Método de recubrimiento de superficies sólidas con películas delgadas.
Dentro de la cámara de deposición física de vapor por pulverización de plasma (PS-PVD), se introduce polvo cerámico en la llama de plasma, que lo vaporiza y luego lo condensa en la pieza de trabajo (más fría) para formar el revestimiento 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 pueden usarse para producir películas delgadas y recubrimientos sobre sustratos que incluyen metales, cerámicas, vidrio y polímeros. PVD se caracteriza por un proceso en el que el material pasa de una fase condensada a una fase de vapor y luego vuelve a una fase condensada de película delgada. Los procesos de PVD más comunes son la pulverización catódica y la evaporación . El 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 masivos de película delgada, película de PET aluminizada para envases de alimentos y globos , [2] y herramientas de corte recubiertas de nitruro de titanio para trabajar metales. Además de las herramientas PVD para la fabricación, se han desarrollado herramientas especiales más pequeñas que se utilizan principalmente con fines científicos. [3]
Inevitablemente, el material de origen también se deposita en la mayoría de las demás superficies interiores de la cámara de vacío, incluidos los accesorios utilizados para sujetar las piezas. A esto se le llama sobrepaso.
Ejemplos
Deposición de arco catódico : un arco eléctrico de alta potencia descargado en el material objetivo (fuente) expulsa una parte del mismo hasta convertirlo en vapor altamente ionizado que se deposita sobre la pieza de trabajo.
Deposición física de vapor por haz de electrones : el material a depositar se calienta a una alta presión de vapor mediante bombardeo de electrones en un "alto" vacío y se transporta por difusión para depositarse por condensación en la pieza de trabajo (más fría).
Deposición evaporativa : el material a depositar se calienta a una alta presión de vapor mediante calentamiento por resistencia eléctrica en "alto" vacío. [4] [5]
Deposición por láser pulsado : un láser de alta potencia elimina el material del objetivo hasta convertirlo en vapor.
Epitaxia láser térmica : un láser de onda continua evapora fuentes elementales individuales e independientes que luego se condensan sobre un sustrato.
Deposición por pulverización : una descarga de plasma luminoso (normalmente localizada alrededor del "objetivo" mediante un imán) bombardea el material, pulverizando una parte en forma de vapor para su posterior deposición.
Deposición de electrones pulsados: un haz de electrones pulsados de alta energía elimina el material del objetivo generando una corriente de plasma en condiciones de desequilibrio.
Probador de rayones: prueba de adhesión del recubrimiento
Microanalizador de rayos X: investigación de características estructurales y heterogeneidad de la composición elemental de las superficies de crecimiento [6]
Comparación con otras técnicas de deposición.
Ventajas
Los recubrimientos PVD son a veces más duros y resistentes a la corrosión que los recubrimientos aplicados mediante procesos de galvanoplastia . La mayoría de los recubrimientos tienen alta temperatura y buena resistencia al impacto, excelente resistencia a la abrasión y son tan duraderos que rara vez se necesitan capas protectoras.
Los recubrimientos PVD tienen la capacidad de utilizar prácticamente cualquier tipo de materiales de recubrimiento inorgánicos y algunos orgánicos en un grupo igualmente diverso de sustratos y superficies utilizando una amplia variedad de acabados.
Los procesos PVD suelen ser más respetuosos con el medio ambiente que los procesos de recubrimiento tradicionales, como la galvanoplastia y la pintura. [ cita necesaria ]
Se puede utilizar más de una técnica para depositar una película determinada.
Desventajas
Las tecnologías específicas pueden imponer limitaciones; por ejemplo, la transferencia de línea de visión es típica de la mayoría de las técnicas de recubrimiento PVD; sin embargo, algunos métodos permiten una cobertura completa de geometrías complejas.
Algunas tecnologías PVD funcionan a altas temperaturas y vacíos, lo que requiere una atención especial por parte del personal operativo y, a veces, un sistema de agua de refrigeración para disipar grandes cargas de calor.
Aplicaciones
vasos 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 una vez más en una película delgada, como el vidrio anisotrópico.
El PVD se puede utilizar como aplicación para fabricar vidrios anisotrópicos de bajo peso molecular para semiconductores orgánicos . [7] 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. [7] La configuración del polímero es importante cuando es necesario colocarlo en un estado de menor energía antes de que las moléculas agregadas entierren el material mediante una deposición. Este proceso de agregar moléculas a la estructura comienza a equilibrarse y ganar masa y volumen para tener más estabilidad cinética. [7] El empaquetamiento de moléculas aquí a través de PVD es frontal, es decir, no en el extremo de la cola larga, lo que 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 determinar cuándo se depositarán o extraerán las moléculas de la molécula. [7] 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 de los portadores de carga. [7] Este proceso de envasado en vidrio de forma anisotrópica es valioso debido a su versatilidad y al hecho de que el vidrio proporciona beneficios adicionales más allá de los cristales, como la homogeneidad y flexibilidad de la composición.
Aplicaciones decorativas
Variando 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 aparecer como latón, bronce y otros metales o aleaciones. Este acero inoxidable de color PVD se puede utilizar como revestimiento exterior de edificios y estructuras, como la escultura Vessel en la ciudad de Nueva York y The Bund en Shanghai. También se utiliza para hardware, paneles y accesorios interiores, e incluso se utiliza en algunos productos electrónicos de consumo, como los acabados Space Grey y Gold del iPhone y Apple Watch. [ cita necesaria ]
Herramientas de corte
PVD se utiliza para mejorar la resistencia al desgaste de las superficies de las herramientas de corte de acero y disminuir el riesgo de adhesión y adherencia entre las herramientas y la pieza de trabajo. Esto incluye herramientas utilizadas en el trabajo de metales o en el moldeo por inyección de plástico . [8] : 2 El recubrimiento suele ser una fina capa cerámica 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 garantizar la estabilidad dimensional del recubrimiento y evitar que se vuelva quebradizo. Es posible combinar PVD con un tratamiento de nitruración por plasma del acero para aumentar la capacidad de carga del recubrimiento. [8] : 2 Se pueden utilizar nitruro de cromo (CrN), nitruro de titanio (TiN) y carbonitruro de titanio (TiCN) para el recubrimiento PVD de matrices de moldeo de plástico. [8] : 5
Otras aplicaciones
Los recubrimientos PVD se utilizan generalmente para mejorar la dureza, aumentar la resistencia al desgaste y prevenir la oxidación. También se pueden utilizar con fines estéticos. Por tanto, dichos recubrimientos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones tales como:
Deposición de película delgada – Capa delgada de material Páginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento– Deposición de una capa delgada de material
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Otras lecturas
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enlaces externos
"Sociedad de Recubridores al Vacío". svc.org . Sociedad de Recubridores al Vacío . Consultado el 3 de octubre de 2019 .
Raghu, Saril (19 de abril de 2009). Herramienta de deposición física de vapor. Youtube.com. Archivado desde el original el 19 de diciembre de 2021 . Consultado el 3 de octubre de 2019 .
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