Estudos de aprimoramento de um sistema DC pulsado PECVD com catodo adicional para depósito de filmes de DLC de alta aderência e propriedades melhoradas sobre substratos metálicos

• Processo: 16/07288-8
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de dezembro de 2016
• Vigência (Término): 30 de abril de 2017
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Vladimir Jesus Trava-Airoldi
• Beneficiário: Marco Antonio Ramirez Ramos
• Instituição-sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 12/15857-1 - Estudos científicos e aplicações inovadoras em diamante-CVD, Diamond-Like Carbon (DLC) e carbono nanoestruturado, obtidos por deposição química na fase vapor, AP.TEM
• Assunto(s): Atrito Desgaste dos materiais Dureza

Resumo

A pesquisa de materiais nanoestruturados, na forma de revestimentos ou filmes finos, com propriedades avançadas tem possibilitado o desenvolvimento de novas evoluções científicas e tecnológicas em diferentes segmentos da academia e do setor produtivo. Entre esses materiais, o carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), também conhecido pela sigla em inglês DLC (Diamond-like Carbon), tem se destacado devido a suas excelentes propriedades, tais como alta resistência mecânica, elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, entre outras. Um desafio para os pesquisadores da área de engenharia de superfícies é depositar filmes de DLC de alta aderência sobre substratos metálicos para aplicações de interesse industrial, onde os estudos de escala e de automação se tornam necessários. A automação aqui dita, não se restringe a automatizar um equipamento, mas compreender química e fisicamente o processo de deposição dos filmes finos de DLC, nos diferentes tipos de substratos, para que o sistema permita o estudo das propriedades destes filmes finos nas diferentes posições dentro do reator objetivando maximizar o uso dos componentes gases via controle de fluxo, de pressão, de temperatura, de percentual entres os gases precursores, etc.. Assim, nesta linha de pesquisa, este projeto de pós-doutorado tem por objetivo identificar e compreender melhor as questões envolvidas na adesão entre filmes de DLC e diferentes substratos metálicos, especialmente, com o aprofundamento do uso das técnicas XPS e SIMS, além das técnicas convencionalmente utilizadas. Para isso, a técnica de DC pulsada PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) com catodo adicional, embora pouco explorada até agora, será utilizada para a deposição de filmes de DLC em grandes áreas e grandes volumes internos de um reator especialmente preparado para este trabalho. Desta forma, a principal contribuição do projeto é o estudo detalhado desta técnica buscando estabelecer os parâmetros de deposição necessários para a síntese de filmes de DLC de alta aderência e baixas tensões residuais e estabelecer uma correlação com as dimensões e formas do catodo adicional, que é o principal responsável pela alta aderência. Como parte dos estudos de caracterização dos filmes de DLC, as propriedades estruturais, morfológicas, mecânicas e tribológicas das amostras sintetizadas serão determinadas como função das dimensões do catodo adicional, que pela primeira vez estará sendo estudado para ser completamente compreendido. Por fim, enfatiza-se que este sistema foi patenteado pela equipe, e que o proponente desta solicitação é co-autor, onde pela primeira foi utilizado um sistema PECVD a operar em pressões abaixo de 10-3 Torr, um processo de crescimento de filmes via PECVD em regime de não colisões, proporcionando alta aderência entre o filme de DLC e os respectivos substratos. A automação é apenas uma necessidade a ser alcançada durante os estudos, onde as propriedades diferenciadas dos filme de DLC precisam ser iguais para todo o volume do reator, o que requer um controle maior dos parâmetros envolvidos no processo de descarga, entre eles fluxo de gases, em diferentes regiões do reator, fração entre os componentes precursores, tensão aplicada (largura de pulso, frequência e amplitude). Lembra-se, por fim, que os parâmetros de escala e de automação devidamente determinados, conforme esperado, este sistema estará sendo disponibilizado ao mercado nacional e internacional, pela primeira, vez como uma inovação, em instrumentação avançada, de forte impacto e como um dos mais importantes sub produtos dos estudos de DLC pela Equipe Dimare do INPE. (AU)