Introducción al recubrimiento al vacío por evaporación térmica 7 de enero de 2021
¿Qué es la evaporación térmica?
Presión de vapor de saturación de diferentes metales
2 métodos de recubrimiento al vacío por evaporación térmica
El material debe calentarse a una temperatura que resulte en una presión de vapor sustancialmente alta, lo que limita el uso de material de alta fusión y la elección del recipiente. La evaporación se puede lograr calentando los alambres eléctricamente o depositándolos en crisoles conductores de electricidad fabricados con un material con un punto de fusión significativamente más alto. Los óxidos se pueden evaporar de los evaporadores en forma de barco. La imagen 2 muestra una selección de varios evaporadores térmicos.
Ejemplos de evaporadores
La presión base requerida en el dispositivo de recubrimiento es de 10 -07 -10 -05 mbar, dependiendo de la calidad requerida de la capa. Éstas son:
- Asegúrese de que la trayectoria media libre de los átomos evaporados sea mucho más larga que la distancia entre la fuente y el sustrato. Esto garantiza que los átomos lleguen sin dispersión por las moléculas de gas residuales.
- Proporcionar una superficie limpia, de lo contrario los átomos evaporados no se pegarán bien, formando una capa inestable.
El material también se puede fundir mediante un haz de electrones. A continuación, los materiales pueden evaporarse a temperaturas más altas, lo que permite mayores tasas de evaporación y la capacidad de fundir materiales de óxido. Los crisoles refrigerados por agua garantizan que el material evaporado del crisol no contamine las películas. La velocidad de evaporación se puede controlar variando la potencia del haz de electrones. El haz de electrones se desvía 270 grados mediante un imán, como se muestra en la Imagen 3. Al agitar el haz, la masa fundida puede mantenerse a una temperatura homogénea y utilizarse a plena capacidad.
Tenga en cuenta que la inversión inicial en este tipo de dispositivo es ligeramente mayor, ya que se requieren un suministro de alta tensión y pasos de agua de refrigeración.
Sistemas de vacío para evaporación térmica
Por lo general, los sistemas de vacío para evaporadores térmicos necesitan una hora o menos de tiempo de evacuación de la atmósfera a la presión base de 10-06 mbar.
Actualmente, la mayoría de las unidades utilizan bombas turbomoleculares en el rango de 300-1000 l/s, respaldadas por bombas de paletas rotativas de dos etapas, bombas scroll secas o bombas Roots multietapa. Lo ideal es que estas bombas turbomoleculares se monten horizontalmente. Esto evita la acumulación de residuos (brillos de recubrimientos, filamentos, pequeños tornillos, etc.) de que caiga en la bomba. La mayoría de los sistemas no utilizan válvulas delante de las bombas turbomoleculares.
Por encima del evaporador se encuentra una persiana accionada manualmente o eléctricamente/neumáticamente. Esto evita el recubrimiento continuo de toda la cámara mientras el material evaporado está caliente, calentándose o enfriándose. Esto también garantiza que se puedan producir capas reproducibles mediante la fijación del tiempo. La mayoría de las unidades también utilizan un monitor de película fina para medir (y controlar) el grosor de la capa de recubrimiento.
Aplicaciones comunes de la evaporación térmica
Revestimiento de película fina para óptica
La evaporación térmica se utiliza a menudo para revestir ópticas y lentes oftálmicas. Se evaporan varias capas para mejorar las propiedades de las lentes. Entre ellos se encuentran capas antirreflectantes, recubrimientos duros, protección contra la luz infrarroja o ultravioleta, protección solar y revestimientos de espejo. Las cámaras de vacío tienen diámetros de hasta 1500 mm, cada una de ellas con capacidad para varios cientos de lentes, dependiendo de su diámetro. Las lentes están fijadas en calotas giratorias especialmente diseñadas para garantizar películas finas uniformes en todos los productos de un lote. Por lo tanto, el sistema de vacío consta de una bomba turbomolecular de mayor tamaño de la clase 2000 /s o de una bomba criogénica combinada con un sistema de vacío previo de soplante Roots pequeño.
Revestimiento de película fina para embalajes de consumo
Las máquinas de recubrimiento más grandes suelen crear un recubrimiento de banda para láminas de embalaje. Películas como el aluminio se aplican a láminas de plástico en estucadoras de banda “roll-to-roll”. Estas finas películas crean una barrera protectora contra el aire y la humedad que prolonga la frescura y la vida útil de los productos de consumo.
En estas máquinas de producción con un alto rendimiento de láminas (varios metros por segundo) el flujo de gas en el sistema de vacío es inmenso. Las grandes superficies de lámina que se deben recubrir generan grandes cantidades de desgasificación. Por lo general, los sistemas de vacío constan de grandes bombas de difusión de aceite para bombear el aire con el apoyo de paneles fríos para condensar el vapor de agua. Estos paneles fríos se enfrían mediante refrigeradores criogénicos, o enfriadores criogénicos, a veces llamados "máquinas polifrías".
Los enfriadores criogénicos especiales están diseñados para enfriarse a temperaturas de 110 K. Esto proporciona hasta 200 000 l/s de velocidad de bombeo para el vapor de agua dentro de la cámara. El vacío previo se genera mediante sistemas de soplantes Roots.
Otra aplicación sería la producción de joyería de disfraces. Los efectos ópticos se generan mediante recubrimientos especiales adheridos mediante evaporación térmica.
Como puede imaginar, la lista de estas aplicaciones puede continuar. Esta serie de publicaciones en el blog es solo una introducción para empezar a trabajar en esta interesante aplicación de campo y sistemas de vacío. En nuestra próxima publicación del blog, continuaremos nuestro viaje y presentaremos la tecnología de pulverización catódica y algunas de sus aplicaciones típicas.
