08/08/2019 | 2 MINUTOS DE LECTURA

Investigadores de LeHigh Research producen recubrimientos más duros y delgados

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Los investigadores obtuvieron el premio NSF GOALI para estudiar películas de nitruro ultra resistentes al desgaste.

Los doctores Nicholas Strandwitz y Brandon Krick, investigadores de la Escuela P.C. Rossin de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Lehigh, creen que han descubierto los recubrimientos más duros, más delgados y más resistentes al desgaste hasta la fecha, hechos de titanio con capa atómica mejorada con plasma y nitruros de vanadio.

“Este nuevo material supera a los recubrimientos comerciales por órdenes de magnitud en el rendimiento de desgaste”, comentó Krick.

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En 2018, la National Science Foundation (NSF) otorgó a Strandwitz, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales, y Krick, profesor asistente de ingeniería mecánica y mecánica, un premio Grant Opportunities for Academic Liaison with Industry (GOALI) para trabajar con un socio de la industria y estudiar exactamente qué hace que estas películas de nitruro sean tan buenas.

El premio GOALI respalda intereses de investigación compartidos entre socios académicos e industriales. Su objetivo es aumentar el conocimiento que podría conducir a avances en las necesidades industriales críticas. El premio tiene una duración de tres años y suma más de $500,000 dólares. El financiamiento del proyecto de nitruros comenzó el 1 de enero de 2019.

Ya se sabe que las películas de nitruro de titanio y vanadio son extremadamente duras y resistentes al desgaste. Por lo general, se cultivan mediante pulverización catódica, deposición por láser pulsado o métodos químicos de deposición de vapor. En un primer momento, los colaboradores del grupo en Veeco/CNT hicieron crecer sus películas de nitruro usando deposición de capa atómica mejorada con plasma (PE-ALD). Veeco/CNT es un proveedor de sistemas ALD con sede en Waltham, Massachusetts.

“En la deposición de la capa atómica, estás construyendo una capa de átomos a la vez”, señala Strandwitz. “Es una técnica que ya se usa en microelectrónica, como las de su teléfono, donde podría necesitar una película que tenga exactamente tres nanómetros de espesor”. Si la película tiene cuatro o dos nanómetros de grosor, su interruptor de transistor no funcionará. Y tienes unos pocos miles de millones de transistores en tu teléfono.

La técnica implica un proceso de vapor que utiliza dos o más reacciones químicas autolimitantes para hacer crecer una capa de película a la vez. En este caso, un precursor de titanio ingresa a la cámara del sistema como un gas, reacciona con el sustrato y forma una monocapa. El exceso de titanio se absorbe, luego se bombea el segundo gas (plasma de nitrógeno). Se une con el titanio y forma una segunda monocapa. Este proceso de dos pasos se repite hasta que la película alcanza el grosor deseado.

La técnica se ve reforzada por un generador de plasma, de ahí el PE en el PE-ALD.

“Para cultivar nitruros, se necesita mucha energía térmica, como 800 Celsius”, dice Strandwitz. “O, necesitas un plasma para hacer que el nitrógeno sea más reactivo. Generar plasma significa que estamos eliminando electrones de las moléculas de nitrógeno mientras vuelan en el gas, haciendo que el nitrógeno sea más reactivo para que se adhiera a la superficie y se convierta en parte de la película. Si simplemente flota el gas nitrógeno por allí, no pasaría nada porque la molécula de N2 es súper estable. Entonces, con plasma, podemos hacer crecer estas películas a 50°C, ligeramente por encima de la temperatura ambiente”.

Para leer el artículo completo, visite https://engineering.lehigh.edu/news/article/interdisciptionary-collaboration-yields-hardest-thinnest-coatings-yet-discovered

Texto de Christine Fennessy, redactora, P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science.

 


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