ImpactU Versión 3.11.2 Última actualización: Interfaz de Usuario: 16/10/2025 Base de Datos: 29/08/2025 Hecho en Colombia
Estudio de los parámetros de proyección térmica por plasma atmosférico y sinterización convencional para la fabricación de blancos de TIO2 para deposición física de vapor asistida por plasma con sputtering
La elaboracion de recubrimientos delgados de alto desempeno por tecnicas de deposicion fisica asistidas por plasma (Plasma Assisted Physical Vapour Deposition, PAPVD), como es el caso de la deposicion sputtering, se ha constituido en una de las tecnicas de mayor relevancia para el avance de materiales tecnologicos y de aplicaciones industriales especiales, debido a la facilidad de depositar capas delgadas de composiciones quimicas con alto nivel de precision, pureza y estructuras adecuadas a requerimientos especificos. La sintesis de dichos recubrimientos por estas tecnicas requiere la utilizacion de materiales de insumo, entre ellos los denominados blancos o targets los cuales se adquieren a traves de proveedores especializados y en mercados internacionales. La literatura cientifica referente a la produccion de recubrimientos por PAPVD reporta resultados de investigaciones en relacion con la sintesis de los blancos [1]–[5] para posteriormente ser incorporados a los procesos de elaboracion de los recubrimientos, lo cual evidencia la viabilidad de fabricacion a nivel de laboratorio de estos insumos. Por lo anterior, este trabajo estuvo enfocado en la exploracion de los diferentes procesos de sintesis de blancos que se reportan en la literatura y establecer comparaciones con metodos de sintesis disponibles en el medio para fabricar blancos que posteriormente puedan emplearse en la deposicion de recubrimientos por magnetron sputtering en la linea de procesamiento de materiales por plasma del grupo GEMA. Con base en la revision del estado del arte se selecciono fabricar blancos de dioxido de titanio (TiO2), uno de los sistemas cristalinos mas investigados en la ciencia de superficies de oxidos funcionales [6]. Su fase cristalina rutilo es ampliamente utilizada en aplicaciones opticas, tribologicas, microelectronicas y en la conversion de energia solar. Y la fase anatasa es usada en tecnologias de auto-limpieza, anti-empanamiento, auto-esterilizacion, biomedicas y foto-cataliticas [6]–[9]. Se seleccionaron para la fabricacion de blancos las tecnicas: proyeccion termica por plasma atmosferico (Atmospheric Plasma Spraying, APS) y sinterizacion convencional, y se emplearon polvos comerciales de oxidos de titanio para estudiar las condiciones de procesamiento requeridas para obtener blancos de TiO2 por estas tecnicas, con propiedades fisicas y quimicas adecuadas para que sirvieran como fuente de material de recubrimientos fabricados por tecnicas de PAPVD con aplicaciones tecnologicas y medicas. Los parametros de procesamiento de la tecnica de sinterizacion convencional que se estudiaron fueron: la distribucion de la materia prima y la presion en la matriz de compresion, la distribucion de tamanos de particula de la materia prima, la morfologia de las particulas, el aglutinante, la presion aplicada, la tasa de calentamiento, la temperatura maxima de calentamiento, el tiempo de sostenimiento, la atmosfera de sinterizacion y el dopaje. Asimismo, los parametros de la tecnica APS que se estudiaron fueron el flujo del gas de arrastre de las particulas y distancia entre el inyector y el eje de proyeccion, la distribucion de tamanos de particula de la materia prima, la proporcion entre el gas primario y secundario, la corriente en el arco electrico y la distancia de proyeccion. En los estudios se evaluo en la seccion transversal de los blancos el contenido de defectos microestructurales, poros y grietas que se resuelven con una magnificacion de 140X a 200X, y en algunos casos la composicion elemental y en fases cristalinas, resistividad electrica y densidad de los blancos. Se emplearon disenos de experimentos Box-Behnken de tres factores y superficies de respuesta para disenar y fabricar blancos con el menor porcentaje de defectos microestructurales a partir de condiciones de procesamiento propuestas por los modelos. Los porcentajes de defectos microestructurales mas bajos de los blancos fabricados en este trabajo fueron de 0.41 ± 0.30 % para los blancos proyectados y 0.05 ± 0.04 % para los blancos sinterizados y permiten confirmar las ventajas de la tecnica de sinterizacion y las limitaciones de la tecnica APS en terminos de la homogeneidad microestructural. Las pruebas de pulverizacion de algunos de los blancos fabricados permitieron identificar que la baja resistividad, alta microdureza Vickers y mayor porcentaje de defectos microestructurales de los blancos fabricados por APS les permite soportar mayores potencias durante los procesos de pulverizacion asi como durar al menos un proceso mas que los blancos sinterizados, sin embargo, los blancos sinterizados permitieron obtener tasas de deposicion mas altas, posiblemente por presentar menores porcentajes de defectos microestructurales y mayor densidad, que los blancos fabricados por APS, razon por la cual el proceso de sinterizacion convencional se selecciono para proponer un protocolo de fabricacion de blancos de TiO2 para ser usados en el laboratorio de procesamiento de materiales por plasma de la Universidad EAFIT.