TAREA N. 1 (CVD)

DEPOSICIÓN QUÍMICA EN FASE DE VAPOR o CVD CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES Recubrimientos metálicos

L. Guerra 03 de mayo de 2017

Resumen.-. La optimización de los tratamientos superficiales y en especial la creciente aplicación de los recubrimientos metálicos, a las piezas y herramientas en general que requieren mayores exigencias, permiten obtener resultados considerados en sus propiedades y características. El objetivo de este artículo es informar sobre las capas C.V.D., su principio, generación, sus beneficios que se están obteniendo mediante su aplicabilidad, sus características, sus aplicaciones industriales y su correcta elección.

condiciones del proceso, con los que se depositan una variedad de compuestos gaseosos [1].

DEFINICIÓN Fig. 2 Esquema de un proceso CVD Fuente: (Gomez. J, 2009)

En estos procesos la activación de los gases puede llevarse a cabo térmicamente, mediante fotones o con la utilización de un plasma. 1.

Activación térmica: cuando se hace por calentamiento directo de los reactivos [2]. - Convencional - A baja presión - Organometálico - Con filamento caliente - Por ‘Pack cementation’ - Reactor de lecho fluidizado

2.

Activación por plasma.- mediante una descarga eléctrica o plasma de tipo luminosa las cuales crean lugares con radicales en los cuales reaccionan productos químicos facilitando la adhesión de superficies no reactivas [2]. - Por plasma

3.

Activación por fotones.- se produce mediante la excitación de las moléculas reactivas por iluminación

Fig. 1 Micrografía de una capa de obtenida por proceso CVD. Fuente: (Dobkin & Zuraw, 2003)

La deposición química en fase de vapor CVD, es un proceso de recubrimiento termoquímico que implica la interacción entre una mezcla de gases y la superficie de un sustrato calentado, lo que provoca la descomposición química de algunas de las partes del gas y la formación de una película sólida en el sustrato para enriquecer la superficie del componente. Las reacciones ocurren en una cámara de reacción sellada. Existen numerosos procesos de CVD, dependiendo del campo de aplicación. Estos procesos se diferencian en el medio por que se inician las reacciones químicas (activación) y las

con fotones de energía elevada (luz ultravioleta) o de intensidad elevada (radiación laser) [2]. - Foto CVD - CVD asistida por plasma Aspectos básicos de las reacciones de CVD. La reacción de uno o varios compuestos en forma de gas o vapor para dar un producto sólido (recubrimiento), hay dos tipos de reacción, se muestra en la Figura1 [2]: -

Homogénea: Fase gas - Polvo cerámico. No homogénea (heterogénea): SuperficieRecubrimiento.

Cómo se generan los recubrimientos CVD. En un proceso CVD estándar el sustrato se expone a uno o más precursores volátiles, que reaccionan o se descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado. Donde además se producen subproductos volátiles, que son eliminados por medio de un flujo de gas que pasa a través de la cámara de reacción. Las capas creadas mediante este proceso, están en el intervalo de temperaturas entre 500 y 750 ºC, que confieren buenas propiedades tecnológicas y tribológicas a una amplia gama de materiales. Los procesos de microfabricación CVD se emplean ampliamente para depositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalinos, policristalinos, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio, fibra de carbono, nanofibras de carbono, tungsteno, carburo de silicio, nitruro de silicio, El proceso de CVD se utiliza también para producir diamantes sintéticos [3]. Beneficios del recubrimiento CVD. Los beneficios que ofrecen los recubrimientos CVD al emplearlo en equipos recubiertos con esta técnica son considerables, porque hace a los equipos más fiables, prolongando la vida útil, por su alta resistencia al desgaste y excelente adherencia al metal duro. Recubrimientos CVD más modernos combinan MT-Ti(C, N), Al2O3 y TiN. Donde las propiedades del recubrimiento se han mejorado de forma continua en cuanto a adherencia, tenacidad mejor resistencia a la deformación plástica, desgaste mediante optimización microestructural y tratamiento posterior. Todo esto gracias a las características que brinda de esta técnica: versatilidad, compatibilidad con otros tratamientos y procesos, posibilidad de controlar la composición del producto y obtener capas de composición prefijada y su homogeneidad de espesor obtenido [4]. Las propiedades de este tipo de recubrimientos CVD dependen significativamente de la química del material base, especialmente en el caso de los recubrimientos de alta actividad [5].

Ventajas de los recubrimientos CVD. El CVD es un sistema que ofrece las siguientes ventajas: -

-

-

La principal ventaja de la CVD frente a otras técnicas de deposición de recubrimientos es su capacidad de envolver y penetrar piezas con geometrías muy complejas. Mayor calidad, se pueden producir materiales altamente densos y puros. Películas o capas delgadas uniformes con buena reproducibilidad y adhesión. Mediante el estudio de los parámetros del proceso es posible controlar la estructura cristalina, la morfología de la superficie y la orientación de los productos del CVD. Permite obtener capaz más gruesas. Velocidades elevadas.

Desventajas de los recubrimientos CVD. - Riesgos químicos y seguridad, debido a que precursores utilizados suelen ser, tóxicos, corrosivos, inflamables, y/o explosivos. Sin embargo, éstos han sido minimizados usando variantes en el CVD métodos que emplean precursores menos contaminantes. - Control y ajuste sobre las variables. - Los costos del proceso son altos. Actualmente existen variantes del proceso que pueden ser una buena alternativa para la aplicación de recubrimientos con costos de producción más bajos. Materiales adecuados para el tratamiento con CVD. Todos los aceros de alta y baja aleación y los metales duros se pueden recubrir con el proceso de CVD. Casi todos los materiales como los metales, plásticos y cerámicas se pueden revestir con el proceso CVD. Propiedades generales y características de los recubrimientos CVD. - Alta resistencia al desgaste - Gran dureza - Conductividad eléctrica mejorada de las superficies - Gran precisión dimensional - Mayor nivel de pureza en sus capas - Propiedades ópticas mejoradas - Propiedades antifricción óptimas - Optimización de las propiedades adhesivas - Resistencia excelente a la corrosión

Aplicaciones de la técnica CVD. Las aplicaciones de la deposición química de vapores (CVD) se pueden clasificar según las características funcionales de los productos obtenidos [6]: Aplicaciones eléctricas Opto-eléctricas Ópticas Mecánicas y Químicas Clasificación que corresponde a las diversas áreas de la industria, tales como: la industria electrónica, óptica, de las herramientas, y la industria química. Las aplicaciones de la técnica CVD también se clasifican por la forma de los productos obtenidos como recubrimientos, polvos, fibras y composites.

Figura 3. Herramientas con tratamiento CVD. Fuente: (Alcotanes. CL, 2010)

Referencias. [1] J.-T. Wang (2017). Chapter 7 Chemical Vapor Deposition and Its Applications in Inorganic Synthesis, Modern Inorganic Synthetic Chemistry, 167188.doi.org/10.1016/B978-0-444-63591-4.00007-0 [2] Dobkin & Zuraw (2003). Principles of Chemical Vapor Deposition. Kluwer. ISBN 978-94-017-0369-7 [3] Gomez, J. (2009). La Deposición Química en fase de Vapor o CVD. Recuperado de https://es.scribd.com/doc/232387491 [4] Sherman, A. (1987), Chemical Vapor Deposition for Electronics, Noyes Publications, Park Ridge, NJ [5] Lluís Carreras. Sandra Bueno. Francesc Montalàherman, A. (1998), Recubrimientos duros obtenidos por procesos C.V.D., T.R.D.D., P.V.D. Recuperado de http://www.grupttc.com/treballs/trabajocongresonacion alingmet1998.pdf

[6] Alcotanes, CL. (2010). Recubrimientos Metálicos mediante CVD. Recuperado de www.trateriber.es