การพัฒนาเครื่องกำเนิดพลาสมาแบบไมโครเวฟอิเล็กตรอนเรโซแนนซ์

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาเครื่องกำเนิดพลาสมาแบบไมโครเวฟอิเล็กตรอนเรโซแนนซ์เพื่อนำไปใช้ในกระบวนการเคลือบอนุภาคโลหะที่ต้องการลงบนพื้นผิวของวัสดุชนิดต่างๆ ด้วยเทคนิคดีซีสปัตเตอร์ริงที่ใช้คลื่นไมโครเวฟความถี่ 2.45 GHz เป็นตัวช่วยเพิ่มสมรรถนะของการเคลือบ โครงสร้างของระบบสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ส่วนหลัก คือ ระบบสุญญากาศ ระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง ระบบไมโครเวฟ และระบบจ่ายก๊าซโดยเมื่อจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงเข้าไประหว่างขั้วไฟฟ้าที่อยู่ภายในกระบอกสุญญากาศซึ่งบรรจุก๊าซทำสำหรับทำอันตรกิริยาอยู่ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมก๊าซจะเกิดการแตกตัวเป็นพลาสมา ซึ่งประจุบวกในพลาสมาจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าให้วิ่งเข้าชนกับวัสดุเป้าที่เชื่อมต่อกับระบบจ่ายไฟฟ้าขั้วลบ และหากประจุบวกที่วิ่งเข้าชนมีพลังงานเพียงพอก็จะเกิดการสปัตเตอร์ริงขึ้น ทำให้อนุภาคของวัสดุเป้าหลุดออกและวิ่งไปฝังตัวลงบนวัสดุที่ต้องการเคลือบ ในงานวิจัยนี้ได้ออกแบบระบบไฟฟ้าให้สามารถจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงขั้วลบขนาด 500-1000 โวลต์ไปยังวัสดุเป้า และ จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงขั้วบวกไปยังวัสดุเคลือบ ระดับสุญญากาศที่ใช้อยู่ที่ 0.045 ทอร์ ซึ่งพบว่าสามารถทำให้เกิดการแตกตัวเป็นพลาสมาและเกิดการฝังตัวของอนุภาคลงบนพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการเคลือบได้ และเพื่อแสดงให้เห็นว่าเครื่องมือที่ผลิตขึ้นสามารถทำการเคลือบได้จริง จึงทำการทดลองเคลือบทองแดงลงบนเหล็กกล้าไร้สนิม (SS304) โดยใช้อาร์กอนเป็นก๊าซสำหรับทำอันตรกิริยา ภายใต้เงื่อนไขของแรงดันไฟฟ้าที่ 500 และ 800 โวลต์ เวลาในการเคลือบที่ 5, 10 และ 15 นาที และเมื่อปิดและเปิดคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งจากผลการวัดด้วย SEM และการทำ Mapping เบื้องต้นชี้ให้เห็นว่าสามารถทำการเคลือบได้จริง และ แรงดันไฟฟ้า ไมโครเวฟ และ เวลาเป็นปัจจัยที่มีผลต่อกระบวนการเคลือบผิว