PT1846588E - Processo de elaboração por projecção térmica de um alvo à base de silício e de zircónio - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO EPÍGRAFE: "PROCESSO DE ELABORAÇÃO POR PROJECÇÃO TÉRMICA DE UM ALVO À BASE DE SILÍCIO E DE ZIRCÓNIO" A presente invenção diz respeito a um processo de elaboração de um alvo destinado a ser utilizado nos processos de depósito sob vácuo, em atmosfera neutra ou reactiva, nomeadamente por pulverização catódica assistida por campo magnético, por pulverização ou por fonte de iões.

Segundo um outro aspecto da invenção, ela visa igualmente um alvo obtido pela realização do dito processo, assim como a utilização de um tal alvo tendo em vista a obtenção de camadas à base do material pulverizado a partir do dito alvo, assim como uma composição do composto permitindo a elaboração do dito alvo pelo processo objecto da invenção.

Conhecem-se diversas técnicas conduzindo ao fabrico de alvos a partir da colocação de uma forma de uma mistura de pós. Assim, os alvos em questão podem resultar de um processo de fundição, de vitrificação da dita mistura, pelo menos classicamente de uma técnica de projecção térmica, e mais particularmente de 1 uma técnica de projecção por tocha plasma (ou comummente chamado plasma spray em inglês).

As técnicas de projecção térmica dão satisfação tanto quando se trata de elaborar alvos mono constituinte, mas quando o alvo é à base de vários constituintes, o alvo apresenta geralmente heterogeneidades estruturais que conduzem a inhomogeneidades ao nível da camada depositada.

Mais particularmente, os inventores têm constatado que para as misturas de pós apresentando densidades sensivelmente diferentes, por exemplo uma mistura à base de pós compreendendo o silício (densidade = 2,34), o alumínio (densidade =2,7) e um outro constituinte M cuja densidade pode ser compreendida entre 5 e 10, os afastamentos de densidade entre Si, AI por um lado e M por outro lado, induzem os problemas seguintes: risco de segregação e portanto de heterogeneidade na mistura de pó antes da injecção conduzindo finalmente a um alvo inhomogéneo em composição trajectórias diferentes de cada uma das espécies na via plasma para os pós de densidade diferentes, conduzindo à separação do feixe de partículas em tantos feixes quantos 2 os níveis de densidade diferentes que existam (respectivamente tantos feixes quantas as espécies ou os constituintes que existam na mistura). Estes feixes distintos conduzem então a heterogeneidades de micro estrutura no alvo, a micro estrutura sendo então do tipo multicamada (sobreposição de camadas A e B).

Estas heterogeneidades no alvo induzem efeitos negativos durante a realização das camadas finas por pulverização (fenómeno de arcos parasitas, heterogeneidade das composições das camadas finas). Isso pode igualmente produzir um aumento de rugosidade da superfície do alvo consecutiva ao gradiente de rendimento da pulverização das diferentes zonas no seio do alvo. Este aumento de rugosidade pode-se traduzir nos casos extremos pelo aparecimento de protuberâncias de tamanho significativo (qq mm em diâmetro/altura) conduzindo ao aparecimento de arcos em superfície (exacerbação do campo eléctrico por efeito de ponta).

Além disso, certas espécies que devem ser misturadas aos constituintes apresentam riscos industriais elevados sobretudo quando elas estão presentes sob a forma de metais puros pulverulentos (grande superfície especifica) nas gamas de granuiornetria requeridas pela projecção plasma (risco de explosão para certos metais pulverulentos devido ao facto da 3 sua extrema avidez em oxigénio). A presente invenção visa pois atenuar estes inconvenientes propondo um processo de elaboração de alvos por projecção térmica, nomeadamente por via plasma que permite a obtenção de alvo de micro estrutura homogénea, apesar da disparidade das densidades respectivas de cada uma das espécies constituindo a mistura inicial. A invenção visa de acordo com um primeiro aspecto uma composição de um composto compreendendo os constituintes definidos mais adiante e expressos em percentagens massiva, permitindo a elaboração de um alvo, caracterizada por ela ser constituída essencialmente de: AI : 2 a 20 % - Si : 25 a 45 % - ZrSÍ2 : 45 a 70 %

Para este efeito, a invenção reporta-se a um processo de elaboração, por projecção térmica, nomeadamente por via plasma, de um alvo, o dito alvo compreendendo pelo menos um composto respondendo à composição precedente, no qual se injecta pelo menos uma fracção do dito composto cujos constituintes são ligados por ligações covalentes e/ou iónicas 4 e/ou metálicas num propulsor plasma, o dito propulsor plasma projectando os constituintes do dito composto sobre o alvo de maneira a obter um depósito do dito composto ao nivel de uma porção de superfície do dito alvo.

Graças à injecção de um composto do tipo liga (ou apresentando uma mistura intima dos átomos) na via plasma, não existe risco de heterogeneidade entre os átomos constitutivos do dito composto ao nível do material depositado.

Nos modos de realização preferidos da invenção, pode-se eventualmente ter de recorrer além disso a uma e/ou a outra das disposições seguintes: injecta-se uma outra fracção do dito composto sob a forma de uma mistura de pós, adapta-se a granulometria de cada um dos pós formando a mistura em função da sua densidade respectiva de maneira a que a sua massa média respectiva seja tão próxima quanto possível, - utilizam-se vários canais de injecção para os quais se ajusta independentemente os parâmetros de injecção em função dos materiais injectados em cada canal, 5 a projecção do composto é realizada no seio de um recinto preenchido de uma atmosfera neutra após uma purga prévia por colocação no vácuo, a projecção do composto é realizada no seio de um recinto tendo sido purgado sob vácuo depois preenchido de um gás neutro, até uma pressão podendo ir de 50 mbars a 1000 mbars, realiza-se um movimento relativo entre o alvo e o plasma, realiza-se um tratamento de superfície do alvo previamente ao depósito do dito composto, o tratamento de superfície comporta uma limpeza da porção de superfície do alvo, o tratamento de superfície comporta um depósito de uma camada de um material de ligação ao nível da porção de superfície do alvo, procede-se a uma regulação térmica da porção de superfície do alvo durante a projecção plasma, injecta-se pelo menos um silicieto do dito metal M. 6

De acordo com um outro aspecto da invenção, esta visa um alvo de dispositivo de pulverização catódica, nomeadamente assistida por campo magnético, o dito alvo compreendendo maioritariamente o silicio e sendo caracterizado por a sua composição responder à composição precedentemente descrita.

Nos modos de realização preferidos da invenção, pode-se eventualmente ter de recorrer além disso a uma e/ou a outra das disposições seguintes: o alvo comporta igualmente um composto do tipo silicieto do dito metal, o alvo é de geometria plana ou tubular, o alvo é a base de um material suporte em cobre ou liga acobreada, o alvo é revestido de uma camada de ligação à base de uma liga acobreada, - o alvo é à base de um material suporte em aço inoxidável, o alvo é revestido de uma camada de ligação à base de uma liga de níquel. 7

Outras características e vantagens da invenção aparecerão no decurso da descrição seguinte dada a titulo de exemplos não limitativos, ilustrada pelas figuras seguintes: - a figura 1 é uma vista mostrando a micro estrutura em corte de um alvo SiZrNAl obtido pelo processo de elaboração de acordo com a invenção, - a figura 2 é uma vista mostrando a micro estrutura em corte de um alvo ZrSÍ2Al obtido pelo processo de elaboração de acordo com a invenção, a figura 3 é uma vista mostrando a micro estrutura em corte de um alvo ZrSiAl obtido por um processo de elaboração tradicional (por vitrificação).

De acordo com um modo preferido de elaboração de um alvo objecto da invenção, este comporta um suporte cilíndrico ou plano em liga acobreada ou em aço inoxidável.

Este suporte metálico sofre um tratamento de superfície que consiste essencialmente numa limpeza por projecção da superfície por projecção de grãos abrasivos {grit 36 ou 24 por exemplo) ou por realização de riscas ou estrias por uso afim de favorecer a aderência de uma sob camada de ligação.

Em função da natureza do material formando o suporte do alvo diferenciar-se-á o material desta sob camada de ligação. Assim, para um suporte em aço, a sob camada é realizada em liga à base de Ni (por exemplo Ni AI com Ni 75 a 100 % em proporção massiva) enquanto que para uma placa suporte à base de cobre, a sob camada é uma liga à base de cobre, por exemplo do tipo Cu-Al-Fe ou Cu-Al (80 a 95 % de Cu - e 5 a 20 % de AI - e 0 a 5 % de Fe), as proporções expressas sendo massivas.

Esta sob camada pode ser depositada por uma técnica clássica de projecção plasma. É também possível de a aplicar por projecção ao arco eléctrico ou à chama oxiacetilénico. Se necessário, utilizam-se vários canais de injecção para os quais se ajusta independentemente dos parâmetros de injecção em função dos materiais injectados em cada canal, isto permitindo igualmente anular os efeitos negativos das disparidades de densidade.

Este suporte assim revestido de uma sob camada de ligação é instalado num recinto, inicialmente posto no vácuo e posteriormente preenchido de uma atmosfera neutra (árgon por exemplo) sob uma pressão de 50 a 1000 mbars.

Após colocação em movimento relativo o suporte destinado a constituir o alvo em relação ao dispositivo de projecção por 9 plasma e regulação térmica por uma circulação de um fluido portador de calor ao nivel do suporte metálico, injecta-se um composto de composição SiZrAl obtido a partir de uma mistura de pós de composição

ZrSÍ2 - granulometria 15-50 μιη - Densidade ZrSÍ2 = 4,88 g/cm3

Si - granulometria 30-90 μπι - Densidade Si = 2,34 g/cm3 AI - granulometria 45-75 μιη - Densidade AI = 2,7 g/cm3

Os 3 pós foram misturados nas proporções requeridas, seja :

60 % massivas de ZrSi2 34,5 % massivas de Si - 5,5 % massivas de AI

Neste exemplo o metal M escolhido que é ligado ao silicio sob a forma de silicieto é o zircónio, mas é evidente que se poderia ter utilizado um constituinte sob a forma de um metal M escolhido entre (Zr, Mo, Ti, Nb, Ta, Hf, Cr) . A camada funcional Si-M-Al apresenta uma micro estrutura 10 constitutiva de uma justaposição de zonas cuja composição é maioritariamente Si e de zonas de comparação MaSib e de zonas de composição Al, repartidas de maneira homogénea, o tamanho destas zonas sendo de alguns microns a aproximadamente 100 microns.

Este alvo é particularmente destinado a ser utilizado no seio de uma instalação de depósito de camada sob vácuo (magnetrão em atmosfera neutra ou reactiva, nomeadamente por pulverização catódica assistida por campo magnético, por descarga coroa, ou por pulverização por fonte iónica), com vista à obtenção de uma camada à base de um nitreto misto de silício e de zircónio, e cujo índice de refracção é compreendido entre 2,10 e 2,30, preferencialmente entre 2,15 e 2,25. Esta camada é destinada a ser ligada (quer dizer depositada directamente sobre um substrato ou indirectamente sobre uma outra camada ela mesma em contacto de um substrato) a um substrato em matéria orgânica (PMMA, PC) ou inorgânica (vidro à base de sílica).

Como se pode ver sobre as figuras 1 e 2, constata-se que a estrutura é lamelar. Os estratos de cor branca ou cinzenta clara correspondem ao alumínio enquanto que a fase de cor cinzenta mais escura corresponde ao ZrSÍ2 ou ao ZrN. As manchas pretas são a porosidade residual. 11 A micro estrutura lamelar destas figuras são para comparar àquela representada na figura 3. Como mostra esta figura 3, a micro estrutura não é de todo lamelar (não existem estratos de cor ou cinzentos), a fase cinzenta é o Si, enquanto que a fase preta corresponde às porosidades e as fases brancas são Zr e AI. Os materiais aparecem sob a forma de partículas uniformemente repartidas na estrutura.

Em conclusão a estas análises qualitativas, é facilmente possível, a partir de uma micro estrutura, caracterizar o processo de elaboração do alvo assim analisado.

Lisboa, 2 de Novembro de 2010 12

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES Ia - Composição de um composto compreendendo os constituintes definidos mais adiante e expressos em percentagens massivas, permitindo a elaboração de um alvo por um processo de elaboração por projecção térmica, nomeadamente por via plasma, caracterizada por ela ser constituída essencialmente de: - Al : 2 a 2 0 % - Si : 25 a 45 % - ZrSi2 : 45 a 70 % 2a - Composição de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizada por ela ser obtida a partir de uma mistura de pós cujas granulometrias respectivas são as seguintes: - a granulometria do ZrSi2 é compreendida entre 15-50 pm - a granulometria do Si é compreendida entre 30-90 pm - a granulometria de Al é compreendida entre 45-75 pm 3a - Processo de elaboração por projecção térmica, nomeadamente por via plasma, de um alvo, o dito alvo compreendendo pelo menos um composto à base de átomos de natureza diferente segundo a composição de acordo com uma das 1 reivindicações n° 1 ou 2, caracterizado por se injectar pelo menos uma fracção do dito composto cujos constituintes são ligados por ligações covalentes e/ou iónicas e/ou metálicas num propulsor plasma, o dito propulsor plasma projectando os constituintes do dito composto sobre o alvo de maneira a obter um depósito do dito composto ao nivel de uma porção de superfície do dito alvo. 4a - Processo de acordo com a reivindicação n° 3, caracterizado por se injectar uma outra fracção do dito composto sob a forma de uma mistura de pós. 5a - Processo de acordo com uma das reivindicações n° 3 ou 4, caracterizado por se adaptar a granulometria de cada um dos pós formando a mistura em função da sua densidade respectiva de maneira a que a sua massa média respectiva seja tão próxima quanto possivel. 6a - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações n° 3 a 5, caracterizado por a projecção do composto ser realizada no seio de um recinto preenchido de uma atmosfera neutra. 7a - Processo de acordo com a reivindicação n° 6, caracterizado por a projecção do composto ser realizada no seio de um recinto tendo sido purgada sob vácuo depois 2 preenchida de um gás neutro, até uma pressão podendo ir de 50 mbars a 1000 mbars. 8a - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações n° 3 a 7, caracterizado por se realizar um movimento relativo entre o alvo e o plasma. 9a - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações n° 3 a 8, caracterizado por se realizar um tratamento de superfície do alvo previamente ao depósito do dito composto. 10a - Processo de acordo com a reivindicação n° 9, caracterizado por o tratamento de superfície comportar uma limpeza da porção de superfície do alvo. 11a - Processo de acordo com a reivindicação n° 9, caracterizado por o tratamento de superfície comportar um depósito de uma camada de um material de ligação ao nível da porção de superfície do alvo. 12a - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações n° 3 a 11, caracterizado por se processar uma regulação térmica da porção de superfície do alvo durante a projecção plasma do dito composto. 3 13a - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações n° 3 a 12, caracterizado por se utilizar vários canais de injecção para os quais se ajusta independentemente os parâmetros de injecção em função dos materiais injectados em cada canal. 14a - Alvo de dispositivo de pulverização catódica, nomeadamente assistida por campo magnético, caracterizado por ele ser de composição de acordo com uma das reivindicações n° 1 ou 2. 15a - Alvo de acordo com a reivindicação n° 14, caracterizado por ele ser de geometria plana ou tubular. 16a - Alvo de acordo com uma das reivindicações n° 14 ou 15, caracterizado por ele ser à base de um material suporte em cobre ou liga acobreada. 17a - Alvo de acordo com a reivindicação n° 16, caracterizado por o alvo ser revestido de uma camada de ligação à base de uma liga acobreada. 18a - Alvo de acordo com uma das reivindicações n° 14 ou 15, caracterizado por ele ser à base de um material suporte em aço inoxidável. 4 19â - Alvo de acordo com a reivindicação n° 18, caracterizado por o alvo ser revestido de uma camada de ligação à base de uma liga de níquel. Lisboa, 2 de Novembro de 2010 5