Plazma i materiały ceramiczne

Pytanie

Pyta Mariusz

Moje pytanie związane jest z występowaniem plazmy. Mamy z nią do czynienia w płomieniu, łuku elektrycznym, Słońcu, itp. Interesuje mnie występowanie plazmy wewnątrz ciał stałych, w szczególności materiałów ceramicznych.

Odpowiedź

Odpowiada prof. Piotr Sułkowski

Plazma jest to zjonizowana materia zawierająca znaczną ilość naładowanych elektrycznie cząstek, której stan skupienia przypomina gaz. Plazma tworząca gwiazdy określana jest jako „plazma gorąca”; z powodu bardzo dużych temperatur w których taka plazma występuje, może się ona składać jedynie z cząstek elementarnych oraz jąder atomowych. Plazma którą jesteśmy w stanie wytworzyć na Ziemi określana jest jako „plazma zimna” i może zawierać także atomy, jony, a nawet całe cząsteczki; natomiast temperatury potrzebne do jej wytworzenia są rzędu od kilku do kilkudziesięciu tysięcy stopni Celsjusza, a zatem nie są tak niskie, jak mogłoby sugerować określenie „plazma zimna”. W związku z tym plazma jako taka nie występuje w ciałach stałych, czy w szczególności materiałach ceramicznych (które obserwujemy wokół nas w temperaturach pokojowych).

Niemniej jednak plazma ma rzeczywiście coś wspólnego z materiałami ceramicznymi — obecnie powszechnie używa się plazmy do nanoszenia materiałów ceramicznych i tworzenia z nich powierzchni (powłok) różnorakich obiektów, począwszy od przedmiotów użytku domowego do skrzydeł samolotów, a nawet technologii kosmicznych. Powłoki takie wytwarza się w procesie nazywanym natryskiwaniem plazmowym, który polega na wprowadzeniu w strumień plazmy pewnego sproszkowanego materiału (np. ceramicznego), w wyniku czego materiał taki topi się i z dużą prędkością zostaje nałożony na interesujący nas obiekt, na którym następnie zastyga i tworzy jednolitą powierzchnię. Urządzenie do wytwarzania plazmy wykorzystywanej w takim procesie nazywane jest plazmotronem. Uzyskane w taki sposób powłoki z materiałów ceramicznych mają wiele zalet: są twarde, wytrzymałe, odporne na zużycie, korozję, oraz zmiany temperatury, etc.