El papel del vacío en la producción de diamantes sintéticos 11 de julio de 2022
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Menciona los diamantes y la mayoría de la gente lo asociará con el sector de la joyería. También tendrán en cuenta que estas gemas se encuentran en minas y a veces se obtienen en condiciones severas ("diamantes de sangre"). Por estas razones, la industria ya investigaba en la década de 1950 cómo producir diamantes sintéticos.
Hoy en día, hay varios procesos disponibles para crear diamantes artificiales. No solo para la joyería, donde incluso los expertos se enfrentan al reto de diferenciar un diamante natural de uno artificial, sino también para el mercado mucho más grande de los diamantes en el sector industrial.
Cuatro propiedades excepcionales de los diamantes sintéticos
Las propiedades clave de los diamantes sintéticos que los hacen tan interesantes para el sector industrial son:
- Mecánico (dureza superior e inercia química)
- Óptica (alta transparencia)
- Eléctrico (propiedades de semiconductores)
- Térmico (máxima conductividad térmica)
Algunos ejemplos típicos de aplicaciones industriales son herramientas de mecanizado y corte, material de ventana para transmitir radiación infrarroja y de microondas, y disipadores de calor para láseres y transistores. Los diamantes sintéticos también son el material base para las obleas semiconductoras y los qubits para la computación cuántica.
¿Cómo se obtienen los diamantes?
Tradicionalmente, los diamantes se formaban de forma natural hace miles de millones de años en la corteza terrestre debido a la exposición de los átomos de carbono a un calor y una presión intensos. Sin embargo, debido a los avances técnicos, se creó una nueva fuente de diamantes sintéticos. Este mercado se puede dividir en 2 métodos principales de fabricación:
- HPHT (alta presión, alta temperatura): este método se basa en cómo se formaron los diamantes de forma natural: comprimir el carbono y añadir calor. La huella del equipo suele tener un control de procesos grande y limitado.
- CVD (deposición química de vapor): este método se basa en la creación de un entorno de vacío y, a continuación, en la introducción de gases específicos para desencadenar una reacción. La huella del equipo suele tener un control de procesos pequeño y excelente.
Proceso de crecimiento de MPCVD (CVD por plasma microondas)
Debido a su tamaño reducido y a sus excelentes controles de proceso, el proceso de crecimiento MPCVD ha ganado popularidad. Una parte importante del proceso MPCVD es la creación y el mantenimiento de condiciones de vacío óptimas dentro de una cámara de crecimiento. Una configuración típica de la cámara de crecimiento es la siguiente:
Proceso de fabricación de diamantes sintéticos. Fuente: NNE, 2019
Los pasos típicos del proceso son los siguientes:
- Diseño de semillas/sustrato de diamante
- Cierre la cámara y evacue la cámara para el acondicionamiento, caliente el sustrato
- Introducción del hidrógeno
- Encienda el microondas y genere plasma (~4000 °C) por encima del sustrato
- Introducción de gases de proceso e inicio del crecimiento epitaxial
- Metano - fuente de carbono
- Etanol, acetona u oxígeno (opcional): ayuda a mejorar la calidad mediante el efecto de grabado con plasma de oxígeno
- Nitrógeno (opcional): ayuda a acelerar el proceso (aprendido de la experiencia y hecho que el crecimiento de MPCVD sea económicamente viable)
- De 1 a 4 semanas de período de crecimiento
¿Cuáles son los requisitos de las bombas de vacío para el periodo de crecimiento?
- Bombeo inicial hasta aproximadamente 2E-2 mbar de presión base
- Mantenga la presión (100-300 mbar, normalmente en un rango de 100-130 mbar) mientras fluyen los gases de proceso
- Limpieza a baja presión del color del diamante después de la producción
Hoy en día, las bombas de paletas rotativas selladas con aceite o de 2 etapas se utilizan normalmente en el proceso MPCVD. Esto se debe a que estas bombas son muy adecuadas para lograr una presión de acondicionamiento baja, pero también porque están diseñadas principalmente para un funcionamiento continuo en vacío fino. Además, estas bombas se enfrentan a una mala lubricación, sobrecalentamiento o alta pérdida de aceite cuando funcionan durante días en la fase de presión aproximada requerida por este proceso.
Ventajas de las bombas de 2 etapas desarrolladas por Leybold
La lubricación de aceite de las bombas TRIVAC está asegurada por una bomba de aceite integrada, que también permite una distribución uniforme del aceite en funcionamiento a presión aproximada, mientras que las bombas estándar sin estas bombas de aceite podrían fallar.
La bomba rotativa de paletas de 2 etapas NEO D está diseñada para funcionar a presiones elevadas y ofrece una solución perfecta para los diversos requisitos de presión de este proceso de crecimiento:
- El diseño se basa en nuestra famosa gama de bombas industriales SOGEVAC y ofrece una robustez probada para aplicaciones industriales
- La baja presión final puede satisfacer fácilmente la solicitud de bombeo inicial, pero el diseño de la bomba también permite un funcionamiento continuo a cualquier presión de funcionamiento (incluso difícil).
- Filtro de escape integrado de alta eficiencia que puede reducir las pérdidas de aceite al mínimo técnico. ¡El aceite permanece dentro de la bomba!
- Diseño compacto. No es necesario un separador externo de neblina de aceite de escape con retorno de aceite
Para aquellos clientes que deseen lograr una presión de acondicionamiento en el rango de alto vacío <10-3 mbar, Leybold también puede ofrecer una amplia gama de bombas turbomoleculares como la serie TURBOVAC. Además, ofrecemos los manómetros y el hardware necesarios.
Leybold: su socio integral
Con +175 años de experiencia y una amplia gama de productos, Leybold es un gran socio para su crecimiento de diamantes CVD. Desde bombas de vacío preliminar hasta turbobombas o accesorios, contamos con una gran variedad de productos. También contamos con un equipo de aplicaciones dedicado listo para calcular la configuración ideal de la bomba.
Con una organización de soporte global, podemos apoyar sus operaciones de fabricación dondequiera que se encuentren.
