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Gli sviluppi delle tecnologie CVD o PVD  

• Nel caso dei processi CVD l'evoluzione degli ultimi anni per la produzione di rivestimenti ceramici con caratteristiche migliorate o peculiari rispetto ai ricoprimenti standard, riguarda sia modifiche importanti nelle tecnologie di processo (soprattutto per abbassare drasticamente le temperature di deposizione), sia la possibilità di depositare film ceramici con caratteristiche fisiche e meccaniche elevatissime.

  Inoltre i tipi di processi CVD si stanno differenziando molto uno dall'altro e stanno aumentando come numero, in quanto le condizioni di processo sono molto differenti fra un processo e l'altro, e non esistono parametri o apparecchiature standard come nel caso dei processi PVD.

   

  All'interno della famiglia dei processi innovativi CVD, possiamo citare i seguenti:

  1. Processo MOCVD o "Low temperature CVD" che utilizza gas di reazione differenti da quelli standard e con cui è possibile ottenere depositi ceramici a una temperatura di 400-500 C. Un esempio è l'utilizzo di una miscela di (WF₆,C₆H₆,H₂) per ottenere film di Carburo di Tungsteno (W₂C,W₃C,W₂C+W₃C). I film di W₂C così ottenuti presentano un'elevata resistenza all'abrasione, alla corrosione e alla conduttività termica e sembrano essere molto adatti (anche per il loro elevato spessore) al ricoprimento di stampi per lavorazioni ad elevata temperatura.
  2. Processo "Plasma Assisted CVD" in cui con l'utilizzo di un "plasma" si riescono ad abbassare le temperature di deposizione in un campo fra i 400 C e i 650 °C ottenenendo rivestimenti di materiali ceramici differenti (TiN, TiC, SiN, Si₃N₄, Si0₂, SiC,etc.). I risultati ottenuti con questo tipo di processo sono contrastanti, anche se ultimamente sono comparsi sul mercato i primi impianti con dimensioni industriali che applicano questa tecnologia. Per quanto riguarda le possibili applicazioni, questa tecnologia potrebbe essere molto promettente sugli utensili da taglio, in quanto la bassa temperatura di deposizione non provoca nessuna reazione tra il substrato e il materiale di rivestimento, non altera le proprietà del substrato e, per esempio, nel caso degli utensili in carburo non porta ad eventuali fenomeni di infragilimento all'interfaccia substrato-rivestimento.
  3. CVI - Chemical Vapor Infiltration: questo processo è una modifica del processo CVD convenzionale, applicato a fibre composite o a materiali porosi (es.grafite), e a bassi ritmi di deposizione in modo da far penetrare il materiale di rivestimento nel materiale base ottenendo una densificazione del substrato (es. rivestimento di SiC per fibre Carbon-Carbon ).

  Per depositare invece strati con proprietà differenti e più elevate dei rivestimenti standard, sono state messe a punto differenti tecnologie in funzione delle diverse applicazioni  in particolare due tecniche sono importanti:

  • La Deposizione di Nitruro di Boro Cubico (CBN) ottenuta ad elevata temperatura (oltre gli 800 °C) e che permette di ottenere rivestimenti con una durezza molto elevata e con un coefficiente di espansione termica simile a quella dei metalli duri. Dalle prime prove eseguite sembra che questo rivestimento sia molto efficace come film antiusura su utensili per la lavorazione di acciai induriti e superleghe.Inoltre questo riporto può essere utilizzato come "interlayer" per la deposizione di film di Diamante su substrati in metallo duro e acciaio.
  • La Deposizione di Diamante o "Diamond Like Carbon" (DLC). Questa è sicuramente la novità più interessante nel campo dei processi CVD, in quanto con questa tecnologia è possibile ottenere depositi di "diamante cristallino" con caratteristiche simili al diamante naturale monocristallino. Per ottenere ciò sono stati messi a punto dei processi CVD che sfruttano la sintesi metastabile a bassa pressione del diamante in fase gassosa utilizzando miscele di CO o CH₄ e H₂ in presenza di un plasma e in un campo di temperature fra i 700 e i 1.000 °C.

  • Le caratteristiche degli strati ottenuti sono elevatissime:

    §      la durezza si avvicina a quella del diamante naturale (7000-12.000 HV);

    §      il coefficiente d'attrito è simile a quello del Teflon;

    §      la reattività chimica è bassissima (in ambienti non ossidanti);

    §      la stabilità termica in atmosfera inerte è molto alta e può superare i 1.200 °C;

    §      la conduttività termica è altissima;

    §      la resistenza all'ossidazione ad elevate temperature non è invece molto alta e il diamante inizia ad ossidarsi oltre i 600 °C.

    Per quanto riguarda la realizzazione di questi strati esistono ancora molti problemi legati alle dimensioni degli impianti sperimentali, alle difficoltà di adesione del diamante sui vari substrati, allo studio di differenti "interlayers" fra il substrato e il film di diamante per ottimizzare le differenti applicazioni.

    Comunque la potenzialità di questo tipo di rivestimento è enorme in differenti campi di applicazione. Come esempi possiamo citare la costruzione di semiconduttori, il rivestimento di vetri e specchi per applicazioni aerospaziali, riporti con differenti caratteristiche elettriche, termiche e di trasmissione del suono nel settore elettronico, etc. Inoltre i riporti di Diamante possono rimpiazzare i rivestimenti ceramici in applicazioni molto esasperate. Un esempio potrebbe essere la sostituzione di una parte delle applicazioni degli utensili costruiti in Diamante sintetico Policristallino (PCD), in quanto questi ultimi non possono essere costruiti in forme che non siano elementari (p.e. inserti con rompitruciolo) e inoltre sembra che le caratteristiche dei film di Diamante CVD siano notevolmente superiori a quelle del PCD. I risultati delle prime prove sperimentali su utensili rivestiti con film di Diamante CVD sono molto incoraggianti, soprattutto nella lavorazione di materiali difficili quali superleghe, fibre composite, etc. Questa clamorosa novità potrà aprire dei campi di applicazione vastissimi per quanto riguarda i rivestimenti CVD e rappresenta di sicuro un salto di qualità notevole nel campo dei processi di deposizione per via vapore.

  • www.lafer.eu