EuroWire January 2015

Articolo tecnico

Sono state depositate pellicole di diamante tradizionale e nanocristallino in un dispositivo CVD assistita da filamento caldo migliorato con polarizzazione. Sono state quindi depositate in continuo pellicole sottili di diamante nanocristallino in situ su pellicole di diamante tradizionale dello spessore di 10~15μm, regolando i parametri del processo CVD (quali la pressione del gas, il rapporto della miscela gassosa idrocarburo-carbonio e l’eventuale applicazione della polarizzazione) per migliorare in modo significativo la nucleazione secondaria. Le pellicole di diamante composito con superficie liscia sono state ottenute mediante la deposizione di strati alternati di diamante policristallino ruvido e diamante nanocristallino a grana fine [4] . È stato disposto un singolo filamento rettilineo di tantalio sulla linea centrale della filiera da rivestire (rif. Fig. 1 ) Il filo di tantalio viene mantenuto rettilineo mediante una molla ad alta temperatura o un supporto specifico nel caso di filiere con diametri interni molto piccoli. Un singolo filamento rettilineo posto sulla linea centrale della filiera può uniformare la temperatura della superficie del foro della filiera durante il processo di deposizione. Una polarizzazione a CC è stata applicata fra il filamento e il substrato rappresentato dalla filiera di trafilatura per migliorare la densità di nucleazione del diamante. ▼ ▼ Figura 3 : Spettri di Raman del rivestimento in diamante policristallino (nero) e nanocristallino (rosso)

(a)

(b)

▲ ▲ Figura 2 : Vista in piano delle immagini SEM del rivestimento in diamante policristallino e nanocristallino

pellicole di diamanti sottili. Il coefficiente di attrito aumenta all’aumentare della rugosità delle pellicole di diamante. Tale rugosità superficiale non è adatta per numerose applicazioni, specialmente nel caso di applicazioni di trafilatura di conduttori di alluminio che beneficiano notevolmente dell’attrito molto ridotto del processo e dell’elevata finitura del prodotto, ora entrambi requisiti realizzabili mediante le pellicole ottenute con il processo HFCVD.

La sintesi e la caratterizzazione dei rivestimenti a base di diamante hanno suscitato un vasto interesse nel settore della ricerca [1] e questo rivestimento resistente all’usura può essere agevolmente utilizzato per le filiere. Il rivestimento ottenuto mediante la deposizione chimica da fase vapore assistita da filamento caldo (HFCVD) sulla superficie del foro interno delle filiere di trafilatura WC-Co, offre risultati particolarmente buoni con gli stessi vantaggi delle filiere di diamante tradizionali, ma con prestazioni più elevate nelle aree chiave. Ad esempio, una durezza elevatissima (70~100 GPa), un coefficiente di attrito molto ridotto (~0,1), una conduttività termica molto alta (8~20W/cm · K) e l’inerzia chimica. Va rilevato che le tecniche HFCVD offrono straordinari vantaggi economici con diametri di foro interni maggiori ove le filiere di diamante tradizionali hanno prestazioni economiche relativamente basse. In particolare, le filiere di diamante nanocristallino hanno uno straordinario successo sostituendosi alle filiere in carburo di tungsteno e in diamante policristallino per le applicazioni di compattazione dei cavi di potenza in rame e alluminio, raggiungendo diametri interni fino a 60mm [2] . Uno dei vantaggi chiave del processo HFCVD è rappresentato dalla produzione di rivestimenti di diamante con una bassa rugosità. Ciò ha sempre costituito una grande sfida per le pellicole superficiali di diamante policristallino tradizionali. Siccome le pellicole di diamante sintetico depositate mediante i processi CVD tradizionali sono policristalline con una alta granulometria, ciò si traduce in una superficie molto ruvida, data l’elevata energia superficiale del diamante. Dal momento che il diamante è il materiale più duro che si conosca, i metodi di levigatura sono difficili da applicare e richiedono molto tempo, specialmente nel caso di

2 Preparazione di filiere per rivestimenti

compositi a base di diamante nanocristallino ( nano-dies )

pellicola superficiale di diamante nanocristallino (NCD)

Gli autori del presente articolo hanno risolto il problema dell’elevata rugosità superficiale dei rivestimenti a base di diamante policristallino mediante la deposizione di rivestimenti compositi a base di diamante nanocristallino. Le pellicole di diamante composite con una superficie liscia sono state depositate mediante un processo di deposizione chimica a vapore in due fasi che comprendeva prima la deposizione del diamante policristallino ruvido tradizionale e quindi gli strati di diamante nanocristallino. Sono state utilizzate come substrati filiere al carburo di tungsteno cementato YG6 (Co 6%), pretrattate mediante vari metodi, come la lisciviazione del cobalto tramite immersione in reagenti specifici e raschiatura del substrato utilizzando polveri di diamante [3] .

intensità (au)

pellicola sottostante di diamante policristallino (MCD)

numero di onda (cm -1 )

▼ ▼ Figura 4 : Aspetto della filiera con rivestimento composito in diamante nanocristallino (nano-die)

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Gennaio 2015