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A palavra diamante vem do grego Adamas, que significa indestrutível. Os diamantes foram extraídos em primeiro lugar na Índia há mais de 4000 anos, mas os diamantes modernos só começaram a ser extraídos em 1866, quando enormes depósitos de diamantes foram descobertos em Kimberley, na África do Sul, gerando uma grande onda de exploradores europeus.

Esta descoberta ajudou a patrocinar o Império Britânico, e mudou o destino de muitos países africanos.

Além de seu uso, como pedras preciosas, os diamantes possuem uma série de propriedades físicas notáveis. Na verdade, qualquer olhada em um compêndio de dados de propriedades vai provar que o diamante é quase sempre “O maior” e "O melhor".

Entre outras propriedades, o diamante é o material mais duro conhecido, tem a maior condutividade térmica à temperatura ambiente, é transparente sobre uma vasta gama de comprimentos de ondas, é o material mais rígido, o menos compressível, e é inerte à maioria dos reagentes químicos. Com uma gama tão vasta de propriedades excepcionais, não é de se estranhar que o diamante seja considerado como o “material de excelência da engenharia contemporânea".

Infelizmente, tem sido muito difícil de explorar essas propriedades, tanto devido ao custo e escassez de grandes diamantes naturais, quanto ao fato de que os diamantes são apenas disponíveis na forma de pedras ou areia.

Sabe-se que há mais de 200 anos que o diamante é composto exclusivamente de carbono e muitas tentativas foram feitas para sintetizar o diamante artificial, utilizando outro material formado de carbono, comumente grafite, como matéria-prima. Isso

tornou extremamente difícil, principalmente por causa da temperatura e pressão, o grafite é o alótropo e termodinamicamente estável (MAY, 2000).

4.1.1 Técnica de deposição HPHT (alta pressão e alta temperatura)

O conhecimento das propriedades dos diamantes naturais formados a metros de profundidade sugere que o diamante poderia ser formado pelo aquecimento de carbono sob extrema pressão.

Este processo constitui uma base da chamada técnica de alta pressão e da alta temperatura de crescimento (HPHT) (High Pressure High Temperature).

Neste processo, o grafite é comprimido em uma prensa hidráulica a dezenas de milhares de atmosferas, aquecido a mais de 2000 K, na presença de um catalisador metálico adequado, até que se cristaliza como diamante.

Os cristais de diamante produzidos são utilizados para uma vasta gama de produtos industriais em processos que utilizem a dureza e a alta resistência ao desgaste do diamante, como corte e usinagem de componentes mecânicos, polimento óptico para trituração.

A técnica HPTH é responsável desde há década de cinquenta pela produção industrial do diamante, alcançando hoje cerca de 75 toneladas por ano, suprindo a maior parte das necessidades de diamante no mercado. No entanto, uma desvantagem do método HPHT é que o diamante é produzido ainda na forma de cristais que variam em tamanho de nanômetros a um milímetro, e isso limita o leque de aplicações para os quais pode ser usado.

O que é necessário é um método para produzir formas de diamantes que possam permitir muitos mais seus superlativos.

É preciso explorar propriedades que o tornem em outras palavras, como um diamante de película fina (MAY, 2000).

4.1.2 Técnica de deposição CVD (deposição química a partir da fase vapor)

O diamante só foi possível ser sintetizado, a partir da grafite em 1954, submetendo-o a pressões acima de 60.000 atmosferas e a temperaturas acima de 2000

o_{C, conforme o diagrama de fase representado na Figura 5. Justamente neste ano,}

publicou-se o primeiro indício de obtenção de diamante a partir da forma gasosa de alguns compostos orgânicos, isto é, via CVD, com pressão inferior a uma atmosfera e temperatura inferior a 1000o C (BACHMANN, 1991; SPEAR, 1994).

Figura 5 - Pressão de equilíbrio das fases diamante e grafite. Fonte: (BUENO & SOUZA, 2004)

A pequena taxa de crescimento do filme de diamante CVD permitiu que as técnicas de alta pressão e alta temperatura prosperassem rapidamente, sendo responsável pela maior parte do diamante industrial utilizado no mundo. O sucesso com as técnicas CVD veio somente no final da década de 1970, através de intensa atividade da escola russa, que descobriu que o átomo de hidrogênio podia funcionar como elemento ativador. A partir da década de 1980 vários grupos de pesquisa se proliferaram em todo o mundo, particularmente no Japão.

O processo de crescimento de filme de diamante CVD consiste na ativação, por vários métodos, de uma mistura de gases composta de pequenas quantidades de hidrocarbonetos diluídas em hidrogênio. A ativação destes gases produz hidrogênio atômico e radical de hidrocarboneto, em especial o radical metila (CH3), em condições

de não equilíbrio termodinâmico. O crescimento da rede cristalina do diamante se faz pela incorporação dos átomos de carbono dos hidrocarbonetos provenientes da fase gasosa. Os processos de ativação mais utilizados são os assistidos por plasma gerado por filamento quente, por micro-ondas, por chama de acetileno e oxigênio e por jato de plasma (DAVIS, 1993; SPEAR, 1994).

O filme de diamante CVD é observado como um dos materiais de grande interesse econômico, devido à sua possibilidade de aplicação, principalmente resultante de suas propriedades peculiares, ou seja:

a) é o material mais duro;

b) possui coeficiente de atrito muito baixo (equivalente ao do teflon);

c) possui condutividade térmica muito alta (até cinco vezes superior à do cobre);

d) é transparente a radiação na região espectral desde o ultravioleta até o infravermelho;

e) tem alto índice de refração;

f) é material hospedeiro para vários tipos de dopagens; g) é resistente a radiações cósmica, nuclear e ultravioleta;

h) é quimicamente inerte para temperaturas inferiores a 800ºC na presença de oxigênio e a 1550 ºC sem oxigênio;

A Tabela 2 apresenta as principais características do filme de diamante CVD.

Tabela 2 - Características do filme de diamante CVD (BACHMANN, 1991; DAVIS, 1993; SPEAR, 1994).

Propriedades Valor Unidade

Densidade 3520 kg/m3 Condutividade Térmica 500 – 2000 W/m. oC Difusão Térmica 2,3 – 9,2 m2/s Dureza 1 x 104 kg/mm2 Índice de Refração 2,38 - Constante Dielétrica 5,7 -

Coeficiente de dilatação térmica 0,8 x 10-6 (20 oC) /oC

Resistividade 1016 ohms.m

Rigidez Dielétrica 1 x 107 V/m

Força de Tensão 290 kg/mm2

Módulo de Young 1200 GPa

Coeficiente de Poisson 0,2 -

Emissividade 0,02 – 0,03 -

Desta forma, com estas características gerais superiores, o filme de diamante CVD tornou-se objeto de análise para muitas aplicações. O potencial de aplicações do filme de diamante CVD pode atingir muitas áreas tecnológicas conforme a Figura 6.

Potencial de Aplicacão

12% 17% 3% 25% 8% 14% 21% Óptica Tribologia Abrasivos Ferramentas de Corte Dissipadores de Calor Semicondutores Ferramentas de Perfuração

Figura 6 - Potencial de aplicações do diamante CVD em várias áreas de acordo com o número de patentes publicadas.

Fonte: (BUENO & SOUZA, 2004)

Belgede İlköğretim 2sınıf öğrencilerinin matematik dersindeki öğrenme yaşantılarının bilgisayarda hazırlanan zeki öğretim sistemine göre incelenmesi (sayfa 47-52)