Filmes intermediários para deposição de diamantes CVD sobre aços / Intermediate films for diamond deposition on steel

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

O presente trabalho está inserido dentro da linha de pesquisa na área de crescimento de diamante por deposição química da fase vapor (CVD "Chemical Vapor Deposition"), de filmes finos e auto-sustentados de diamante. A utilização de revestimentos de diamante CVD sobre alguns substratos de grande uso tecnológico, em particular os aços, ainda constituem grandes desafios a serem desvendados, relacionados à obtenção de aderência dos filmes aos substratos. Materiais como o ferro, elemento base dos substratos de aço, possuem efeitos negativos para o processo de crescimento de diamante CVD, como efeitos catalíticos na nucleação preferencial da fase grafítica e alta solubilidade de átomos de carbono nas temperaturas típicas de deposição de diamante. Ainda devido às diferenças entre os coeficientes de expansão térmica, são geradas tensões na interface entre os substratos de aço e o filme de diamante depositado. A principal solução buscada para estes problemas tem sido a deposição de filmes intermediários. Neste trabalho são desenvolvidos e aplicados métodos de preparação da interface sobre o substrato pelo processo da termodifusão em sais fundentes, com o objetivo de formar camadas intermediárias mais adequadas ao crescimento de diamante e que permitam a relaxação das tensões térmicas. Devido às características favoráveis ao crescimento de diamante CVD, à aderência ao substrato, ao coeficiente de dilatação térmica intermediária entre o conjunto filme de diamante interface e interface substrato são estudados filmes intermediários de carboneto de vanádio, molibdênio, carboneto de molibdênio, e boreto de ferro. O crescimento de diamante foi realizado em reator assistido por filamento quente. Microscopia de eletrônica de varredura (MEV), energia dispersiva de raios X (EDX), difração de raios X, espectroscopia de espalhamento Raman e indentação Rockwell C foram técnicas utilizadas na caracterização das amostras. Os resultados mostram que a deposição de carboneto de vanádio (VC) e de FeB são eficientes em bloquear a difusão de carbono e permitir a deposição de diamante de boa qualidade, mas são ineficientes em promover a relaxação das tensões térmicas. No caso do VC, a limitação é a pequena espessura do filme e, no caso do FeB, o coeficiente de expansão térmica é ainda maior que o do aço. A eletrodeposição de molibdênio em sais fundentes mostra-se eficiente em produzir camadas intermediárias espessas, com coeficiente de expansão térmica intermediário, mas não produz interfaces adequadas com o substrato de aço e, por isso, inviáveis. A camada de Fe2B mostra-se eficiente na relaxação das tensões térmicas, permite a obtenção de filmes de diamante relativamente aderentes, mas a qualidade cristalina do diamante era baixa, indicando que o bloqueio da difusão de carbono é apenas parcial. Alternativas de camadas múltiplas com Fe2B e FeB ou Fe2B e VC foram testadas com o intuito de aumentar o bloqueio da difusão de carbono e aproveitar a relaxação das tensões térmicas promovidas pelo Fe2B. No primeiro caso, o alto coeficiente de expansão térmica do FeB mostra-se preponderante. No segundo caso, não foi possível obter a dupla camada, pois a camada de Fe2B desapareceu durante o processo de deposição do VC. Finalmente, foi testado um método de relaxação de tensões através do aumento da rugosidade da superfície, obtido através de recartilhamento a laser, e comparando os filmes intermediários de FeB e VC. A relaxação das tensões é eficiente com o filme de VC, mas é muito pouco eficiente com o filme de FeB, mostrando que o alto coeficiente de expansão térmica deste último impede sua utilização eficiente. Este conjunto de experimentos mostra que muito se avançou na obtenção de filmes de diamante aderentes sobre substratos de aço, mas uma solução definitiva ainda não foi obtida.

ASSUNTO(S)

fÍsica de materiais filmes de diamante interface eletrodeposição termodifusão aderencia materials physics diamond films interlayer electrodeposition thermodiffusion adhesion steel

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