVD. Applied Surface Science 252 (2006) 7993÷8000.
• [18] Anma H., Yoshimito Y., Warashina M., Hatanak Y.: Low temperature deposition of SiC thin films on polimer surface by plasma CVD. Applied Surface Science 175-176 (2001) 484÷489.
• [19] Li D., Guruvenket S., Azzi M., Szpunar J. A., Klemberg-Sapieha J. E., Martinu L.: Corrosion and tribo-corrosion behavior of a-SiCx:H, a-SiNx:H and a-SiCxNy:H coatings on SS301 substrate. Surface & Coatings Technology 204 (2010) 1616÷1622.