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Relatório da aula prática nrº 3: Revestimentos de Diamante CVD Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédicos Unidade Curricular: Tecnologias de Processamento de Materiais Docente: Dra. Ana Senos Demonstração efetuada por: Dr. Rui Silva e Dr. Filipe Oliveira (introdução teórica) Realizado por: Carla Fernandes Dayana Guzmán Joana Gonçalves 28 de Novembro de 2016 Aveiro

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Relatório da aula prática nrº 3:

Revestimentos de Diamante CVD

Departamento de Engenharia de Materiais e

Cerâmica

Mestrado em Materiais e Dispositivos

Biomédicos

Unidade Curricular: Tecnologias de

Processamento de Materiais

Docente: Dra. Ana Senos

Demonstração efetuada por: Dr. Rui Silva e

Dr. Filipe Oliveira (introdução teórica)

Realizado por:

Carla Fernandes

Dayana Guzmán

Joana Gonçalves

28 de Novembro de 2016

Aveiro

Introdução

O diamante sempre foi um material excelente e desejável. Com a invenção de técnicas

de crescimento sintético a altas pressões e temperaturas na década de 50, tornou-se

um material técnico, especialmente para aplicações mecânicas. No entanto, foi o

advento de técnicas de deposição de baixa pressão que tornaram acessíveis as

excelentes propriedades mecânicas, térmicas, óticas e eletrónicas. Com estas técnicas

de deposição química de vapor (CVD), o diamante tornou-se disponível sob a forma de

películas finas estendidas e placas ou janelas livres. Com o diamante CVD uma riqueza

de novas aplicações abriu-se.

As técnicas de preparação de camadas mais utilizados no laboratório baseiam-se na

deposição física ou química de películas finas a partir da fase de vapor ("Deposição

Física de Vapor" ou PVD e "Chemical Vapour Deposition" CVD). Em ambos os casos, as

técnicas são baseadas na formação de um vapor do material a ser depositado, de

modo que o vapor condensa-se sobre a superfície do substrato formando uma camada

fina. Geralmente o processo e realizado sob vácuo ou em atmosfera controlada, a fim

de evitar a interação com a atmosfera de vapor de ar.

O sistema Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) é bastante utilizado nos

laboratórios, este é um sistema de deposição de vapor químico de filamento quente

projetado para a síntese de nano e micro diamantes policristalinos, grafeno,

nanotubos de carbono e uma variedade de outros revestimentos de película fina.

A aula foi dividida em 2 sessões, uma teórica onde foi possível conhecer as técnicas de

deposição de diamante CVD, os métodos de caracterização de materiais e as variadas

aplicações viradas para a indústria em relação aos revestimentos com diamante

evidenciando a sua especial aplicação na fabricação de próteses de anca [1]. A segunda

parte da aula consistiu numa sessão experimental, onde foi realizada a deposição de

micro e nano partículas de diamante em brocas utilizando o método CVD.

Métodos e materiais

Para a deposição das partículas de diamante por CVD, usaram-se brocas metálicas

introduzidas numa suspenção de pós de micro/nano partículas de diamante e Etanol,

que foi exposta ao processo de sonicação por um tempo de 45 minutos (Fig 1,2).

Após do processo anterior, as brocas foram introduzidas num sistema HFCVD

correspondente a uma câmara de vácuo a uma temperatura do filamento (de

tungstênio) de 2300 °C, corrente de 33.5 A, voltagem de 100 V, e pressão de 44.5

mBar, projetando um crescimento de camadas de 1µ por hora de exposição (Fig. 3).

As peças obtidas têm de ser avaliadas e, posteriormente, caracterizadas por

microscopia eletrônica.

Resultados

Após do proceso HFCVD se obtiveram-se brocas com um revestimento visível (Fig. 4).

Discussão dos resultados

O método HFCVD apresenta vantagens como baixo custo, simplicidade, facilidade de

dimensionamento e a capacidade de formar filmes de diamante uniformes em grandes

áreas. No processo, os gases de origem são ionizados por eletrões energéticos

produzidos por filamentos quentes. As principais deficiências são a baixa densidade

de nucleação e a contaminação pelos materiais dos filamentos e substratos, por

exemplo, a presença do cobalto em substratos de carbeto de tungstênio tem influência

negativa nos revestimentos de filmes de diamante CVD obtidos [2]. No entanto, o

HFCVD é muito eficaz na produção de revestimentos tribológicos, uma vez que as

partes não planas com formas complexas podem ser cobertas homogeneamente.

Conclusões

A técnica de revestimento com diamantes HFCVD introduz grandes vantagens para a

indústria na produção de materiais com alta resistência e durabilidade, sendo aplicada

no fabrico de ferramentas de alta qualidade para aplicações em diversos campos tais

como: automóvel, aeronáutica, na construção de moldes e no sector da energia. O

método aplicado permite aplicar camadas de diamante ultrafino da mais alta

qualidade e pureza, mesmo em superfícies com formas complexas. [3]

A I&D de revestimentos de diamante deve continuar com o intuito de reduzir os

efeitos da contaminação de peças, através do estudo/análise de cada uma das

variáveis incorporadas no processo.

Anexo

Figura 1. Micro e nano partículas de diamante

Figura 2. Processo de Sonicação

Figura 3. Câmara para HFCVD

Figura 4. Brocas com revestimento de diamante CVD.

Bibliografia

[1]. Oliveira F. (2016), Revestimentos de diamante CVD em próteses articulares da

anca

[2]. Alves R. (2009) estudos da deposição de filmes de diamante cvd sobre carbeto de

tungstenio, com interface controlada de boreto

[3].Empresa KOMET Group: http://classic.kometgroup.com/es/tools-

navigation/tools/herramientas-con-revestimiento-de-diamante.html