Procedimiento de elaboración de una diana por proyección térmica.

Procedimiento de realización de una diana por proyección térmica,

por proyección por plasma por medio de unaantorcha de plasma, incluyendo dicha diana al menos un compuesto elegido entre los metales refractarios, losóxidos resistivos, los óxidos volátiles caracterizado porque se proyecta por proyección térmica sobre al menos unaporción de superficie de la diana, al menos una fracción de dicho compuesto en forma de una composición de polvode dicho compuesto, bajo atmósfera controlada, y porque se utilizan chorros enfriadores criogénicos potentesdirigidos hacia la diana durante su construcción y repartidos alrededor de la antorcha de plasma.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2010/050704.

Solicitante: SAINT-GOBAIN COATING SOLUTIONS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Z.I Courtine 50 Rue du Mourrelet 84093 Avignon Cedex 9 FRANCIA.

Inventor/es: BILLIERES,DOMINIQUE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B05B7/22 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B05 PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION DE LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS FLUIDAS A SUPERFICIES, EN GENERAL.B05B APARATOS DE PULVERIZACION; APARATOS DE ATOMIZACION; TOBERAS O BOQUILLAS (mezcladores de pulverización con toberas B01F 5/20; procedimientos para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a superficies por pulverización B05D). › B05B 7/00 Aparatos de pulverización para descargar líquidos u otros materiales fluidos procedentes de varias fuentes, p. ej. líquido y aire, polvo y gas (B05B 3/00, B05B 5/00 tienen prioridad). › por vía eléctrica, p. ej. por un arco.
  • C22C27/04 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 27/00 Aleaciones basadas en renio o un metal refractario no mencionado en los grupos C22C 14/00 ó C22C 16/00. › Aleaciones basadas en tungsteno o molibdeno.
  • C23C14/18 C […] › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 14/00 Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento (tubos de descarga provistos de medios que permiten la introducción de objetos o de un material para ser expuestos a la descarga H01J 37/00). › sobre otros sustratos inorgánicos.
  • C23C14/34 C23C 14/00 […] › Pulverización catódica.
  • C23C4/08 C23C […] › C23C 4/00 Revestimiento por pulverización del material de revestimiento en estado fundido, p. ej. por pulverización a la llama, con plasma o por descarga eléctrica (soldadura de recarga B23K, p. ej. B23K 5/18, B23K 9/04; pistolas de pulverización B05B; fabricación de aleaciones que contienen fibras o filamentos mediante proyección térmica de metal C22C 47/16; pistolas de plasma H05H). › que no contienen más que elementos metálicos.
  • C23C4/12 C23C 4/00 […] › caracterizado por el método de pulverización.
  • H05H1/26 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › Antorchas de plasma.

PDF original: ES-2444948_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de elaboración de una diana por proyección térmica La presente invención se refiere a un procedimiento de elaboración de una diana destinada a ser utilizada en los procedimientos de deposición al vacío, en atmósfera neutra o reactiva, en particular, por pulverización catódica 5 asistida por campo magnético, por pulverización o por fuente de iones.

Se conocen distintas técnicas que conducen a la fabricación de dianas algunos de los cuales a partir de la conformación de polvos. Así, las dianas en cuestión pueden resultar de un proceso de fundición (en el caso de dianas metálicas) , de sinterización de polvos seguida de técnicas de conformado (en el caso de dianas metálicas) , a menudo en caliente y luego ensamblado sobre un soporte, o directamente de ensamblado de segmentos sinterizados, o más clásicamente de una técnica de proyección térmica, y más concretamente de una técnica de proyección por antorcha de plasma (o comúnmente denominada plasma spray (pulverizador) en inglés) .

Estas dianas están destinadas a ser empleadas en el seno de procedimientos generalmente empleados a escala industrial para la deposición de capas finas, en particular, sobre substrato de vidrio, tal como, por ejemplo, el procedimiento de pulverización catódico asistido por campo magnético, denominado procedimiento “magnetrón”. En este procedimiento, se crea un plasma bajo un vacío promovido en la cercanía de una diana que incluye los elementos químicos a depositar. Las especies activas del plasma, al bombardear la diana, arrancan dichos elementos, que se depositan sobre el substrato formando la capa fina deseada.

En el caso específico de una diana destinada a la deposición de molibdeno, se utiliza un procedimiento de deposición denominado “no reactivo” en el que el plasma está formado solamente por un gas que asegura la pulverización, preferentemente un gas noble de tipo Ar, Kr, Xe o Ne. Este procedimiento se emplea para substratos de gran dimensión y puede permitir la deposición de capas finas sobre substratos, por ejemplo, hojas de vidrio plano, de más 6 m de lado.

Estas dianas son de geometría plana o tubular.

Las dianas planas ofrecen la ventaja de poder ser integradas en cátodos de arquitectura relativamente simple con respecto a los cátodos dedicados a las dianas rotativas que son mucho más complejos, por el contrario, las dianas planas tienen una tasa de utilización que es generalmente inferior o igual a 50%, lo que no es el caso de las dianas rotativas que tienen una tasa de utilización claramente superior a 50%.

En el caso específico de las capas finas de metal refractario tal como, por ejemplo, el tungsteno o el molibdeno, siendo este último un metal especialmente costoso, se utilizan preferentemente dianas rotativas, de geometría cilíndrica, tal como se describe en la patente de EE.UU. nº 4.356.073 ya que estas dianas presentan un rendimiento material (que representa la proporción de material pulverizado con respecto a la cantidad de material disponible sobre la diana para realizar una capa fina) superior a 70%, preferentemente superior a 75%. Sin embargo, se conocen también otras geometrías variadas de dianas magnetrón: planas (discos, cuadradas, rectangulares) y la invención es aplicable también a otras geometrías distintas que las cilindricas.

Además existe también otros procedimientos de deposición al vacío alternativos a la pulverización magnetrón y que utilizan una diana: se trata de la pulverización por láser (de pulsos o no: ablación láser) , de la pulverización por haz de iones por ejemplo. Estos procedimientos pueden también sacar beneficio de la utilización de una diana según la invención.

En lo que se refiere más concretamente a las dianas magnetrones en molibdeno u otros metales refractarios,

numerosas invenciones se han presentado, referentes a los procedimientos siguientes y siendo el objeto de solicitudes de patentes enumeradas más abajo:

-Solicitudes de patente europea nº 1784518 - de patente de EE.UU. nº 20080193798 – de patente internacional nº WO2006/041730:

Prensado luego sinterización de un lingote o de una preforma (bajo una presión de 200 a 250 MPa y a una 45 temperatura de 1780 a 2175°C) y luego conformado en caliente (a aproximadamente 900°C) de esta preforma por laminado o extrusión, o forja. Generalmente este procedimiento comprende también un tratamiento térmico bajo hidrógeno o bajo atmósfera reductora para reducción de la tasa de óxido en la diana, así como eventualmente un recocido de relajación de esfuerzos

-Se conoce por otra parte por la solicitud de patente internacional nº W020061171451 la construcción total o

parcial, o la restauración de dianas por proyección de tipo “cold spray (pulverización en frío) ”, que consiste en la proyección de una mezcla gas + polvo llevado a velocidad supersónica, sin que se lleve el polvo a un estado de fusión, lo que difiere de procedimientos de proyección térmica.

Por otra parte, la solicitud de patente europea nº 1712962 describe la utilización de chorros criogénica dirigidos hacia un substrato durante una deposición por proyección térmica.

En el caso específico de las capas finas a base de óxido resistente, estas últimas se obtienen generalmente a partir de la pulverización magnetrón reactiva de dianas metálicas y realizando la oxidación del material in situ por la presión parcial de oxígeno introducido en la cámara de deposición o a partir de la pulverización en modo RF de una diana metálica o de cerámica.

En efecto, el procedimiento de pulverización magnetrón DC (Corriente (Directa) continua) supone que el material de la diana permita la evacuación de las cargas eléctricas a su superficie. Esto excluye habitualmente las dianas de cerámica de composiciones resistitivas.

La invención permite realizar dianas magnetrón a base de óxidos denominados resistivos, con la ventaja de reducir mucho su resistividad por la introducción de lagunas de oxígeno de tal manera que permita una utilización de la diana en procedimiento de pulverización DC (corriente continua) y no reactiva.

La pulverización en modo DC (corriente continua) no reactiva resulta entonces posible y permite las siguientes ventajas:

-procedimiento más estable (no hay histéresis en presión de oxígeno, no hay inestabilidad vinculada a la formación de una película resistiva en superficie de la diana inicialmente conductora, fuente de arcos 15 parásitos)

-velocidades de pulverizaciones más elevadas (típicamente multiplicadas por un factor de 1, 3 a 3 según los casos) serían posibles por el modo magnetrón DC no reactivo.

Tales dianas pueden ser realizables, para algunas composiciones por sinterización bajo atmósfera reductora. La invención permite realizar tales dianas con además las ventajas vinculadas a la elaboración por proyección por

plasma a saber:

-posibilidad de realizar dianas cilíndricas de grandes dimensiones monolíticas

-posibilidad sobre estas dianas de realizar sobreespesores locales en los extremos (“Dog-Bones” (dianas de “huesos de perro”)

-excelente unión del tubo soporte sin fase intermedia fusible lo que permite la utilización de las dianas bajo 25 potencias más fuertes, por lo tanto, velocidades de deposición de capa fina más elevadas.

En el caso específico de las capas finas a base de óxido resistivo, estas últimas se obtienen generalmente a partir de la pulverización de dianas elaboradas a partir de un procedimiento de sinterización. La pieza monolítica sinterizada está destinada a continuación a ser soldada en un soporte de diana en el caso de dianas de pequeñas dimensiones, o sinterización de segmentos o tejas que serán yuxtapuestas a continuación durante la operación de unión sobre el soporte de diana en el caso de dianas de grandes tamaños (conduciendo entonces a dianas con juntas) .

La vía de la proyección térmica (en particular, de proyección por plasma) , utilizada para el AZO (se podrá referir a la solicitudes de patente japonesas nº 701433 y/o 7026373) y/o a la patente de EE.UU. nº 20070137999 para fabricaciones a base de ITO, incluye en el caso de estos materiales, la desventaja de presentar bajos rendimientos de material por el hecho de que la vaporización del material proyectado se traduce directamente a pérdidas de materiales.

El procedimiento objeto de la invención permite:

-minimizar estas pérdidas y hacer que el procedimiento sea viable para estas composiciones

-reducir los esfuerzos internos en las dianas elaboradas por el procedimiento en... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de realización de una diana por proyección térmica, por proyección por plasma por medio de una antorcha de plasma, incluyendo dicha diana al menos un compuesto elegido entre los metales refractarios, los óxidos resistivos, los óxidos volátiles caracterizado porque se proyecta por proyección térmica sobre al menos una porción de superficie de la diana, al menos una fracción de dicho compuesto en forma de una composición de polvo de dicho compuesto, bajo atmósfera controlada, y porque se utilizan chorros enfriadores criogénicos potentes dirigidos hacia la diana durante su construcción y repartidos alrededor de la antorcha de plasma.

2. Procedimiento de realización según la reivindicación 1, caracterizado porque la proyección del compuesto se realiza en el seno de un recinto que se haya purgado o aclarado y luego llenado con el gas inerte, hasta una presión que puede ir de 50 mbares a 1100 mbares, de tal manera que se crea en su seno una atmósfera empobrecida en oxígeno.

3. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la proyección térmica se realiza por una antorcha de plasma y porque la mezcla de gas de plasma utilizada es reductora (apta para reducir la tasa de compuesto oxidado inicialmente presente en el polvo) , incluyendo preferentemente la composición de la mezcla de plasma más de un 10% de Hidrógeno u otro gas de plasma reductor.

4. Procedimiento de realización según la reivindicación 1 caracterizado porque todo o parte del los chorros enfriadores son de carácter oxidante.

5. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza una subcapa de acoplamiento, estando esta última depositada antes de la proyección térmica de dicho compuesto a nivel de la porción de superficie de la diana en cuestión.

6. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se procede a una regulación térmica de la diana durante la proyección por plasma.

7. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza una composición de polvo de dicho compuesto proyectada que incluye polvos de granulometría 5 < D10 < 50 μm; 25 μm <D50 < 100 μm, et 40 μm < D90 < 200 μm

8. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 7, caracterizado porque incluye una etapa subsiguiente de tratamiento térmico bajo atmósfera reductora destinada a reducir la tasa de oxígeno presente en la diana después de la etapa de proyección térmica.

9. Procedimiento de realización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utilizan varios inyectores de dicho compuesto para inyectar en distintos puntos del chorro térmico distintos materiales para los cuales se ajustan independientemente los parámetros de inyección en función de los materiales inyectados en cada inyector.


 

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