Deposición física de vapor

Término en física

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Dentro de la cámara de deposición física de vapor de 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 (especialmente en contextos de crecimiento de monocristales ) llamada transporte físico de vapor ( PVT ), describe una variedad de métodos de deposición de vacío que se pueden usar para producir películas y recubrimientos delgados . El 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 PVD más comunes son la pulverización catódica y la evaporación . El PVD se utiliza en la fabricación de artículos que requieren películas delgadas para aplicaciones mecánicas y ópticas., funciones químicas o electrónicas. Los ejemplos incluyen dispositivos semiconductores tales como paneles solares de película delgada , ^[1] película de PET aluminizado para envases de alimentos y globos , ^[2] y herramientas de corte recubiertas de nitruro de titanio para trabajar metales. Además de las herramientas de PVD para la fabricación, se han desarrollado herramientas especiales más pequeñas (principalmente con 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, incluida la fijación utilizada para sujetar las piezas.

Ejemplos

• Deposición de arco catódico : un arco eléctrico de alta potencia descargado en el material objetivo (fuente) expulsa algo 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 por bombardeo de electrones en vacío "alto" y se transporta por difusión para ser depositado 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]}
• Sublimación en espacios cerrados , el material y el sustrato se colocan uno cerca del otro y se calientan radiativamente.
• Deposición de láser pulsado : un láser de alta potencia elimina el material del objetivo en vapor.
• Deposición por pulverización : una descarga de plasma incandescente (generalmente localizada alrededor del "objetivo" por un imán) bombardea el material y lo expulsa como 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 no equilibrio.
• Método de sándwich de sublimación : se utiliza para crear cristales artificiales.

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

• Probador de Calo : prueba de espesor de revestimiento
• Nanoindentación : ensayo de dureza para recubrimientos de película fina
• Probador pin-on-disc : prueba de coeficiente de desgaste y fricción
• Probador de rayones : prueba de adherencia del revestimiento
• Microanalizador de rayos X: investigación de las características estructurales y la heterogeneidad de la composición elemental de las superficies de crecimiento ^[6]

Comparación con otras técnicas de deposición

Ventajas

• Los recubrimientos de PVD son a veces más duros y más resistentes a la corrosión que los recubrimientos aplicados mediante el proceso 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 los recubrimientos protectores casi nunca son necesarios.
• Capacidad para utilizar prácticamente cualquier tipo de materiales de revestimiento inorgánicos y algunos orgánicos en un grupo igualmente diverso de sustratos y superficies utilizando una amplia variedad de acabados.
• Más respetuoso con el medio ambiente que los procesos de recubrimiento tradicionales como la galvanoplastia y la pintura. ^{[ cita requerida ]}
• 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 de PVD; sin embargo, existen métodos que permiten una cobertura completa de geometrías complejas.
• Algunas tecnologías PVD suelen operar a temperaturas y vacíos muy altos, lo que requiere una atención especial por parte del personal operativo.
• Requiere un sistema de agua de refrigeración para disipar grandes cargas de calor.

Aplicaciones

Como se mencionó anteriormente, los recubrimientos de PVD se utilizan generalmente para mejorar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la oxidación. Por lo tanto, dichos recubrimientos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, tales como:

• Aeroespacial
• Cerrajería arquitectónica, paneles y chapa
• Automotor
• Matrices y moldes para todo tipo de procesamiento de materiales
• Herramientas de corte
• Armas de fuego
• Óptica
• Relojes
• Joyería
• Películas delgadas (tinte de ventana, envasado de alimentos, etc.)
• Barriles de dardos
• Metales (aluminio, cobre, bronce, etc.)

Aplicaciones decorativas

Al variar los gases y la duración del proceso, se produce una gama de colores mediante la Deposición Física de Vapor 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 para edificios y estructuras, como la escultura Vessel en la ciudad de Nueva York y The Bund en Shanghai. También se usa para hardware interior, paneles y accesorios, e incluso se usa en algunos productos electrónicos de consumo, como los acabados Space Grey y Gold del iPhone X, XS y 11 Pro.

Ver también

• HPCVD
• Deposición de vapor químico
• Galjanoplastia de iones
• Deposición de película fina
• Deposición asistida por haz de iones

Referencias

1. Selvakumar, N .; Barshilia, Harish C. (1 de marzo de 2012). "Revisión de recubrimientos espectralmente selectivos depositados en vapor físico (PVD) para aplicaciones térmicas solares 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 Laminados". Manual de ingeniería de paquetes 3ª edición . Prensa CRC. ISBN 978-1566763066.
3. Fortunato, E .; Barquinha, P .; Martins, R. (12 de junio de 2012). "Transistores de película fina 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 .  
4. Él, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (6 de diciembre de 2013). "GLAD asistido por plantilla: enfoque de partículas parcheadas de un solo y multiparche con forma de parche controlada". Langmuir . 29 (51): 15755-15761. doi : 10.1021 / la404592z . PMID 24313824 . 
5. Él, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (18 de junio de 2012). "Fabricación asistida por plantilla de partículas parcheadas 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 en fase 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 .

Lectura adicional

• Anders, André, ed. (3 de octubre de 2000). Manual de implantación y deposición de iones por inmersión en plasma . Wiley-VCH. ISBN 978-0471246985.
• Bach, Hans; Krause, Dieter (10 de julio de 2003). Películas delgadas sobre vidrio . Saltador. ISBN 978-3540585978.
• Bunshah, Roitan F (31 de diciembre de 1994). Manual de tecnologías de deposición para películas y recubrimientos (segunda ed.). Publicación de William Andrew. ISBN 978-0815517467.
• Glaser, Hans Joachim (2000). Recubrimiento de vidrio de área grande . Von Ardenne Anlagentechnik GMBH. ISBN 978-3000049538.
• Glocker, D; Shah, S (17 de diciembre de 2001). Manual de tecnología de proceso de película fina . Prensa CRC. ISBN 978-0750308328.
• Mahan, John E (1 de febrero de 2000). Deposición física de vapor de películas delgadas . Wiley-Interscience. ISBN 978-0471330011.
• Mattox, Donald M. (19 de mayo de 2010). Manual de procesamiento de deposición física de vapor (PVD) (segunda edición). Publicación de William Andrew. ISBN 978-0-815-52037-5.
• Mattox, Donald M (14 de enero de 2004). Los fundamentos de la tecnología de revestimiento al vacío . Publicación de William Andrew. ISBN 978-0815514954.
• Mattox, Donald M .; Mattox, Vivivenne Harwood (2007). 50 años de tecnología de revestimiento al vacío y el crecimiento de la sociedad de revestidores al vacío . Sociedad de Recubridores al Vacío. ISBN 978-1878068279.
• Ohring, Milton (26 de octubre de 2001). Ciencia de los materiales de las películas delgadas, segunda edición . Prensa académica. ISBN 978-1493301720.
• Powell, Carroll F .; Oxley, Joseph H .; Blocher, John Milton (1966). Klerer, J. (ed.). "Deposición de vapor". Revista de la Sociedad Electroquímica . La Sociedad Electroquímica. 113 (10): 226–269. ASIN  B007T4PDL6 . doi : 10.1149 / 1.2423765 .
• Snyder, Tim (6 de mayo de 2013). "¿Qué son las ruedas PVD? Pregunte a la NASA" . 4wheelonline.com . 4WheelOnline.com . Consultado el 3 de octubre de 2019 .
• Westwood, William D (2003). Deposición de Sputter - Serie de libros del Comité de Educación de AVS, Vol. 2 . Comité de Educación, AVS. ISBN 978-0735401051.
• Willey, Ronald R (15 de diciembre de 2007). Monitoreo y control prácticos de películas ópticas delgadas . Willey Optical, Consultores. ISBN 978-0615181448.
• Willey, Ronald R (27 de octubre de 2007). Equipos, materiales y procesos prácticos para películas ópticas delgadas . Willey Optical, Consultores. ISBN 978-0615143972.

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 eliminación física de vapor . YouTube.com . Consultado el 3 de octubre de 2019 .