EuroWire January 2015

Artículo técnico

Se depositaron en continuo películas delgadas de diamante nanocristalino in situ sobre películas de diamante convencional de espesor de 10~15μm, regulando los parámetros del proceso CVD (como presión del gas, concentración de la mezcla de gases hidrocarburo-hidrógeno y si aplicar o no la tensión de polarización) para mejorar significativamente la nucleación secundaria. Las películas compuestas de diamante de superficie lisa fueron obtenidas por deposición de capas alternadas de diamante policristalino rugoso y diamante nanocristalino de grano fino. Se puso un solo filamento recto de tántalo en el eje central de la hilera por revestir (ver la Figura 1 ). El alambre de tántalo se mantiene en posición recta mediante un resorte de alta temperatura o un soporte especial en el caso de hileras de diamante de diámetro interno muy pequeño. Un solo filamento recto puesto en el eje central de la hilera puede mantener la temperatura uniforme en la superficie del foro de la hilera de trefilado durante el proceso de deposición. Una polarización con corriente continua fue aplicada entre el filamento y el sustrato, representado por la hilera de trefilado, para mejorar la densidad de nucleación del diamante. ▼ ▼ Figura 3 : Espectro de Raman del revestimiento de diamante policristalino (negro) y nanocristalino (rojo)

(a)

(b)

▲ ▲ Figura 2 : Vista en plano de las imágenes SEM del revestimiento de diamante policristalino y nanocristalino

El coeficiente de rozamiento aumenta al aumentar la rugosidad de las películas de diamante. Esta rugosidad superficial no es buena para muchas aplicaciones, especialmente para el trefilado de conductores de aluminio, donde se requieren coeficientes de rozamiento muy bajos durante el proceso y niveles de acabado del producto muy altos, requisitos alcanzables ahora con el uso de películas obtenidas con el proceso HFCVD. 2 Preparación de hileras con revestimiento compuesto de diamante nanocristalino Los autores de este artículo han resuelto el problema de la alta rugosidad superficial de los revestimientos de diamante policristalino mediante la deposición de revestimientos compuestos de diamante nanocristalino. Las películas compuestas de diamante de superficie lisa fueron depositadas mediante deposición de vapor químico en dos fases, que incluyen primero la deposición del diamante policristalino rugoso convencional y luego capas de diamante nanocristalino. Como sustratos se usaron hileras de trefilado de carburo de tungsteno cementado YG6 (Co 6%), que fueron pretratadas con varios métodos, como la lixiviación del cobalto por inmersión en reactivos específicos y el rayado del sustrato usando polvo de diamante [3] . Las películas de diamante convencional y diamante nanocristalino fueron depositadas en un equipo CVD de filamento caliente mejorado con polarización.

este revestimiento resistente al desgaste puede ser utilizado fácilmente en las hileras de trefilado. El revestimiento obtenido mediante deposición química de vapor por filamento caliente (HFCVD por sus siglas en inglés) en la superficie del foro interno de las hileras de trefilado de WC-Co permite obtener resultados particularmente buenos con las mismas ventajas de las hileras de trefilado de diamante convencionales, pero con mejores prestaciones en las áreas clave. Por ejemplo, súper alta dureza (70~100 GPa), coeficiente de rozamiento muy bajo (~0,1), súper alta conductividad térmica (8~20W/cm·K) e inercia química. Nótese también que las técnicas HFCVD proporcionan ventajas económicas incomparables con diámetros internos más grandes, mientras que las hileras de diamante convencionales no son competitivas desde el punto de vista económico. En particular, las hileras de diamante nanocristalino tienen un éxito enorme respecto a las hileras de carburo de tungsteno y diamante policristalino en el caso del compactado de cables de potencia de cobre y aluminio, alcanzando diámetros internos de hasta Ø60mm [2] . Una de las ventajas clave del proceso HFCVD es la producción de revestimientos de diamante con baja rugosidad. Éste ha sido siempre un gran desafío para las películas superficiales de diamante policristalino convencional. Dado que las películas de diamante sintético depositadas por medio de los procesos CVD convencionales son policristalinas y de alta granulometría, generan una superficie muy rugosa debido a la alta energía superficial del diamante. Dado que el diamante es el material más duro que se conoce, los métodos de pulido son difíciles de aplicar y requieren tiempo, especialmente para películas finas de diamante.

película superficial de diamante nanocristalino (NDC)

intensidad (au)

película subyacente de diamante policristalino (MDC)

número de onda (cm -1 )

▼ ▼ Figura 4 : Aspecto de la hilera con revestimientos compuestos de diamante nanocristalino (nano-die)

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