ITMI20090531A1 - Procedimento di deposizione di film su superfici da rivestire - Google Patents

Description

DESCRIZ IONE

PROCEDIMENTO DI DEPOSIZIONE DI FILM SU SUPERFICI DA RIVESTIRE

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento di deposizione di film sottili su superfici da rivestire, in particolare tramite tecniche PVD e/o CVD, del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.

Sono attualmente noti diversi procedimenti di deposizione di film sottili su superfici da rivestire.

In particolare sono noti procedimenti di deposizione di film sottili tramite procedimenti in alto vuoto, in particolare appartenenti alle famiglie PVD e/o CVD. In tali processi i materiali che costituiscono i film sottili sono resi disponibili per mezzo di differenti tecnologie e sono quindi depositati in alto vuoto sulle superfici da rivestire.

In particolare sono noti i processi denominati PVD (Physical Vapor Deposition). Nei processi PVD, i materiali che devono costituire il film vengono resi disponibili, ad esempio sotto forma di gas, vapori e/o particelle, all’interno del volume di una camera sotto vuoto nella quale sono poste le superfici da rivestire. Queste ultime sono generalmente fissate su telai posti in movimento, ad esempio in rotazione su appositi supporti, all’interno della stessa camera sotto vuoto.

Le particelle o simili presenti all’interno della camera entrano quindi in contatto con le superfici da rivestire sulle quali aderiscono.

Generalmente, per mezzo di tecniche PVD, Ã ̈ possibile depositare ad esempio metalli puri o in lega, Nitruri, Carbonitruri od Ossidi e altro.

Sono poi noti i procedimenti denominati CVD (Chemical Vapor Deposition), simili ai processi PVD.

Tuttavia, nei processi CVD sono utilizzati dei precursori dei materiali che devono costituire il film, ossia dei materiali che successivamente a previste reazioni chimiche comporranno il film.

Tali materiali sono poi diffusi all’interno di una camera sotto vuoto nella quale sono poste le superfici da rivestire, preferibilmente in movimento.

Il precursore entra quindi in contatto con le superfici da rivestire sulle quali decompone dando luogo ad un film desiderato.

Generalmente per mezzo di tecniche CVD Ã ̈ possibile depositare per esempio metalli puri o in lega, Nitruri, Carbonitruri, Ossidi, ed anche composti del carbonio e polimeri o altro.

La tecnica nota sopra citata presenta alcuni importanti inconvenienti.

In ambito industriale non à ̈ possibile conferire ai film sottili depositati

e, conseguentemente, ai manufatti dei quali sono rivestiti, alcune particolari proprietà estetiche e/o cromatiche e/o protettive e/o tribologiche utilizzando solamente le tecniche note sopra citate; tali particolari proprietà, qualora alcune di esse fossero ottenibili, coinvolgono necessariamente l’utilizzo di uno o più processi industriali, anche di diversa tipologia rispetto a quelli citati, spesso a scapito della qualità, e/o con elevati costi applicativi e/o scarso rispetto dell’ambiente.

In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione à ̈ ideare un procedimento unico di deposizione di film sottili su superfici da rivestire in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti citati.

Lo scopo dell’invenzione, quindi, à ̈ quello di conferire ai film sottili depositati, e conseguentemente ai manufatti dei quali sono rivestiti, particolari proprietà estetiche e/o cromatiche e/o protettive e/o tribologiche, non ottenibili o, comunque molto difficilmente ottenibili con le tradizionali tecniche di rivestimento superficiale in ambito industriale.

Un secondo scopo dell’invenzione riguarda la possibilità di ottenere i film sottili con le caratteristiche di cui al punto precedente prendendo in esame metodiche produttive che, per quanto attiene alla morfologia e natura dei manufatti da rivestire, ai materiali di consumo utilizzati, alla configurazione dei macchinari, ai tempi di produzione, consentano una diminuzione dei costi e dell’impatto ambientale, garantendo, al contempo, una buona ripetibilità di processo unita ad un’alta qualità.

Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un procedimento di deposizione di film sottili su superfici da rivestire come rivendicato nella annessa Rivendicazione 1.

Esecuzioni preferite sono evidenziate nelle sottorivendicazioni.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di una esecuzione preferita dell’invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la Fig. 1 mostra uno schema di un apparato atto a realizzare il procedimento secondo l’invenzione;

la Fig. 2a schematizza una prima superficie realizzata tramite il procedimento secondo l’invenzione;

la Fig. 2b schematizza una seconda superficie realizzata tramite il procedimento secondo l’invenzione; e

la Fig. 3 evidenzia uno schema delle fasi del procedimento secondo l’invenzione.

Con riferimento alle Figure citate, il procedimento secondo l'invenzione à ̈ globalmente indicato con il numero 1.

Esso consiste, per sommi capi, in un processo aggregato di codeposizione di film sottili e di nanoparticelle.

Lo stesso comprende due fasi realizzate contemporaneamente: una fase di deposizione 2 di uno strato aggregante 11 e una fase di inclusione 3 di nanoparticelle 12, per formare nell’insieme un film 10, in particolare un film sottile, su superfici da rivestire 20 di elementi 21.

Il film 10 Ã ̈ qui di seguito immediatamente descritto nei suoi componenti principali, vale a dire lo strato aggregante 11 e le nanoparticelle 12.

In particolare, lo strato aggregante 11 costituirà da “collante†o “aggregante†per le nanoparticelle 12 sulla superficie da rivestire 20.

Lo strato aggregante 11 Ã ̈ in materiali depositabili tramite i noti procedimenti procedimenti CVD o PVD, ad esempio: metalli, leghe, Nitruri, Carbonitruri, Ossidi, composti del carbonio, polimeri o altro ancora.

Le nanoparticelle 12 possono essere invece realizzate in qualsiasi materiale. In particolare, le nanoparticelle 12 hanno almeno due dimensioni inferiori a 100 nm e possono quindi avere particolari proprietà, fisiche, chimiche e, specialmente, elettroniche e quanto-meccaniche, legate alle loro dimensioni che non si evidenziano nel caso di particelle con dimensioni superiori ai 100 nm.

Le nanoparticelle 12 possono poi essere a loro volta reciprocamente aggregate sotto forma di nano-aggregati 13, comunemente denominati nano-cluster o nano-polveri, come schematizzato in Fig.2b.

Ad esempio, risulta vantaggioso utilizzare nanoparticelle 12 in ossido di zinco per materiali costituenti lenti per occhiali così da aumentarne in maniera considerevole le proprietà protettive da raggi UV. Possono essere utilizzare nanoparticelle 12 che consentono di ottenere colorazioni non ottenibili con particelle tradizionali, oppure ancora utilizzare nanoparticelle 12 che consentono di aumentarne notevolmente la resistenza della superficie al graffio e la durezza della stessa.

Il procedimento 1 Ã ̈ inoltre realizzato in un apposito apparato 30, comprendente un reattore 31 per deposizioni di film tramite tecniche PVD o CVD.

All’interno del reattore 31 à ̈ opportunamente presente un telaio 32 preferibilmente mobile all’interno dello stesso reattore 31, in particolare rotante, e atto a sostenere gli elementi 21 durante il procedimento 1.

Tale reattore 31 à ̈ di per sé noto e prodotto per esempio dalla stessa richiedente Protec Surface Technologies S.r.l., con il nome commerciale Pro Power.

Il reattore 31 à ̈ preferibilmente costituito da una singola camera e realizza quindi un processo comunemente denominato “a batch†.

In alternativa, il reattore 31 può essere costituito da una pluralità di camere ognuna atta a realizzare una diversa sottofase, di per sé nota, della fase di deposizione 2.

Un’ulteriore alternativa prevede che il reattore 31 sia costituito da reattori comunemente denominati “roll-to-roll†in cui, per sommi capi, gli elementi 21 sono sotto forma di nastro arrotolato che viene svolto e riavvolto facendolo transitare all’interno di camere di deposizione PVD e CVD.

All’interno del reattore 31 à ̈ preferibilmente realizzato un vuoto o una atmosfera controllata.

Il reattore 31 può poi essere collegato ad un serbatoio supplementare 33.

Il serbatoio supplementare 33 à ̈ preferibilmente esterno al reattore 31, tuttavia, in alternativa, può essere previsto internamente. Esso à ̈ atto a contenere le nanoparticelle 12 prima della fase di inclusione 3.

Il serbatoio supplementare 33 Ã ̈ collegato al reattore 31 tramite un condotto 34, costituito da flange o simili, opportunamente chiudibile tramite un apposita valvola 35, disposta lungo il condotto 34 e atta a permettere o impedire totalmente o parzialmente il flusso delle nano particelle 12 verso il reattore 31.

Il procedimento 1 comprende principalmente, come già precisato, le fasi contemporanee di deposizione 2 e di inclusione 3.

La fase di deposizione 2 avviene nel reattore 31 ed à ̈ di per sé nota e costituita da un procedimento di deposizione di film tramite alto vuoto. Con tale termine si intendono principalmente i procedimenti PVD e/o CVD di per sé noti.

Sostanzialmente, durante tale fase di deposizione 2, i materiali che devono costituire il film vengono resi disponibili, ad esempio sotto forma di gas, vapori e/o particelle, all’interno del volume del reattore 31 dove à ̈ preferibilmente praticato un vuoto o un’atmosfera controllata e dove gli elementi 21 sono disposti sul telaio 32 e preferibilmente movimentati dallo stesso telaio 32.

Le particelle o simili presenti all’interno della camera entrano quindi in contatto con le superfici da rivestire 20, degli elementi 21, sulle quali aderiscono.

Lo strato aggregante 11 può quindi essere di varia natura, spessore, densità, e può comprendere strati sovrapposti.

La fase di inclusione 3 di nanoparticelle 12 Ã ̈ realizzata contemporaneamente alla fase di deposizione 2.

Essa può inoltre essere più breve della fase di deposizione 2 e quindi avere un inizio successivo all’inizio della fase di deposizione 2 e/o un termine antecedente al termine della fase di deposizione 2.

Durante la fase di inclusione 3 le nanoparticelle 12 vengono diffuse all’interno del reattore 31 ed entrano quindi in contatto con le superfici da rivestire 20 al meno in parte rivestite dallo strato aggregante 11.

Esse sono quindi trattenute e almeno parzialmente inglobate, ossia inglobate parzialmente o totalmente, dallo strato aggregante 11 durante la sua formazione. Conseguentemente anche le nanoparticelle 12 vengono vincolate alle superfici da rivestire 20.

La fase di inclusione 3 può essere inoltre opportunamente preceduta da una fase di preparazione 4 delle nanoparticelle 12.

La fase di preparazione 4 può essere ottenuta, ad esempio, per evaporazione, per ablazione, per formazione di plasma o per esfoliazione, di un bersaglio 14 solido, liquido o gassoso che comprende le dette nanoparticelle 12 o che à ̈ costituito degli stessi materiali che formeranno le dette nanoparticelle 12.

L’evaporazione dei bersagli 14 può avvenire tramite riscaldamento o per mezzo di tecniche note con il nome di magnetron sputtering.

Altre tecniche ancora per evaporare i bersagli 14 consistono nel bombardamento degli stessi tramite fasci di ioni o di elettroni (tecniche IB-PVD o EB-PVD) o tramite fascio laser pulsato ad alta potenza (Pulsed Laser Deposition).

La fase di preparazione 4 può avvenire all’interno del serbatoio supplementare 33 o direttamente all’interno del reattore 31.

Nel primo caso le nanoparticelle 12 sono successivamente convogliate attraverso il condotto 34 nel reattore 31.

Il convogliamento delle nanoparticelle 12 può avvenire, ad esempio, per caduta o per differenza di pressione, oppure per mezzo di un flusso contemporaneo di gas o di liquido trasportatore atto a veicolare le particelle ed eventualmente a reagire chimicamente nella fase di deposizione 2, in particolare nei processi CVD.

Il flusso combinato di nanoparticelle 12 e gas o liquido trasportatore può essere veicolato verso il reattore 31 anche tramite sorgenti ioniche o al plasma o diversi sistemi di adduzione.

Nel secondo caso le nanoparticelle 12, o il bersaglio 14, sono direttamente disposte all’interno del reattore 31 od anche sui telai 32.

L'invenzione consente importanti vantaggi.

Infatti, il procedimento 1 consente di realizzare un film 10 sottile ed includente qualsiasi tipo di particelle o nanoparticelle, su qualsiasi superficie da rivestire 20.

Un altro vantaggio scopo del procedimento 1 à ̈ costituito dal fatto di poter rivestire superfici 20 con nanoparticelle 12 aventi particolari proprietà chimico/fisiche superficiali desiderate.

In particolare, elevate durezza superficiali, elevate proprietà tribolgiche, particolari colorazioni, fluorescenza, antisetticità ed altro ancora.

L'invenzione à ̈ suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti ed i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di deposizione (1) di film (10) su superfici da rivestire (20) comprendente: una fase di deposizione (2) di uno strato aggregante (11) consistente in un procedimento di deposizione in alto vuoto, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di inclusione (3) di nanoparticelle (12) contemporanea a detta fase di deposizione (2), detto strato aggregante (11) essendo atto a trattenere e inglobare almeno parzialmente dette nanoparticelle (12) su detta superficie da rivestire (20).
2. 2. Procedimento di deposizione (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di deposizione (2) avviene tramite tecniche PVD.
3. 3. Procedimento di deposizione (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di deposizione (2) avviene tramite tecniche CVD.
4. 4. Procedimento di deposizione (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui dette nanoparticelle (12) hanno almeno due dimensioni inferiori a 100 nm.
5. 5. Procedimento di deposizione (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di deposizione (2) à ̈ realizzata all’interno di un reattore (31) ed in cui durante detta fase di inclusione (3) dette nanoparticelle (12) vengono diffuse all’interno di detto reattore (31).
6. 6. Procedimento di deposizione (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di inclusione (3) à ̈ preceduta da una fase di preparazione (4) di dette nanoparticelle.
7. 7. Procedimento di deposizione (1) secondo le rivendicazioni 5 e 6, in cui detta fase di preparazione (4) à ̈ realizzata all’interno di un serbatoio supplementare (33) ed à ̈ succeduta da una fase di convogliamento di dette nanoparti celle (12) in detto reattore (31).
8. 8. Procedimento di deposizione (1) secondo le rivendicazioni 5 e 6, in cui detta fase di preparazione (4) à ̈ realizzata direttamente all’interno di detto reattore (31).
9. 9. Apparato (30) per la realizzazione di detto procedimento di deposizione (1) secondo una o più delle rivendicazioni 1-8, comprendente: un reattore (31) atto a consentire la realizzazione di detta fase di deposizione (2), caratterizzato dal fatto di comprendere un serbatoio supplementare (33) atto a consentire la realizzazione di detta fase di preparazione (4).
10. 10. Film (10) realizzato tramite detto procedimento di deposizione (1) secondo una o più delle rivendicazioni 1-8.