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Deposición física de vapor

Dentro de la cámara de deposición física de vapor por pulverización de plasma (PS-PVD), el polvo cerámico se introduce en la llama de plasma, que lo vaporiza y luego lo condensa en la pieza de trabajo (más fría) para formar el recubrimiento cerámico.
Diagrama de flujo del proceso PVD

La deposición física de vapor ( PVD ), a veces llamada transporte físico de vapor ( PVT ), describe una variedad de métodos de deposición al vacío que se pueden utilizar para producir películas delgadas y recubrimientos sobre sustratos que incluyen metales, cerámicas, vidrio y polímeros. La PVD se caracteriza por un proceso en el que el material pasa de una fase condensada a una fase de vapor y luego regresa a una fase condensada de película delgada. Los procesos de PVD más comunes son la pulverización catódica y la evaporación . La PVD se utiliza en la fabricación de artículos que requieren películas delgadas para funciones ópticas, mecánicas, eléctricas, acústicas o químicas. Los ejemplos incluyen dispositivos semiconductores como células solares de película delgada , [1] dispositivos microelectromecánicos como resonadores acústicos a granel de película delgada, películas de PET aluminizadas para envases de alimentos y globos , [2] y herramientas de corte revestidas de nitruro de titanio para trabajar metales. Además de las herramientas de PVD para fabricación, se han desarrollado herramientas especiales más pequeñas que se utilizan principalmente para fines científicos. [3]

El material de origen también se deposita inevitablemente en la mayoría de las demás superficies del interior de la cámara de vacío, incluidas las fijaciones utilizadas para sujetar las piezas. Esto se denomina sobreimpulso.

Ejemplos

Métricas y pruebas

Se pueden utilizar diversas técnicas de caracterización de películas delgadas para medir las propiedades físicas de los recubrimientos PVD, como:

Comparación con otras técnicas de deposición

Ventajas

Desventajas

Aplicaciones

Vidrios anisotrópicos

Esta figura ofrece una ilustración sencilla del proceso de PVD en el que las moléculas de gas depositadas deseadas entran en la cámara después de condensarse y luego se condensan nuevamente en una película delgada, como el vidrio anisotrópico.

La PVD se puede utilizar como una aplicación para fabricar vidrios anisotrópicos de bajo peso molecular para semiconductores orgánicos . [10] El parámetro necesario para permitir la formación de este tipo de vidrio es la movilidad molecular y la estructura anisotrópica en la superficie libre del vidrio. [10] La configuración del polímero es importante donde necesita ser posicionado en un estado de energía más bajo antes de que las moléculas agregadas entierren el material a través de una deposición. Este proceso de agregar moléculas a la estructura comienza a equilibrarse y ganar masa y volumen para tener más estabilidad cinética. [10] El empaquetamiento de moléculas aquí a través de PVD es frontal, es decir, no en el extremo de cola larga, también permite una mayor superposición de orbitales pi, lo que también aumenta la estabilidad de las moléculas agregadas y los enlaces. La orientación de estos materiales agregados depende principalmente de la temperatura para saber cuándo se depositarán o extraerán las moléculas de la molécula. [10] El equilibrio de las moléculas es lo que proporciona al vidrio sus características anisotrópicas. La anisotropía de estos vidrios es valiosa ya que permite una mayor movilidad del portador de carga. [10] Este proceso de empaquetamiento en vidrio de forma anisotrópica es valioso debido a su versatilidad y al hecho de que el vidrio proporciona beneficios añadidos más allá de los cristales, como la homogeneidad y flexibilidad de la composición.

Aplicaciones decorativas

Al variar la composición y la duración del proceso, se puede producir una gama de colores mediante PVD sobre acero inoxidable. El producto de acero inoxidable coloreado resultante puede tener la apariencia de latón, bronce y otros metales o aleaciones. Este acero inoxidable coloreado mediante PVD se puede utilizar como revestimiento exterior de edificios y estructuras, como la escultura Vessel en la ciudad de Nueva York y el Bund en Shanghái. También se utiliza para herrajes, paneles y accesorios interiores, e incluso se utiliza en algunos productos electrónicos de consumo, como los acabados Space Gray y Gold del iPhone y el Apple Watch. [ cita requerida ]

Herramientas de corte

El PVD se utiliza para mejorar la resistencia al desgaste de las superficies de las herramientas de corte de acero y disminuir el riesgo de adherencia y pegado entre las herramientas y una pieza de trabajo. Esto incluye herramientas utilizadas en el trabajo de metales o el moldeo por inyección de plástico . [11] : 2  El recubrimiento es típicamente una capa cerámica delgada de menos de 4 μm que tiene una dureza muy alta y baja fricción. Es necesario tener una alta dureza de las piezas de trabajo para asegurar la estabilidad dimensional del recubrimiento para evitar la fragilización. Es posible combinar el PVD con un tratamiento de nitruración de plasma del acero para aumentar la capacidad de carga del recubrimiento. [11] : 2  El nitruro de cromo (CrN), el nitruro de titanio (TiN) y el carbonitruro de titanio (TiCN) se pueden utilizar para el recubrimiento PVD para matrices de moldeo de plástico. [11] : 5 

Otras aplicaciones

Los recubrimientos PVD se utilizan generalmente para mejorar la dureza, aumentar la resistencia al desgaste y evitar la oxidación. También se pueden utilizar con fines estéticos. Por lo tanto, estos recubrimientos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como:

Véase también

Referencias

  1. ^ Selvakumar, N.; Barshilia, Harish C. (1 de marzo de 2012). "Revisión de recubrimientos espectralmente selectivos depositados físicamente en fase de vapor (PVD) para aplicaciones solares térmicas de temperatura media y alta" (PDF) . Materiales de energía solar y células solares . 98 : 1–23. doi :10.1016/j.solmat.2011.10.028.
  2. ^ Hanlon, Joseph F.; Kelsey, Robert J.; Forcinio, Hallie (23 de abril de 1998). "Capítulo 4 Recubrimientos y laminaciones". Manual de ingeniería de envases, 3.ª edición . CRC Press. ISBN 978-1566763066.
  3. ^ Fortunato, E.; Barquinha, P.; Martins, R. (12 de junio de 2012). "Transistores de película delgada de semiconductores de óxido: una revisión de los avances recientes". Materiales avanzados . 24 (22): 2945–2986. doi : 10.1002/adma.201103228 . ISSN  1521-4095. PMID  22573414. S2CID  205242464.
  4. ^ He, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (6 de diciembre de 2013). "GLAD asistido por plantilla: enfoque para partículas irregulares de parche único y multiparche con forma de parche controlada". Langmuir . 29 (51): 15755–15761. doi :10.1021/la404592z. PMID  24313824.
  5. ^ He, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (18 de junio de 2012). "Fabricación asistida por plantillas de partículas irregulares con parches uniformes". Langmuir . 28 (26): 9915–9919. doi :10.1021/la3017563. PMID  22708736.
  6. ^ Dunaev AA, Egorova IL (2015). "Propiedades y aplicación óptica del seleniuro de zinc policristalino obtenido por deposición física de vapor". Revista científica y técnica de tecnologías de la información, mecánica y óptica . 15 (3): 449–456. doi : 10.17586/2226-1494-2015-15-3-449-456 .
  7. ^ Green, Julissa (1 de septiembre de 2023). «Evaporación por haz de electrones frente a evaporación térmica». Stanford Advanced Materials . Consultado el 8 de julio de 2024 .
  8. ^ de Donald M. Mattox (2010). "Capítulo 1: Introducción". Manual de procesamiento de deposición física de vapor (PVD) (segunda edición) . William Andrew Publishing. págs. 1–24. ISBN 9780815520375.
  9. ^ Mikell P. Groover (2019). "Capítulo 24: Aplicaciones de procesamiento de superficies". Fundamentos de la fabricación moderna: materiales, procesos y sistemas, 7.ª edición . Wiley. pág. 648. ISBN 9781119475217.
  10. ^ abcde Gujral, Ankit; Yu, Lian; Ediger, MD (1 de abril de 2018). "Vidrios orgánicos anisotrópicos". Current Opinion in Solid State and Materials Science . 22 (2): 49–57. Bibcode :2018COSSM..22...49G. doi : 10.1016/j.cossms.2017.11.001 . ISSN  1359-0286. S2CID  102671908.
  11. ^ abc "ACERO PARA HERRAMIENTAS UDDEHOLM PARA RECUBRIMIENTOS PVD" (PDF) . 2020.

Lectura adicional

Enlaces externos