FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO – FATEC-SP CURSO DE MATERIAIS, PROCESSOS E COMPONENTES ELETRÔNICOS

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO – FATEC-SP

CURSO DE MATERIAIS, PROCESSOS E COMPONENTES

ELETRÔNICOS

ROBERTO DE BARROS EMILIANO

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM REATOR PLANAR A

PLASMA DC

SÃO PAULO

ROBERTO DE BARROS EMILIANO

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM REATOR PLANAR A PLASMA DC

SÃO PAULO

2012

Trabalho de conclusão do Curso, apresentado para obtenção do grau de TECNÓLOGO no Curso de Tecnologia em Materiais, Processos e Componentes Eletrônicos da Faculdade de Tecnologia de São Paulo, FATEC-SP.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Edson Moriyoshi Ozono pela confiança, apoio e tempo disponibilizados, sem os quais o projeto não teria sido possível.

A FATEC-SP pelo auxílio na aquisição de materiais e disponibilização dos laboratórios necessários para o desenvolvimento do trabalho.

Ao CNPq pelo apoio financeiro.

Ao Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) pelos materiais doados para a realização do projeto.

Ao Prof. Dr. Paulo Jorge Brazão Marcos pela disponibilização do Laboratório de Apoio à Pesquisa da FATEC-SP para a usinagem das peças.

Ao auxiliar docente Silvestre da Silva Neto do Laboratório de Apoio à Pesquisa da FATEC-SP pela colaboração indispensável nos processos de usinagem das peças.

Ao professor Francisco Tadeu Degasperi pelos inúmeros auxílios e empréstimo de materiais para o teste do sistema.

Aos meus pais, meu irmão e meus avós por terem me incentivado e me apoiado ao longo de todo o meu percurso acadêmico.

Com grandes poderes vêm grandes responsabilidades.

RESUMO

A proposta de estudo foi o projeto e construção de um reator planar a plasma DC através da adaptação de uma câmara de vácuo doada a FATEC-SP pelo Instituto de física da Universidade de São Paulo. O sistema foi projetado através do Autocad® e foi realizada a adaptação para a inserção das placas dos eletrodos (o ânodo e o cátodo) e das entradas de gases e medidor de vácuo. O disco de inox da câmara foi usinado e foram abertas as vias de conexão dos eletrodos para o meio exterior de forma a permitir a transmissão de movimento a um dos eletrodos, a passagem de tensão para os eletrodos e a vedação necessária para obter-se um ambiente de vácuo. Foram usinados os eletrodos, discos de isolamento de PVC, o sistema de suporte de PVC e as conexões metálicas necessárias. A conexão do cátodo foi feita a partir de um bastão condutor móvel que permite a rápida modificação da distância entre os eletrodos facilitando o manuseio do reator na obtenção de dados experimentais. Obteve-se uma câmara de vácuo sem vazamentos significativos e com o uso de uma bomba mecânica de palhetas obteve-se uma pressão final de 0,2mbar e foi possível controlar-se a pressão do sistema através da injeção controlada de argônio no sistema. Foi levantada a curva de Paschen para o gás argônio para duas distâncias entre eletrodos (0,9 e 1,5 cm) e pressões variando entre 0,3 e 0,8 mbar. A curva obtida teve comportamento similar as curvas teóricas e os dados obtidos de tensão de ruptura mínima (Vb(min) = 227 V) do produto da distância entre

eletrodos pela pressão do sistema mínima (pd(min) = 0,96 Torr.cm) que ficou de acordo

ABSTRACT

SUMÁRIO

1. Introdução ... 9

1.1 Objetivo ... 9

1.2 Justificativa ... 9

2. Introdução teórica ... 10

2.1 Estado de plasma ... 10

2.2 Plasma DC ... 11

2.3 Lei de Paschen ... 13

3. Metodologia ... 15

3.1 Projeto e construção do reator ... 15

3.2 Detalhamento das peças usinadas ... 20

3.3 Montagem e teste de vácuo ... 27

3.4 Sistema elétrico e testes elétricos ... 30

4. Levantamento da curva de Paschen ... 34

5. Conclusões e perspectivas ... 37

6. Trabalhos futuros ... 38

1.

INTRODUÇÃO

1.1 OBJETIVO

Este trabalho tem como objetivo o projeto e a construção de um reator de plasma DC, através da adaptação de material doado pelo Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) para a FATEC-SP, de forma a obter-se um equipamento seguro e confiável para que sejam possíveis futuros estudos e pesquisas com temas relacionados a plasma e fazer-se o levantamento da curva de Paschen no reator utilizando como gás de trabalho o argônio, para diferentes pressões e distâncias entre os eletrodos.

1.2 JUSTIFICATIVA

O estado de plasma, que constitui a maior parte da matéria no universo, tem uma vasta gama de aplicações tecnológicas que incluem desde sistemas de iluminação, processamento de materiais (tais como reciclagem de compostos, processos de deposição e corrosão em microeletrônica, desenvolvimento de novos materiais) e produção de energia.

2.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

2.1 ESTADO DE PLASMA

O plasma é uma coexistência de átomos neutros, íons e elétrons em um meio no qual essas partículas possuem um comportamento coletivo de longo alcance e, mesmo sendo formado por partículas eletricamente carregadas o plasma é macroscopicamente quase neutro (característica chamada de quasi-neutralidade) [1,2,3].

A dificuldade em se obter um plasma na superfície terrestre é devido à atmosfera, um meio muito denso em que, devido à distância entre as partículas ser pequeno a ponto de permitir a recombinação das cargas geradas, não há tempo suficiente para a existência de plasma, necessitando-se de maiores energias para sua formação [4]. Devido a isso um aspecto fundamental para a existência de um plasma é o livre caminho médio, que é definido como a distância média que uma partícula percorre entre dois choques sucessivos [5,6]. Na figura 1 é mostrado o comportamento de uma partícula exemplificando o conceito de livre caminho médio.

Figura 1 – Choques que uma partícula sofre em um meio e a representação de seu livre caminho médio (λ) [6].

probabilidade dela sofrer um choque (partículas maiores têm maior chance de se chocar) [6].

2.2 PLASMA DC

Um plasma é considerado DC quando é gerado por corrente contínua ou por fontes pulsadas com frequências menores que 100 Hz [4] .

As primeiras investigações sobre as propriedades de descargas capacitivas em gases foram produzidas sem eletrodos por Babat, em 1947. O plasma frio de reatores planares, exemplificado na figura 2, é o que tem sido mais estudado [3].

Figura 2 - Esquema de um reator planar de plasma de placas paralelas [3]. Considerando o plasma polarizado entre duas placas paralelas do cátodo e anodo de um reator planar, a ionização do plasma é alcançada quando uma elevada voltagem rompe a rigidez dielétrica do gás produzindo a descarga gasosa. O plasma, devido à presença de elétrons e íons, tem uma condutividade elétrica (σ) que pode exceder a de muitos metais [3,7].

Figura 3 – Cu O trecho entre A até

exceção do efeito Corona, entre A e B é a Ionização de

radiação. O trecho entre B

produzidos pela radiação d para gerar ionizações, então Na região entre C a

energia suficiente para efetu voltagem aplicada. No fina surgem faíscas pelas superfí Quando a curva atin Após a ruptura a curva e suficiente permitindo que luminescente (entre E a F descontinuidade de transiçã

pela variação de várias orde Após o ponto G, a d H. No ponto H o eletrodo

Curva IxV característica para um descarga DC até E é conhecido como trecho de descarga e

a, a descarga ocorre sem emissão de luz. No g

de fundo desencadeada pelos raios cósmicos e B e C é o regime de saturação onde os elé

de fundo são acelerados mas não possuem en tão a corrente elétrica se mantém constante [3].

a E ocorre o regime Townsend onde os elét

fetuar ionização e a corrente aumenta exponen inal desta região, entre D a E, ocorre a descar

erfícies pontiagudas devido aos campos elétrico tinge o potencial VB no ponto E ocorre a ruptu

entra na descarga luminosa, onde a corren

ue o plasma emita luz. No primeiro trech

F) ocorre a região do regime normal que

ição. E no segundo trecho, de F até G, a volta

rdens de grandeza da corrente [3].

a descarga entra no regime anormal, que se ext

o passa a emitir elétrons termionicamente e en [3]

a escura pois, com

o gráfico, a região e outras formas de elétrons e os íons energia suficiente

.

létrons já possuem encialmente com a

arga Corona onde

cos intensos [3]. ptura (breakdown).

rente é elevada o echo da descarga ue apresenta uma ltagem é constante

descontínuo luminescente-arco que vai de H a I. No trecho de I até K, a voltagem

diminui com o aumento da corrente chegando numa voltagem mínima, no ponto J. A

partir do ponto J a voltagem aumenta suavemente até chegar no ponto K. Neste último

trecho temos o chamado Plasma Térmico no qual existe um equilíbrio termodinâmico

entre os componentes do plasma [3].

2.3 LEI DE PASCHEN

A observação de que a tensão de ruptura de um gás (Vb) depende do produto pd

(onde p é a pressão do sistema e d é a distância entre os eletrodos), conhecida como Lei

de Paschen (estabelecida por Frederick Paschen em 1889) [3], é dada pela equação:

=

ln − ln(1 + 1 )

B e A são constantes que dependem do tipo de gás utilizado e Υse é o coeficiente

de emissão de elétrons secundários do cátodo que depende do tipo de material de que é feito o cátodo. Isso mostra que a curva varia conforme o gás e o tipo de eletrodo utilizado.

O aspecto de uma curva de Paschen é mostrado na figura 4.

A curva de Paschen apresenta uma característica de valor mínimo para a tensão de ruptura (Vb). A tensão de ruptura cresce para valores do parâmetro pd menores e

maiores do que o valor de pd associado ao ponto de mínimo. A tensão de ruptura

aumenta para valores de pd menores que o mínimo porque o números de átomos para

ionização é insuficiente, a densidade de partículas é pequena e as partículas praticamente não sofrem choques entre si (livre caminho médio aumenta), e aumenta para valores pd acima do mínimo de Paschen porque as colisões de elétrons tornam-se

cada vez mais frequentes com os aumentos parâmetro pd pois o livre caminho médio

3. METODOLOGIA

3.1 PROJETO E CONSTRUÇÃO DO REATOR

O projeto do reator leva em conta dois pontos fundamentais para a criação do plasma da maneira desejada: a formação de um ambiente de vácuo que permita o controle da pressão através da injeção de gases e a passagem da tensão DC (gerada por corrente contínua) para os eletrodos.

O primeiro passo efetuado para a construção do reator obedecendo a esses pontos foi a análise do material doado pelo Instituto de Física da USP (IF-USP) para a Faculdade de Tecnologia de São Paulo (FATEC-SP). Esse material, mostrado na figura 5, é constituído por:

- Um sistema de vácuo composto de uma campânula de quartzo, dois discos de aço inox e um conector DN 25 ISO-KF para ligação com a tubulação;

- Uma bomba mecânica de palhetas da Alcatel (FR56 SF1); e - Um medidor de vácuo pirani (modelo 78/1) da Edwards.

O sistema de vácuo é constituído por materiais de baixa taxa de desgaseificação e ausência de pontos de vazamento, o que nos poupa os trabalhos de estancamento de vácuo para seus elementos.

O disco de aço inox de maior diâmetro apresenta um canal onde a campânula de quartzo se encaixa e, devido ao próprio peso da campânula sobre o polímero em sua base e à força da pressão atmosférica, é formada uma vedação. O disco de aço inox de diâmetro menor possui um orifício com um conector tipo DN 25 ISO-KF em sua parte inferior por onde é conectada a tubulação de vácuo e um orifício por onde é feita a admissão de gases ao sistema. Esse disco menor é fixo na parte inferior do disco maior através de oito parafusos e a vedação é formada com um anel de vedação de borracha (o’ring).

Decidimos que a melhor opção seria usinar o disco inferior de forma a podermos inserir nele os eletrodos, dispostos em uma orientação vertical para melhor aproveitarmos o espaço da campânula, e um orifício para a conexão do medidor de pressão.

Figura 6 – Croqui do sistema projetado

Figura 7 – Diagrama do sistema de vácuo

Todas as peças foram projetadas levando-se em conta os materiais mais apropriados para a faixa de pressão desejada (1-10-3 Torr), com exceção do PVC que não é recomendável nessa faixa, porém analisando a taxa de desgaseificação decidimos que poderia ser utilizado no projeto, visto que se pretende atingir pressões de até 1x10-1mbar (cerca de 0,08 Torr, utilizando para a conversão de unidades que 1 Torr equivale a 1,33mbar[9]) e, além disso, possui baixo custo, facilidade de usinagem e boa característica dielétrica (planeja-se para futuramente a substituição do PVC por material mais apropriado). Os materiais utilizados para a construção da peças foram:

-Cobre: Eletrodos e interconexões;

-Latão (liga de zinco e cobre): Bastão e a bucha para a transmissão de movimento;

-Aço-inox: Conexões da tubulação e do medidor de vácuo;

-Alumínio: Grampo da bucha (utilizado do lado de fora do sistema de vácuo); -Elastômero:Anéis de vedação (o’rings); e

Tabela 1 – Faixa de uso de materiais em vácuo[9].

Material Pressão (Torr)

760 - 1 1 - 10e-3

Ferro e aços Bom Bom

Ferro laminado, cobre ou alumínio Bom Bom Cobre laminado ou ligas(como

latão) Bom Bom

Alumínio Bom Bom

Vidro, Quartzo Bom Bom

Cerâmicas Bom Bom

Borrachas Bom Bom

Plásticos Bom Só tipos especiais

Figura 8 – Desgaseificação de materiais não tratados em temperatura ambiente: (1) Borracha de silicone; (2) Poliamida; (3) Plexiglas; (4) PVC; (5) Araldita; (6) Viton; (7)

3.2 DETALHAMENTO DAS PEÇAS USINADAS

O projeto das peças foi feito com o software AutoCAD® com as dimensões de furos e paredes de tubulação e conectores sendo utilizado seguindo padrões de peças comercializadas e para evitar redução das condutâncias foram seguidas dimensões próximas às já existentes na bomba e no medidor. A usinagem das peças foi feita, em sua maior parte, no Laboratório de Apoio à Pesquisa (LAP) da FATEC-SP, o maquinário utilizado é mostrado na figura 9.

Figura 9 – Maquinário utilizado do LAP. À esquerda: torno. À direita: Fresadora.

Os discos de ambos os eletrodos foram projetados como sendo discos de cobre de 100 milímetros de diâmetro por 8 milímetros de espessura. Para fazer-se a isolação elétrica entre os discos e suas conexões, evitando que o plasma se forme em um local não desejado e evitando curtos, os eletrodos foram encapsulados dentro de capas de PVC.

projeto dos suportes é mostrado nas figura 10 e 11 e os suportes prontos são mostrados na figura 12.

Figura 10 – Suporte superior: vista lateral e vista em corte.

Figura 11 - Suporte inferior: vista lateral e vista em corte.

O bastão de latão de 8,4 milímetros permite o movimento vertical do cátodo como também o estancamento de vácuo através de uma bucha de latão conectada ao disco inferior. Um anel de vedação na extremidade da bucha e outro anel dentro de um canal na outra extremidade da bucha completam o estancamento. Um grampo construído de alumínio pressiona a bucha contra o disco gerando a vedação do vácuo pela compressão do anel de vedação contra a parede do disco de aço inox. A bucha de vedação foi feita conforme o modelo obtido em [9 e 10] mostrado na figura 13.

Figura 13 – Sistema de vedação que permite a transmissão de movimento. (1) Paredes da câmara; (2) Anéis de vedação; (3) Espaçador; (4) Selamento[9]

Uma presilha montada na lateral do grampo assegura uma fixação do bastão de latão e permite que seja controlada a distância entre os eletrodos. O projeto da bucha e do grampo fixador é mostrado na figura 14, a fixação da bucha no reator é mostrada na

Figura 14 – Projeto da bucha e do grampo de suporte com presilha.

Figura 15 – Fixação da bucha no reator.

Figura 16 – Bucha, bastão e grampo de suporte usinados.

Um passador de corrente montado num rebaixo por dentro do disco inferior permite o fornecimento de voltagem ao reator pela parte inferior do disco. O passador de tensão e a usinagem necessária no disco são mostrados na figura 17.

Para a conexão com a bomba de vácuo optamos por utilizar uma tubulação de borracha para evitar quaisquer riscos que poderiam ocorrer com as altas voltagens aplicadas ao reator. Para tal conexão foram usinadas duas conexões ISO-KF em aço inox, uma que liga com a saída da câmara de vácuo e outra que liga à bomba de vácuo. Foi utilizada uma tubulação de PVC reforçada que resiste a diferença de pressão do sistema com 1 polegada de diâmetro interno para que a condutância não reduza de forma expressiva a velocidade efetiva de bombeamento. A fixação é feita através de braçadeiras metálicas e foi utilizado silicone nas juntas do tubo para evitar vazamentos. A conexão projetada é mostrada na figura 18 e a conexão feita é mostrada na figura 19.

Figura 18 – Projeto da conexão da tubulação.

A conexão do medidor Pirani foi projetada e desenhada conforme o padrão ISO-KF. A parte superior é fixa com parafusos ao disco inferior e a vedação é feita através de um anel de fixação presente em um canal usinado na conexão. O projeto da conexão do medidor Pirani é mostrado na figura 20 e a conexão finalizada é mostrada na figura 21.

Figura 20 – Projeto da conexão do medidor Pirani.

O disco inferior de aço inox sofreu uma série de usinagens sendo preparado para a montagem do cátodo e anodo como também da saída para o medidor Pirani. O projeto das usinagens no disco é mostrado na figura 22.

Figura 22 – Vista superior e vista em corte das conexões necessárias no disco de aço-inox.

3.3 MONTAGEM E TESTE DE VÁCUO

Todas as peças constituintes da câmara de vácuo (campânula de quartzo, os eletrodos, os suportes de PVC, o bastão e a bucha de latão) foram limpas com álcool isopropílico e depois montadas conforme a figura 23.

Primeiramente efetuamos o teste de estancamento de vácuo da campânula com os dois discos e as peças montadas mas sem os suportes de isolação dos eletrodos dentro da câmara (para evitar que a desgaseificação pudesse interferir nesta averiguação).

Neste teste utilizamos uma tubulação metálica flexível, cedida pelo laboratório de tecnologia do vácuo da FATEC-SP, para gerar o vácuo na câmara. Verificou-se que a pressão final foi estabilizada em 0,2 mbar e que, após a isolação da câmara com o fechamento da válvula 90o, esta pressão manteve-se constante por um período razoável de tempo (fizemos a observação durante 20 minutos) indicando não haver vazamentos significativos. Após a substituição da tubulação metálica pela tubulação de borracha verificou-se que o sistema conseguiu atingir a mesma pressão final (0,2mbar) o que indica que a conexão isolante não apresentou vazamentos significativos.

Na segunda etapa do teste da câmara foi feita a a injeção de gás argônio na câmara com a abertura do cilindro e o controle do fluxo foi feito através de um rotâmetro (que tem como vazão máxima 1 litro por minuto e possui divisões de 0,05 litros por minuto) e da válvula do cilindro de argônio. Foi possível realizar um controle sensível da pressão do gás argônio e conseguiu-se obter pontos de pressão constantes acima do ponto de pressão mínima, mostrando que o sistema apresentou as características projetadas e é indicado para o levantamento de dados da curva de Paschen. O rotâmetro, o cilindro de argônio e a válvula do sistema de injeção são mostradas na figura 24.

Garantiu-se que a atmosfera da câmara era composta principalmente de argônio pela observação do medidor Pirani. Como o Pirani é um medidor que leva em conta as características térmicas do gás presente no sistema, ele apresenta leituras menores do que as reais (pois o aparelho é calibrado para o ar atmosférico) para o gás argônio. Quando injetamos o argônio com um fluxo pequeno (0,2 litros por minuto) no sistema vimos que o medidor indicou uma pressão menor (cerca de 0,1mbar) do que a que havia sido obtida, logo podemos concluir que o ambiente do reator já era de gás argônio.

Para obtermos a pressão real do gás argônio na câmara fizemos a utilização de uma constante multiplicativa de 1,7 (para pressões abaixo de 1 Torr) indicada no manual do medidor, que leva em conta a curva de ajuste para o tipo de gás que estamos utilizando. A curva de ajuste para o medidor Pirani é mostrada na figura 25.

3.4 SISTEMA ELÉTRICO E TESTES ELÉTRICOS

Com o teste bem sucedido do sistema de vácuo passamos a montar e testar o sistema elétrico. O reator é alimentado por uma fonte retificadora trifásica composta por um transformador de 22 kVA montado com um banco retificador. A fonte retificadora está sendo aproveitada de um reator indutivo a plasma doado pelo laboratório de Plasma do Instituto de Física da USP para a FATEC-SP e é composta por um banco de diodos composto por 30 diodos de retificação da Semikron SKN45/2, 10 diodos por fase, sendo 5 diodos num sentido e mais 5 no sentido reverso. A equalização contra flutuações nos diodos é obtida com 30 resistores de 1MΩ e os transientes gerados pelos diodos são eliminados com 30 capacitores e 30 resistores de 47Ω. O transformador e o sistema de retificação da tensão são mostrados na figura 26.

Figura 26 – Transformador a esquerda e sistema retificador a direita.

Figura 27 – Variac utilizado

A impedância do reator de plasma é muito pequena, pois a condutância que o plasma apresenta é muito elevada [3]. Em face disto o reator necessita da montagem de um resistor em série com o reator que promova uma limitação da corrente elétrica. Esta limitação é necessária no sentido de impedir um descontrole da descarga de luminescente para arco como também para evitar de se colocar a própria fonte em curto-circuito. Um resistor de 100Ω e 200W foi montado em série com o reator conforme a

figura 28.

Figura 28 – Esquema da montagem em série da resistência.

Figura 29 – Multímetro utilizado.

Após várias simulações de evacuação do ar da câmara até a pressão final do sistema e o controle preciso da pressão na câmara com a injeção do gás argônio temos a certeza que o ambiente dentro da câmara se encontra rico em argônio.

A voltagem em corrente contínua foi elevada gradativamente no reator (com passos de cerca de 4V) e, em um primeiro momento, ocorreram alguns imprevistos como o surgimento do efeito corona em regiões pontiagudas. As pontas foram eliminadas ou cobertas com resina epóxi devido as suas propriedades dielétricas. O plasma formado nesse imprevisto é mostrado na figura 30.

Um aumento inadvertido da voltagem da fonte retificadora pode acarretar a passagem da descarga de plasma para o regime de arco, que foi constatado devido ao aumento da corrente ter feito o disjuntor de proteção do transformador ter desligado (o disjuntor tem um valor de 5A), conforme pode ser visto na figura 31. Contudo foi possível atingir-se a estabilidade de uma descarga luminescente apresentada na figura 32.

Figura 31 – Descarga em arco.

4.

LEVANTAMENTO DA CURVA DE PASCHEN

Com o sucesso dos testes realizados com o reator passou-se a realizar o levantamento de dados de forma a obter-se a curva de Paschen para o gás argônio. Essa curva tem como objetivo demonstrar a funcionalidade do reator na obtenção de dados relacionados ao estudo de plasma.

Para obtermos os dados experimentais foi fixada a distância entre os eletrodos (garantiu-se o paralelismo fazendo-se medições da distância entre os eletrodos em pontos diferentes e verificando se não havia alterações significativas entre elas), o sistema foi evacuado até a obtenção da pressão final do sistema (0,2mbar) e com a injeção controlada de argônio no sistema obteve-se um patamar de pressão constante.

A tensão DC aplicada no reator foi gradativamente elevada para cada ajuste de pressão do gás argônio. O valor da tensão na transição da descarga escura para a descarga luminescente foi medida com o multímetro da Minipa.

A pressão foi variada em pontos entre 0,3 e 0,8mbar (encontrou-se a pressão real do gás argônio multiplicando-se pela constante 1,7) e foram utilizadas duas distâncias entre eletrodos, 0,9 e 1,5cm.

Com os valores de pd e da tensão de ruptura plotamos os pontos no software

Figura 33 – Curva experimental obtida.

Vemos que a curva gerada tem o aspecto esperado e segue o padrão das curvas teóricas apresentando um ponto de mínimo e uma característica crescente exponencial para pontos abaixo e linear para pontos acima desse mínimo (considerando o eixo das abscissas). A curva gerada tem como mínimo Vb(min) = 227 V e pd(min)=0,96 Torr.cm.

Comparando os valores de mínimo obtidos com o de outros trabalhos vemos que Lisovskiy et al [12] obteve para um sistema DC utilizando gás argônio e cátodo de cobre Vb(min)=257 V e pd(min)=1,4Torr.cm (que nos dá um erro de 11,7% para o valor

da tensão e de 30% para o produto pd) e Miller [12] obteve para o gás argônio e cátodo

de cobre Vb(min)=231 V e pd(min)=1,3Torr.cm (que nos dá um erro de 1,7% para o

valor da tensão encontrada e de 26% para o produto pd encontrado).

É importante notar também que nosso valor encontra-se distante do valor de ruptura do ar (Vb(min)=360 V e pd(min) = 0,57 Torr.cm[3]) o que nos mostra que o sistema

5.

CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS

O projeto e a construção do reator de plasma DC foram feitos com sucesso pois foi possível controlar-se a pressão do sistema e a distância entre os eletrodos e obteve-se a formação de plasma entre os eletrodos. Observou-se que o sistema de vácuo montado funcionou como o esperado (obtendo pressão final de 0,2mbar) sem indícios de vazamentos para a câmara e a tubulação isolante improvisada permitiu que o sistema atingisse essa pressão.

Os dados experimentais de voltagem e pressão foram coletados e a curva experimental de Paschen pôde ser levantada e comparada com a teoria. Os valores obtidos de tensão de ruptura mínima (Vb(min)) e do produto da distância entre eletrodos

pela pressão do sistema mínima (pd(min)) com a curva de Paschen ficaram de acordo com

os dados de outros pesquisadores e os parâmetros mínimos obtidos indicaram que o sistema não possui contaminação pelo ar, pois tem valores bem menores do que aqueles mínimos do ar indicando que não existem vazamentos significativos e mostrando que o plasma obtido realmente corresponde ao de argônio.

6. TRABALHOS FUTUROS

Algumas sugestões para trabalhos futuros relacionados ao reator desenvolvido nesse projeto são listadas a seguir.

- Fazer a substituição da isolação de PVC improvisada por uma isolação mais apropriada para vácuo e realizar-se estudos quanto ao sistema de vácuo, como por exemplo, estudos quanto às taxas de desgaseificação.

- Realizar-se o levantamento da curva de Paschen para outros gases e diferentes materiais de cátodo.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CHEN, F. F. Introduction to Plasma Physics, New York-London, Plenum Press, 2ed, 1974.

[2] BITTENCOURT, J. A. Fundamentals of Plasma Physics, Library Cataloging in Publication Data, 2ed, 1995.

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[4] SILVA, A. A.; FERREIRA, C. S. Fonte de potência ajustável para plasma DC, trabalho de conclusão de curso apresentado na Faculdade de Tecnologia de São Paulo, 2004.

[5] LAFFERTY, J. M. Foundations of Vacuum Science and Technology, EUA, John Wiley & Sons, 1998.

[6] CHAMBERS, A.; FITCH, R. K.; HALLIDAY, B. S. Basic Vacuum technology, London, 1998.

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[10] ROTH, A. Vacuum sealing techniques, New York, Springer-Verlag New York Inc., 1993.

[11] TAPLETE, R. S. Comparação entre medidores diretos e indiretos de pré-vácuo, trabalho de conclusão de curso apresentado na Faculdade de Tecnologia de São Paulo, 2011.