Souhr všech našlých materiálů

(termoemise); ze studených katod (sekundární elektrony); z plynných látek (výboj se studenou katodou); nízkotlaké plazmy (výboj ovlivněný mag.polem) Elektronová tryska-získává elektrony, urychluje je a tvaruje do svazku Konstrukce katod-drátové, páskové, kompaktní
Uspořádání elektronové trysky s termickou katodou: K-katoda, ŘE-řídící elektroda, I-izolátor, A-anoda, F-fokusační cívka, V-vychylovací cívka, P-předmět
Princip odpařovacího zařízení elektronovým svazkem
1 - elektronová tryska se zaostřovacím systémem, 2 - elektronový svazek, 3 - vodou chlazený kelímek, 4 - mechanická uzávěrka par, 5 - tok par, 6 - podložka, 7 - zařízení pro ohřev podložky, 8 - vývod pro vakuový systém
Základní konstrukce katod
a) přímo žhavená katoda z wolframového drátu b) přímo žhavená katoda pásková
2-Elektronové procesy - chemické ůčinky svazku a jejich využití
Primární etapa reakcí: při interakci s rychlými elektrony může dojít k ionizaci, vybuzení molekul disociaci spojenés uvolněním elektronu
Sekundární etapa reakcí: Jedná se o rekombinace iontů s elektrony, reakce iontů s molekulami, vznik volných
radikálů a vznik stabilních molekul
Další etapy reakcí - radikálové reakce - polymerizace, depolymerizace,
Využití: vznik nových vazeb nebo změna molekulových vazeb, kdy daný materiál získá nové chemické a fyzikální vlastnosti. (např. tvrzení laku)
3-Iontové procesy - ůčinky a možnosti využití iontu
Iontová implantace: chceme, aby se prvek zabudoval do materiálu a změnil např. jeho vlastnosti (vnesení prvku do tělesa), nejčastěji v polovodičové technice.
Odprašování: Iont narazí na materiál a předá impulz do mřížky materiálu. V látce dojde k narušení rovn. stavu a k vybuzení sousedních atomů, toto vybuzení pokračuje v mřížce až atom o kus dál může vyletět z materiálu a může se použít na naprášení na jiný materiál.
Iontové leptání: řízený odběr materiálu z povrchu tělesa
4-Jaderné procesy - principy transmutace prvků
Chceme nějaký prvek dotovat příměsí, a u jaderných transmutací je typické to, že se prvek nevnáší z vnějšku, ale vzniká v materiálu polovodiče v procesu ozáření. Při reakci urychlená částice zasáhne jádro a způsobí jeho změnu. Po srážce neutronu s jádrem se vytvoří izotop výchozího jádra a vyzáří se záření (např. gamma)
5-Rentgenové procesy - využití RTG procesů v technologii a radiační technologie
Využití pro: Sterilizace lékařských potřeb a materiálů, radiační síťování plastů (pro lepší chemické a fyzikální vlastnost), výroba kabelů s izolací ze silikónového kaučuku vulkanizovaného zářením, vytvrzování tenkých vrstev
Radiační technologie se dělí na 3 části: 1, technologie vyžívajíce el. svazek generovaný lineárními urychlovačemi s energií svazku do10 MeV
2, tech. využívající RTG s energií fotonů do 5 MeV
3, tech. využívající RTG s gama zářením z radionuklidů
Přednosti::procesy probíhají při normální nebo snížené teplotě, není třeba iniciátorů a katalyzátorů, průběh reakce se dá lehce a přesně řídit volbou ozařovacích podmínek, je možno homogenně ozařovat materiály neprůhledné,vícevrstvé,uzavřené v obalu.
6-Laserové procesy - rozdělení laseru , vlastnosti
Lasry: Pevnolátkové: krystalické (YAG), polovodičové (GaAs), amorfní (sklo dotované neodymem)
Kapalinové: barvivové roztoky (rhodanin) Plynové: atomární (He-Ne), iontové (Ar+), molekulové (CO2)
Lasery se dělí dle buzení na buzené: optickým zářením (výbojkou, Sluncem), elektrony (el. svazkem), chem. reakcí, teplem. Podle režimu činnosti se dělí na kontinuální a pulsní.
Vlastnost: změny energie částic látky mají diskrétní charakter a tyto částice vyzařují nebo absorbují energii v kvantech (E=h-v), laserový svazek je monochromatický, další vlastností je koherence a malá rozbíhavost paprsků.
7-Laserové procesy - výkonové využití laseru , aplikace
Výkonové lasery-pro průmyslové aplikace, výkon až desítky kW v kontinuálním provozu
1)YAG:Nd3+ - malá účinnost (0,1-3%),systém je chlazen deionizovanou vodou, výhodný k obrábění kovových materiálů
2)CO2 –nejvyšší kontinuální výkony při účinnosti až 10%, pracovní směs tvoří CO2,N2,He a je buzena vysokonapěťovým doutnavým výbojem
a)podélně čerpané systémy-výboj i tok doutnavé směsi je rovnoběžný s osou trubice
b)rychle podélně čerpané-Po vyzáření fotonu se molekula CO2 odčerpá z prostoru optického
rezonátoru do prostoru chladiče a do rezonátoru se přivede nový plyn.
c)příčně čerpané lasery (GTL) - dosahují kontinuálních výkonů od l kW do 20 kW
8-Ultraakustika - zdroje ultrazvuku a akustické transformátory
Zdrojem je tzv. ultrazvukový měnič (keramická destička s nanesenými elektrodami), nejrozšířenější jsou magnetostrikční a piezoelektrické (další sou např. aerodynamické, hydrodynamické, elektromagnetické, elektrodynamické, elektrostatické, elektrostrikční)
Magnetostrikční: využívá jevu magnetostrikce, kdy dochází k deformaci feromagnetických materiálů v magnetickém poli (nikl, kobalt)
Piezoelektrické: na principu piezoelektrického jevu (elektrická polarizace krystalů náležejících do určitých tříd), přičemž dochází k deformaci. Látky splňující piezoelektrický jev se dělí na přírodní, umělé a keramické. Dnes se hlavně využívá keramických měničů.
Akustické transformátory (vlnovody): k zavedení UZ enegie do daného místa, ke koncentrování energie, ke zvýšení kmitů apod.

9- Ultraakustika - ůčinky a možnosti využití ultrazvuku
1)Chemické a fyzikální-a)oxidační(způsobovány kavitací) b)disperzní(k vytváření emulzí a suspenzí,v metalurgii, odplyňování tavenin); c)účinky urychlující chem.reakce
2)Ultrazvukové vrtání-obrábění ultrazvukovými vybracemi
3)Svařování plastů a kovů, i textilu obsahujícího větší podíl plastu, Do místa styku dvou plastů se zavede intenzívní ultrazvukové pole za současného působení malého tlaku. Vzniklé teplo materiály nataví a ty se spojí.
4)Ultrazvukové kontaktování-spojení dvou kovů pomocí ultrazvuku (Thermosonic, Ultrasonic)
10-Elektrozivní procesy - generování el. impulsů , uspořádání zařízení , vrtání , řezání , zahlubování z hlediska elektrodového systému
Generování Elektrickým nebo kombinovaným způsobem (pro elektrojiskrovou nebo elektroimpulzní technologii), generátory pracují v širokém rozsahu amplitud proudu a frekvence. Mechanická metoda se využívá v elektrokontaktní technologii a spočívá ve vzdalování a přibližování elektrod napájených proudem.
Generátory se dělí na závislé (parametry impulsů jsou ovlivněny vzdáleností elektrod) a nezávislé (parametry dány vlastnostmi generátoru)
Řezání: pomocí drátové elektrody, která je ukotvena a odvíjí se a obrobek se pohybuje ve směru řezu drátem.
Elektrozivní procesy - základní rozdělení , elektrodové systémy
Elektroimpulsní a elektrojiskrové, elektrokontaktní technologie. Elektrod se používá např. u řezání (drátovou elektrodou), kdy se elektroda nepohybuje, je ukotvena a obrobek se hýbe ve směru chtěného řezu.

Povrchové úpravy kovů
Vodiče 1. třídy
kovy . vodivost je způsobena pohybem valenčních elektronů
Vodiče 2. třídy
elektrolyty – slovem elektrolyt bývá zkráceně označována soustava, obsahující pohyblivé ionty. Nejčastěji je takovým elektrolytem roztok iontové sloučeniny, ve vhodném rozpouštědle.
Obecně platí, že dostatečnou vodivost poskytují rozpouštědla splňující následující podmínky :
vysoká permitivita
nízká, na teplotě málo závislá viskozita
nízký bod tuhnutí a vysoký bod varu
Elektrolýza
Elektrolýzu lze definovat jako přeměnu látek elektrickým proudem. Při ní probíhají na elektrodách oxidační a redukční procesy. Přenosem nábojů mezi roztokem elektrolytu a elektrodou vzniká elektrický proud, který protéká okruhem.
Katodická elektrodová reakce (redukční) – kladné ionty přecházejí z roztoku do elektrody nebo záporné náboje z elektrody do roztoku
vylučování kovu na katodě
katodická redukce kationů, aniontů nebo molekul
Anodická elektrodová reakce (oxidační) – elektrony přecházejí z roztoku do elektrody a odtud do vnějšího okruhu nebo kladný náboj z elektrody do roztoku – vylučování nekovu na anodě
rozpouštění kovu na anodě
anodická oxidace kationů, anionů nebo molekul
Faradayovy zákony
1. zákon – množství látek přeměněných chemicky účinkem elektrického proudu na elektrodách je úměrné velikosti náboje, který prošel elektrolytem.
A je elektrochemický ekvivalent - množství látky, které se vyloučí na elektrodách za 1 sekundu proudem 1 A; I je proud; t je čas; n je mocenství koncového kationu; F = 96450 C/mol = q.NA
2. zákon – hmotnostní množství různých látek přeměněných na elektrodách průchodem stejného elektrického náboje jsou k sobě v poměru svých ekvivalentových hmotností. 1 Faradayovým nábojem se vyloučí 1 mol chemických ekvivalentů kovu.
Standardní elektrodový potenciál
Každý kov ve vodném roztoku své soli nabývá určitý potenciál. Na jeho povrchu se ustavuje rovnováha, kterou lze měřit jako potenciální rozdíl proti jinému kovu, ponořenému rovněž do roztoku jeho soli. Změřením hodnoty těchto potenciálních rozdílů lze kovy sestavit do určité řady. Za základní čel této řady byl zvolen vodík s nulovým potenciálem. Ostatní kovy mohou mít vzhledem k vodíku kladnou nebo zápornou hodnotu potenciálu.
Vodíkové elektroda: Pt plíšek potažená Pt černí, na němž se ustavuje rovnováha mezi vodíkem v atomovém a v molekulovém stavu. Standardní elektrodový potenciál má vodíková elektroda tehdy, když je sycena vodíkem o tlaku 0,101325 MPa a když je ponořena do roztoku o aktivitě hydroiovýh iontů a=1.

Vylučování kovů
Jsou-li v roztoku rozpuštěny soli několika kovů, vylučují se tyto kovy na katodě postupně za potenciálem podle řady napětí tak, že se nejprve vylučuje kov s největším kladným potenciálem, pak s nižším, atd.
Kdyby toto pravidlo platilo bezvýhradně, bylo by možné vylučovat jen kovy s kladným potenciálem. U kovů se záporným potenciálem by se nejprve vyloučil veškerý vodík z roztoku a tak by nastal úplný rozklad vody.
Potenciál, při kterém se vylučuje vodík na jednotlivých kovech jsou ale mnohem zápornější než je teoretický nulový potenciál vodíku. Rozdíl mezi skutečným a teoretickým potenciálem vývinu vodíku se nazývá přepětí vodíku. Je tím větší, čím pomalejší je rychlost elektrochemické tvorby molekul vodíku.
Vylučování více kovů současně
Je – li potenciál vodíkového přepětí zápornější než potenciál vylučování vlastního kovu, vylučuje se z roztoku pouze kov, pokud jsou oba potenciály podobné, vylučuje se kov i vodík současně.
Mají – li se dva kovy vylučovat současně, musí být rozdíl mezi jejich potenciály menší než 0,3 V.
Potenciály vylučování jednotlivých kovů pro různá prostředí jsou rozdílné – závisí i na pH prostředí.
Koroze kovových materiálů
Působením atmosféry, kyslíku, vodních par, CO2, SO2 apod. ztrácí kovy svůj lesk a pokrývají se vrstvou různých sloučenin, které se označují jako korozní zplodiny.
Obvykle se dělí do dvou tříd a to na korozi:
chemickou
elektrochemickou
Korozní děje těchto dvou tříd se liší v zásadě jen formou energie, která se při každé reakci uvolňuje. U chemické koroze je to energie tepelná, u elektrochemické pak energie elektrická, které jsou průvodním jevem probíhajících dějů.
Koroze chemická – vzniká v plynech nebo neelektrolytech. Většinou se jedná o oxidaci kovu. Podstatný vliv na chemickou korozi má i mikrogeometrie povrchu a teplota prostředí a hlavně složení a struktura kovů.
Koroze elektrochemická – probíhá u všech druhů korozního namáhání, kde je možno předpokládat přítomnost vodních par nebo vody. Ve vodě se rozpouštějí nečistoty, plyny z ovzduší a další rozpouštěním kationy rozpouštěných kovů. Lokální článek je možné si představit jako malý úsek povrchu, na němž je kapka vody. Každé takové místo má různou povrchovou energii, tzn., že může přitahovat nebo odpuzovat více elektronů než místo bez defektů. Každý takový článek je prvopočátkem elektrochemické koroze.
Koroze podle vzhledu
rovnoměrná – po celé ploše
nerovnoměrná
skvrnitá (1:10)(hloubka/plocha)
důlková (1:1)
bodová (10:1)
strukturní
mezikrystalová – po hranicích zrn krystalů
transkrystalová – napříč krystalovými zrny kovu
selektivní – jsou napadány jen některé fáze více fázových slitin, mezi nevhodně zvolenými kovy
extrakční – ze slitiny se vylučuje jen jedna její složka
Ochrana proti korozi
mechanická – brání prostupu agresivních činidel – nátěry, pokovení.
konstrukční – vyloučení vodivého styku nevhodných dvojic kovů.
potlačení vývoje vodíku – přípravek chemikálií – inhibitory, sloučeniny olova – olovnaté otěrové hmoty.
katodická ochrana – udělení dostatečně záporného potenciálu, při kterém je kov stabilní.
volba materiálu – oceli s přídavkem Cr, Ni a další – odolnější pasivní vrstva
pasivní nátěry – minium (Pb3O4, Zn-chromát atd.) – oxidací podkladového kovu pomáhají tvořit pasivní vrstvy.
Galvanické povlaky
buď nanášíme kov na základ ušlechtilejší, pak chrání kov tím, že koroduje dřív než tento kov. Póry v povlaku pak neovlivňují korozní odolnost
Nebo chrání základní kov tím, že sám je ušlechtilejší a sám nekoroduje. Póry v povlaku pak výrazně ovlivní korozní odolnost, protože obnaží základní méně ušlechtilý materiál a ten pak koroduje.
Galvanické pokovování
před pokovením odstranění nečistot, mastnoty, rzi a okují
odmaštění – dříve v parách perchoretylenu, účinné, ale neekologické
Povrchové úpravy před pokovením
moření – v kyselinách (H2SO4, H3PO3, HNO3)
ložení lázní pro moření
HCI 37% - vhodná pro odstranění okují rzi z uhlíkové oceli
Kyselina fosforečná 15% - vhodné pro oceli
Kyselina sýrová
Zinkování
standardní elektrodový potenciál je -0,76 V
značně reaktivní kov s malou odolností vůči korozi
koroduje již ve vlhké atmosféře
pokrývá se vrstvou oxidu a uhličitanu zinečnatého, korozní látky pak další korozi zpomalují
působením vnější atmosféry je zinkový povlak napadán nepatrně na rozdíl od mořské vody a průmyslových exhalátů
Niklování
stříbrno bílý kov s nádechem do žluta
vyznačuje se značnou tvrdostí
odolává alkáliím, kyselinám a plynům
standardní
Nikl-seal
v niklovací lázni jsou nevodivé tuhé částice – vylučují se spolu s niklem
Saténové niklování
obdoba nikl-seal
větší množství přísad (15%)
saténový vzhled
Chromování
podle elektrodového potenciálu
neušlechtilý kov
Cínování
měkký
chemicky odolný
zdravotně nezávadný
Stříbření
výborná elektrická a tepelná vodivost
Povrchové úpravy – souhrn
Základní materiály
železo, slitiny
nerezi
hliník, měď, slitiny Cn + Zn, Sn
plasty
Základní typy povrchových úprav
galvanické pokovení – Sn, Zn, Sn, Sn – Pb, Ag, Cr (tvrdý, měkký), Au (Ir,Co), Ni, Cd
chemické pokovení – Cu, Ni
žárové pokovení – Zn + Al
eloxování + barvení
plasmové nanášení, šopování
vakuové systémy nanášení
Fluorizace
lakování (klasické) – barvy – ředidlové, vodou rozpustitelné, se sníženým obsahem ředidla
lakování s předehřevem
lakování v elektrostatickém polo
lakování práškové – kinetické, elektrostatické
dekorativní lakování – plastický povrch, matný
Speciální typy povlaků
pokrytí povrchů sintrováním – PTFE, sklo – keramické povlaky, smaltování
mechanické nanášení ochranných folií Al
izolační vrstvy na bázi celulózy – trafo plechy
zastříknutí do plastu – plastikářské technologie
povlakovaní plastovými systémy – PVC
Ekologie
plynné exhalace – odsávání, čističky vzduchu
kapalné odpady – kanalizační limity, koncentráty lázní (iontoměniče)
likvidace pevných odpadů
ropné látky - ředidla


ELEKTRONOVÉ PROCESY - VZORCEVýpočet kinetické energie elektronuVýkon rentgenového zářeníEnergie kvant rentgenového záření2872105259715Pokles intenzity rentgenového zářeníPo průchodu látkouRichardson-dushmanův zákon pro Termoemisi elektronů z kovu. Hloubka vniku elektronů3424555159385Výkon elektronového svazku2729230-1270Plošná hustota výkonuMěrný objemový výkon Proud elektronového svazku, který lze získat z termokatodyIONTOVÉ PROCESY-VZORCE2252980-2540Iontová implantace23006053613153405505113665Hmotnost Odprášeného materiálu3291205344170 Iontové odprašování a naprašováníRENTGENOVÉ PROCESY-VZORCENejkratší vlnová délka obsažená ve spektru4338955274955251968074930Maximální intenzita záření ve spektruIntenzita rentgenového záření-nedá se určit25863556352033905635Intenzita prošlého záření látkou JADERNÉ PROCESY-VZORCE2205355-2540Absorpce záření208153031750Hustota toku neutronů208153044452081530109855Konstanta účinosti transmutaceKoncentace donorů3491230254022720302540Doba ozařováníAbsorbce tepelných neutronůElektronové procesy-schémataIONTOVÉ PROCESY-SCHÉMATARENTGENOVÉ PROCESY-SCHÉMATAJADERNÉ PROCESY-SCHEMATA

Elektronové procesy
Zdroje:
se studenou katodou
se zahřívanou katodou – katody zahřívané bombardováním elektronovým proudem u pomocné katody
přímo žhavené katody
z wolframového drátu
z pásku wolframu
katoda lisovaná z tantalu
Využití elektronových procesů
odprašování materiálu – technologie vytváření tenkých vrstev odpařením a následnou kondenzací par odpařeného materiálu na podložce ve vakuu, patří mezi velmi důležité technologie
tavení materiálu – využívá se pro rafinaci kovů, pro tavení vysokoteplotních a chemicky aktivních kovů
svařování materiálů – využívá se přeměna kinetické energie elektronů na energii tepelnou v přesně ohraničeném prostoru. Je možné svařovat s minimálním tepelným ovlivněním okolí svaru, možné svařovat materiály s vysokou teplotou tavení a chemicky aktivní
obrábění materiálů
termické obrábění kompaktních materiálů
termické obrábění tenkých vrstev
netermické obrábění
Chemické svazkové procesy - chemické reakce iniciované elektronovými svazky
Primární etapa reakcí – při interakci s rychlými elektrony může dojít k ionizaci, vybuzení molekul, disociaci spojené s uvolněním elektronu. Při interakci s tepelnými elektrony může dojít k zachycení elektronu nebo k disociaci spojené se zachycením elektronu
Sekundární etapa reakcí – jedná se o rekombinace, iontů s elektrony, reakce iontů s molekulami, vznik volných radikálů a vznik stabilních molekul
Další etapy reakcí – radikálové reakce
Polymerizace
Depolymerizace
Všechny reakce úzce souvisí s množstvím pohlcené energie, která je charakterizována tzv. dávkou [J/kg] [Gy] – Grey
Iontové procesy
Zdroje iontů:
Penningův zdroj – řadí se do skupiny zdrojů se studenou katodou
Sideniův zdroj – patří do skupiny zdrojů se žhavenou katodou
Freemanův zdroj – jeho konstrukce se liší od Sideniova zdroje tím, že dochází k extrakci ve směru kolmém k ose plazmy. Jedná se o vysokoproudový zdroj se širokým svazkem
Kaufmanův zdroj – zvýšení pravděpodobnosti ionizace je zajištěno prodloužením dráhy elektronu vhodným působením elektrického a magnetického pole
Magnetronový zdroj – prodloužení dráhy elektronů a tím zvýšení pravděpodobnosti ionizace využívá tzv. magnetronového způsobu řízení pohybu elektronů
Iontové technologie
Iontová implantace - technologie, při které dochází k zavádění urychlených atomů a molekul do struktury tuhých látek s cílem změnit jejich elektrické, případně mechanické vlastnosti
Iontové naprašovaní – technologie vytváření tenkých vrstev na podložce, materiálem rozprášeným účinky urychlených iontů. Systémy iontového naprašování – plazmové a s autonomním zdrojem
Iontové leptání
Řízení odběr materiálu z povrchu tělesa
Umožňuje suchý způsob leptání
Využití především při výrobě integrovaných obvodů vyšších integrací
Čtyři způsoby leptání
Fyzikální
Chemický
Chemicko-fyzikální
Fotochemický
Plazmové procesy
Zdroje plazmy
plazmový hořák
duoplazmatron
plazmový urychlovač
Rentgenové procesy
RTG záření – elektromagnetické záření v oblasti vlnových délek 10-8 až 10-11 m.
Rentgenové záření vzniká při interakci rychle se pohybujícího elektronu atomem. Dopadne-li svazek elektronů na danou látku, dojde ke vzniku