ionilämmitys

Ionilämmitys on lämmitysmenetelmä, jossa kohteeseen siirretään energiaa ionien liikemäärän kautta. Tyypillisesti kyse on plasman tai ionisäteen avulla tapahtuvasta lämmittämisestä, jossa ionit ja mahdollisesti myös elektronit törmäävät kohteen pintaan ja siirtävät energiaa sen lämpötilaan. Menetelmä voi toteutua sekä matalilla että korkeilla paineilla riippuen käytetystä lähteestä ja prosessista.

Periaatteessa ionilämmitys perustuu ionien kineettiseen energiaan, joka siirtyy kohteeseen törmäysten kautta. Ionilippoistaessa voidaan kohde altistaa korkeille lämpötiloille ilman suurta lämmönlähtöä ympäristöön. Ionilämmitys voidaan toteuttaa plasmapohjaisesti, jolloin kohde voidaan lämmittää samalla kun sitä käsitellään esimerkiksi pinnanmuokkauksella tai pinnoitteiden asentamisella. Myös ionisäde- tai ionipiirin menetelmät mahdollistavat kohteen lämmittämisen tarkasti kontrolloidulla energialla.

Sovellukset kattavat esimerkiksi pinnan kovuuden ja mikrorakenteen parantamisen ionimplantaation ja nitridirinngin kautta, ohutkalvoprosessit ionisoidun kaasun avulla sekä tutkimusplasmissa tapahtuvaa materiaalien lämpenemistä. Puolijohde-, teräs- ja karbidointiprosesseissa ionilämmitys voi tarjota lokalisoitua ja nopeaa lämpenemistä sekä parempaa lämpötilan hallintaa kuin perinteiset menetelmät.

Plussat ja rajoitukset: Ionilämmitys mahdollistaa tarkan, paikallisen ja nopean lämmönsäätelyn sekä korkeat lämpötilat ilman suurta lämpökuormaa ympäröivälle laitteistolle. Haittoja ovat pintavauriot, ionien implantaatio- ja kontaminaatioriski sekä korkeat kustannukset ja vaativa varustelu. Käytännön valinnat riippuvat prosessin vaatimuksista ja kohteen herkkyydestä.

Lyhyt historia: Ionilämmitys kehittyi plasmapohjaisten materiaalinkäsittelymenetelmien ja ionisädeprosesseiden kehittyessä toisen maailmansodan jälkeisinä vuosikymmeninä, ja siitä on tullut vakiintunut osa nykyaikaisia pintakäsittely- ja ohutkalvotekniikoita.