Materiales duros en base a carbono:
El diamante, una de las formas cristalinas del carbono, es el material
más duro conocido en la naturaleza. Hace aproximadamente dos
décadas se comenzó a trabajar activamente en diferentes
laboratorios del mundo en establecer métodos para producir
películas delgadas de diamante y diamond-like (DL) o carbono
amorfo (a-C), estudiar los mecanismos de crecimiento de estos materiales y
analizar su estructura microscópica. En particular las películas
de a-C se producen fundamentalmente por medio de plasma o de haces de iones y
el producto resultante es un sólido formado por átomos de carbono
(eventualmente también hay hidrógeno en el método de
plasma) unidos entre si en una intrincada red de enlaces tipo diamante y tipo
grafíticos. Este material es químicamente inerte, muy buen
conductor térmico (mejor que el cobre o la plata), aislante
eléctrico y a demás es un material biocompatible (no es rechazado
por el organismo). Estos recubrimientos tienen diversas aplicaciones,
destinadas a proteger la superficie del desgaste por abrasión,
rozamiento o acción química, puede pensarse su uso en elementos
tan diferentes como pueden ser herramientas de cortes hasta prótesis.
A partir del año 1991 en el Grupo de Superficies se comenzó a
trabajar en el tema de recubrimientos duros de carbono y se desarrolló
un método novedoso para producir una película de a-C por medio de
un haz de hidrocarburos de alta energía (alta respecto de los
métodos convencionales, 30 keV en lugar de 100 eV). El gas precursor
para este proceso es metano (CH 4), del que se obtiene un haz de
iones CH3+ y CH4+, el cual se hace
incidir sobre el sustrato a recubrir. Este método permite recubrir
sustratos metálicos o no con muy buena adherencia. Estas
películas de a-C típicamente tienen un espesor de 1
micrómetro.
Este procedimiento dio origen a una patente aceptada en Argentina, Comunidad
Europea y EE.UU, Nº 07/988,765 titulada "Procedure for forming on a
solid substrate a pellicle with properties similar to diamond".
Por otra parte, este grupo ha investigado como varían las condiciones de
depósito y características del a-C si se incorpora en el proceso
nitrógeno (dando lugar a películas a-C:N) o silicio
(a-SixC1-x) en distintas proporciones.
También se ha trabajado en un método alternativo para depositar
carbono amorfo que pueda ser implementado a escala industrial. En este
contexto se han realizado investigaciones para optimizar la adherencia de estas
películas sobre acero y se ha desarrollado un método que dio
lugar a una nueva patente ("Método para recubrir sustratos
metálicos con una película de carbono amorfo duro").
Existe una amplia variedad de estructuras a base de carbono de alta dureza
preparadas a partir de fullerenos (C60, C70, etc.)
sometidos a altas presiones y/o temperaturas. Sin embargo, con estos procesos
no es posible obtener películas. En consecuencia, en el Grupo de
Superficies se reemplazóla técnica que utiliza alta
presión/temperatura por un método dinámico de
depósito utilizando un haz de iones de C60que incide sobre un
substrato (silicio cristalino, silicio amorfo, carbono amorfo, etc.) a
diferentes energías de depósito (de 100 a 2000 eV). De esta
manera, es posible obtener películas de carbono de aproximadamente
0.2 mm de espesor, cuyas
propiedades (estructurales, vibracionales, mecánicas, eléctricas)
dependen de la energía de depósito.
El diamante es un material con múltiples aplicaciones en las industrias
de micro-electrónica, óptica y mecánica entre otras. El
desarrollo de un método eficiente para depositar películas de
diamante sobre diferentes sustratos ha sido, y continúa siendo, el
centro de numerosas investigaciones. Sin embargo, aun no se ha logrado un
método sencillo y comercialmente competitivo para ser aplicado en escala
industrial.
En el grupo de superficies se investiga sobre recubrimientos de
películas de diamante mediante una técnica alternativa a las
conocidas. Se estudia tanto el proceso de depósito como las
características del material obtenido.
