Procedimiento de deposición de un revestimiento sobre un sustrato por deposición química de vapor.

Un procedimiento de deposición de un revestimiento sobre un sustrato (2) por medio de una técnica dedeposición química de vapor asistida por llama,

en el que el sustrato se expone a una llama producida por unquemador (1), al tiempo que se añade un flujo de elementos de precursor a dicha llama, y en el que el sustrato sesomete a un movimiento relativo con respecto a dicho quemador, en el que el sustrato comprende su superficie oconsiste en un material termo sensible, en el que la deposición del revestimiento tiene lugar en dos o más etapas dedeposición sobre un sustrato opcionalmente pre-calentado, consistiendo cada etapa de deposición en un número depases posteriores sobre la misma parte del sustrato, consistiendo cada pase en un movimiento del sustrato conrespecto a la llama a una velocidad de 30 m/min o más, no aplicándose enfriamiento externo durante dichomovimiento, y en el que después de cada etapa de deposición, se somete el sustrato a una etapa de enfriamiento,en la que el sustrato se enfría hasta su temperatura inicial.

Procedimiento de deposición de un revestimiento sobre un sustrato por deposición química de vapor

Campo de la invención La presente invención se refiere a procedimientos para depositar un revestimiento inorgánico sobre un sustrato por medio de deposición química de vapor (CVD) , en particular por medio de CVD asistida por llama (FACVD) o CVD de combustión (CCVD) .

Estado de la técnica

FACVD y CCVD son variantes de CVD que implican la combustión de precursores líquidos o gaseosos inyectados y/o suministrados al interior de llamas difundidas o premezcladas en las que el precursor se descompone/vaporiza y experimenta una reacción química/combustión en la llama. CCVD es de hecho un procedimiento basado en FACVD. Ambas técnicas se describen en Progress In Materials Science 48 (2003) , pp. 140-144.

La posibilidad de combinar presión atmosférica y baja temperatura durante el procesado convierte a FACVD/CCVD en una técnica útil para varias aplicaciones en las cuales se requiere un revestimiento de elevado rendimiento.

No obstante, las velocidades de procesado se han limitado hasta la fecha debido al deterioro de la calidad del revestimiento y/o el espesor de revestimiento a velocidades de sustrato relativamente elevadas, es decir, velocidad del sustrato con respecto a la llama. En particular, a velocidades por encima de 30 m/min, las técnicas actuales de FACVD/CCVD no permiten la obtención de revestimientos con suficiente calidad, como se evalúa por medio del espesor de revestimiento que se puede obtener y por medio del ensayo de negro de carbono en combinación con una medición de color.

En el caso de superficies termo sensibles, dichas planchas de metal pintadas, sustratos poliméricos tales como sustratos de policarbonato, u otros materiales tales como vidrio o materiales textiles, se ha comprobado que resulta difícil obtener revestimientos de buena calidad por medio de FACVD debido al propio material que se destruye por medio de las temperaturas elevadas, o debido a reacciones químicas o físicas no deseadas/transformaciones que tienen lugar justo por debajo de la superficie más externa del sustrato, que provocan daño en términos de adhesión de revestimiento, durabilidad, etc.

El documento DE 102004029911A1 describe un procedimiento para depositar de forma satisfactoria óxido de Ti y óxido de Si, sin inyectar directamente el precursor en el interior de la llama, sino proporcionando el flujo de precursor en las proximidades de dos quemadores FACVD. No obstante, la velocidad de este proceso también está limitada a 30 m/min.

Objetivos de la invención La presente invención pretende proporcionar un procedimiento de FACVD/CCVD capaz de obtener buena calidad de revestimiento inorgánico sobre materiales termo sensibles.

Sumario de la invención La invención se refiere a un procedimiento como se describe en las reivindicaciones adjuntas. De este modo, la invención se refiere a un procedimiento para depositar un revestimiento sobre un sustrato por medio de una técnica de deposición química de vapor asistida por llama, en la que se expone el sustrato a una llama producida por un quemador, al tiempo que se añaden elementos de precursor a dicha llama, y en el que el sustrato se somete a un movimiento relativo con respecto a dicho quemador, en el que el sustrato comprende sobre su superficie o consiste en un material termo sensible, en el que la deposición del revestimiento tiene lugar en dos o más etapas de deposición sobre un sustrato opcionalmente pre-calentado, consistiendo cada etapa de deposición en un número de pases posteriores sobre la misma parte del sustrato, consistiendo cada uno de los pases en un movimiento de un sustrato con respecto a la llama a una velocidad de 30 m/min o más, no aplicándose enfriamiento externo durante dicho movimiento, y en el que después de cada etapa de deposición, el sustrato se somete a una etapa de enfriamiento, en la que el sustrato se enfría hasta su temperatura inicial.

De acuerdo con una realización, el sustrato se retira de la llama después de cada etapa, durante un período suficientemente largo para dejar que el sustrato se enfríe en condiciones de aire ambiental hasta su temperatura inicial. De acuerdo con otra realización, se retira el sustrato de la llama después de cada etapa y se enfría hasta su temperatura inicial por medio de enfriamiento forzado.

De acuerdo con realizaciones preferidas, dicho material termo sensible es polipropileno (PP) , poli (cloruro de vinilo) (PVC) o Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) .

De acuerdo con una realización, dicho material termo sensible es PP, y

•la velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 80 m/min y 200 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 2 minutos,

•se precalienta el sustrato hasta una temperatura entre 40 ºC y 75 ºC.

De acuerdo con otra realización, dicho material termo sensible es PVC, y:

•la velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 60 m/min y 80 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 10 minutos,

•el sustrato no se precalienta.

De acuerdo con otra realización, dicho material termo sensible es ABS, y:

•la velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 80 m/min y 200 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 10 minutos,

•el sustrato no se precalienta.

De acuerdo con una realización, se aplican los siguientes parámetros en combinación con cualquiera de los anteriores:

•el flujo de precursor está entre 200 μl/min y 600 μl/min,

•la proporción del flujo de precursor con respecto al flujo de gas en el quemador (gas de combustión + aire) está entre 0, 9 x 10-6 y 2, 8 x 10-6 (litroprecursor/litrogas) ,

•la distancia de sustrato y quemador está entre 10 mm y 15 mm.

El número de etapas puede ser de 3 ó 4. De acuerdo con una realización preferida, los elementos del precursor están configurados para producir un revestimiento de óxido de silicio. Dicho precursor puede ser HMDSO.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una configuración de FACVD de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la invención Los inventores de la presente invención han encontrado que, en particular sobre los materiales termo sensibles tales como los descritos anteriormente, se puede obtener buena calidad del revestimiento en términos de espesor y mediciones de negro de carbono/color por medio de FACVD, aumentando la velocidad relativa de sustrato hasta valores por encima de 30 m/min. De acuerdo con una realización más preferida, la velocidad relativa de sustrato está por encima de 40 m/min. De acuerdo con otra realización más preferida, la velocidad relativa de sustrato está por encima de 50 m/min. A estas velocidades elevadas, tiene lugar un "efecto de arrastre" del sustrato sobre la llama, como se ilustra en la figura 1. La flecha indica la velocidad relativa del cabezal de FACVD 1 con respecto al sustrato 2. A velocidades relativamente elevadas, la llama se extiende sobre una zona de reacción 3 por detrás del cabezal de FACVD. Se ha descubierto que este efecto reduce el flujo térmico hacia el sustrato, al tiempo que todavía proporciona calor suficiente para que los elementos de precursor reaccionen y formen un revestimiento. El flujo térmico reducido evita la reacción química y física no deseada que tiene lugar por debajo de la superficie del sustrato. El procedimiento de FACVD de la invención puede tener lugar a presión próxima a presión atmosférica, presión atmosférica o una presión más elevada.

La presente invención ha establecido intervalos preferidos para un número de parámetros de proceso, así como condiciones en términos de enfriamiento del sustrato, que permite que tenga lugar el efecto de arrastre anteriormente descrito, de manera que se obtenga un revestimiento de alta calidad a velocidades de sustrato relativas por encima de 30 m/min. En términos científicos, es necesario mantener la temperatura dinámica entre los límites dados. La temperatura dinámica se define como la temperatura en cada momento instantáneo de tiempo durante el proceso de deposición para un elemento material pequeño del material de sustrato. La temperatura dinámica es una función de los flujos de entropía y energía (principalmente definida por la temperatura y las reacciones de precursor) en el sistema termodinámico... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de deposición de un revestimiento sobre un sustrato (2) por medio de una técnica de deposición química de vapor asistida por llama, en el que el sustrato se expone a una llama producida por un quemador (1) , al tiempo que se añade un flujo de elementos de precursor a dicha llama, y en el que el sustrato se 5 somete a un movimiento relativo con respecto a dicho quemador, en el que el sustrato comprende su superficie o consiste en un material termo sensible, en el que la deposición del revestimiento tiene lugar en dos o más etapas de deposición sobre un sustrato opcionalmente pre-calentado, consistiendo cada etapa de deposición en un número de pases posteriores sobre la misma parte del sustrato, consistiendo cada pase en un movimiento del sustrato con respecto a la llama a una velocidad de 30 m/min o más, no aplicándose enfriamiento externo durante dicho movimiento, y en el que después de cada etapa de deposición, se somete el sustrato a una etapa de enfriamiento, en la que el sustrato se enfría hasta su temperatura inicial.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sustrato se retira de la llama después de cada etapa, durante un período suficientemente largo para dejar que el sustrato se enfríe al aire ambiente hasta su temperatura inicial.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sustrato se retira de la llama después de cada etapa y se enfría hasta su temperatura inicial por medio de enfriamiento forzado.

4. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho material termo sensible es polipropileno (PP) , poli (cloruro de vinilo) (PVC) o Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) .

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho material termo sensible es PP, y en el que •velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 80 m/min y 200 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 2 minutos,

•se precalienta el sustrato hasta una temperatura entre 40 ºC y 75 ºC.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho material termo sensible es PVC, y en el que: 25 •velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 60 m/min y 80 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 10 minutos,

•el sustrato no se precalienta.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho material termo sensible es ABS, y en el que: 30 •velocidad relativa entre la llama y el sustrato está entre 80 m/min y 200 m/min,

•cada etapa comprende dos o tres pases,

•el tiempo de enfriamiento entre etapas es de al menos 10 minutos,

•el sustrato no se pre-calienta.

8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que: 35 •el flujo de precursor está entre 200 μl/min y 600 μl/min,

•la proporción del flujo de precursor con respecto al flujo de gas en el quemador (gas de combustión + aire) está entre 0, 9 x 10-6 y 2, 8 x 10-6 (litroprecursor/litrogas) ,

•la distancia de sustrato y quemador está entre 10 mm y 15 mm.

9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de 40 etapas es de 3 ó 4.

10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de precursor están configurados para producir un revestimiento de óxido de silicio. 11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho precursor es HMDSO.