Deposição Física de Vapor (PVD): Tecnologia Avançada de Revestimento para Desempenho Superior de Materiais

A aplicação de revestimentos em materiais é uma das estratégias mais usadas na indústria para melhorar suas propriedades. Por deposição de revestimentos, ampla gama de características pode ser melhorada, do ponto de vista tribológico ao estético.

Neste blog, apresentamos tecnologia com grande potencial na aplicação de revestimentos: deposição física de vapor (PVD).

O que é deposição física de vapor ou PVD?

A origem da deposição física de vapor (PVD) surge da combinação de eletricidade, magnetismo e conhecimento da química no estado gasoso.

O conceito de PVD surgiu quando revestimentos aplicados em atmosfera de vácuo estavam em alta. Nesses anos, houve desenvolvimentos em tecnologias como sputtering ou plasma, envolvendo reações químicas em estado de vapor, evaporações térmicas e controle de fontes de energia.

A técnica PVD é processo no qual ocorre deposição de filme fino na superfície de um material, crescendo átomo a átomo no substrato. A deposição física de vapor consiste em um processo de colisão físico-térmico que transforma o material a depositar (alvo) em partículas atômicas, dirigidas aos substratos em estado de plasma gasoso através de atmosfera de vácuo, gerando revestimento físico por condensação de átomos projetados.

Revestimentos depositados por PVD tendem a ter espessuras finas, variando de camadas atômicas (menos de 10 angstroms (Å) a 0,1 nanômetros (nm)) a revestimentos de vários mícrons (espessura de fio de cabelo).

Quais são as tecnologias PVD mais usadas?

Embora o processo de evaporação e ionização do alvo, que comporá o revestimento no substrato, seja sempre de natureza física (daí o nome), existem diferentes tecnologias que usam PVD para aplicação de revestimentos.

As mais importantes e usadas:

• Deposição catódica ou sputtering

  Neste tipo, aceleração de íons por plasma permite impacto com superfície do alvo, liberando partículas. Íons transferem energia cinética à superfície do alvo e vaporizam. Caracteriza-se por permitir depósito de compostos formados quando alvo reage com gás no plasma. Exemplo característico: depósito de nitreto de titânio (TiN), onde gás é nitrogênio e alvo é titânio, reagindo para gerar revestimento TiN.

• Evaporação térmica

  Caracteriza-se pelo alvo evaporar através de aquecimento em vácuo, formando fluxo de vapor que atinge substrato na câmara, resultando em adesão do revestimento. Atmosfera de vácuo papel especial: evita contaminação do revestimento formado.

• Deposição a arco

  Nesta tecnologia PVD, aplica-se arco elétrico de alta intensidade e baixa voltagem, elevando temperatura até partículas do alvo sublimarem, evaporando altamente ionizadas na câmara de vácuo. Partículas ionizadas dirigidas ao substrato aplicando potencial. Na deposição a arco, alvo pode atuar como cátodo (arco catódico) ou ânodo (arco anódico), dependendo de sua natureza e revestimento desejado. Como no sputtering, revestimentos com certas composições podem ser obtidos reagindo íons do alvo com gás reativo.

• Deposição iônica (e-beam)

  Nesta técnica PVD, evaporação do alvo ocorre com processos vistos (sputtering, evaporação térmica ou arco elétrico). Diferença: uso de bombardeio de íons inertes de alta energia (comum Argônio) para controlar e modificar revestimento no substrato. Característica principal: permite obter revestimentos metálicos puros sem contaminação atômica.

Vantagens e desvantagens do PVD

Hoje há ampla gama de técnicas para deposição de revestimentos. Cada uma tem aplicações específicas, vantagens e desvantagens.

Principais vantagens da deposição física de vapor:

• Não requer reagentes químicos ou pós-tratamentos de limpeza, impacto ambiental muito baixo.
• PVD aplicável a qualquer material inorgânico.
• Revestimentos PVD têm grande adesão, resistência e durabilidade.
• Técnica PVD permite grande controle de composição e espessura dos revestimentos.

Principais desvantagens do PVD:

• Processo usa equipamentos complexos, custo muito alto.
• Velocidade de produção de revestimentos PVD é lenta comparada a outros processos.
• Técnica PVD limitada em substratos com geometrias complexas.

Aplicações do PVD

Como introduzido, destaca-se precisão e pureza do PVD para obter revestimentos. Principais aplicações atuais:

• Revestimentos metálicos para fornecer propriedades semicondutoras a substrato que inicialmente não as tem.
• Revestimento de filmes magnéticos.
• Revestimentos para fins decorativos, muito usados em joalheria.
• Revestimentos para vidros solares ou espelhos, atuando como barreiras de interferência óptica ou refletivas.
• Camadas condutoras de paládio ou carbono, para amostras de microscopia eletrônica.
• Revestimentos de alta dureza de materiais compostos, resistentes a desgaste e corrosão, muito usados para melhoria de ferramentas mecânicas.

Projetos realizados com tecnologia PVD pela ATRIA

Projetos da equipe ATRIA onde revestimentos obtidos por PVD foram usados:

• Desenvolvimento de cores douradas usando tecnologia de deposição física de vapor. Objetivo: obter diferentes tons de dourado em substratos metálicos. Otimização do processo PVD de diferentes alvos metálicos e gases reativos. Obteve-se de dourado intenso a dourado claro com tons rosados.

• Desenvolvimento de filmes metálicos como barreira contra corrosão. Corrosão ocorria em substrato metálico revestido com camadas metálicas sob certas condições ambientais. Solução da ATRIA: revestimento metálico inerte nessas condições, depositado por PVD. Objetivo: grande resistência a desgaste e corrosão.

Quer aplicar revestimentos por deposição física de vapor em seus projetos? Gostaria de melhorar propriedades de seus materiais através de tecnologia PVD? Entre em contato conosco!