Veli Mektubu

Para o presente trabalho uma extensa revisão bibliográfica foi elaborada, procurando- se obter o máximo de trabalhos relevantes na área a ser desenvolvida, além de normas para a confecção do texto. É importante ressaltar que, durante a busca por material de produção de cerâmicas via processo sol-gel, verificou-se que o livro de Brinker e Scherer (1990) condensa todos os trabalhos relevantes na área até a década de 90. Portanto, diversas referências são feitas através dessa obra. Cabe ressaltar os estudos realizados pela Dra. Sebastiana Lana (1994), em sua tese de doutorado, que foram utilizados ao longo deste trabalho.

Para a confecção do presente texto, seguiu-se a normatização indicada pela obra de França (1996), a qual foi baseada nas normas de publicações da ABNT (Associação Brasileira de Normas e Técnicas).

3.1 FILMES FINOS

3.1.1 INTRODUÇÃO

Recobrir a superfície de um vidro com camadas transparentes, possibilita a alteração das suas propriedades. Essa é uma forma mais simples e econômica de se conseguir determinadas propriedades ópticas sem alterar a composição do vidro. Apesar de estar sendo exemplificado o vidro, as mesmas alterações podem ser produzidas em diversos outros tipos de substratos. Através do conhecimento prático (Faderlik, 1983) podem-se definir camadas finas ou filmes finos, como uma camada em que a diferença do caminho de raios de radiação visível que a atravessa não exceda a 5 λ, onde λ é o comprimento de onda da radiação. Sendo assim, equaciona-se a relação da diferença de caminho, como (Faderlik, 1983):

λ ⋅ = ⋅ ⋅n h 5 2 ₁

( 1 )

considerarmos um filme de sílica, cujo índice de refração é ≈ 1,5 (Faderlik, 1983), então para λ igual a 0,6 μm, teremos:

m

1

h

n

2

5

h

μ

=

⇒

⋅

λ

⋅

=

( 2 )

Dessa forma determinou-se a espessura crítica para uma camada fina de sílica, como sendo 1μm (1000nm). Assim, Vasícek (1960) determinou que para um filme ser considerado fino deve ter espessura menor ou igual a 1μm (1000nm).

As propriedades dos filmes finos são intrínsecas ao método de deposição, ao material utilizado para substrato, à temperatura do substrato, à taxa de deposição e à pressão do ambiente de deposição. Para aplicações específicas, são enumeradas as propriedades relevantes dos filmes finos, tais como: reflexão/transmissão óptica, dureza, adesão, porosidade, dieletricidade, resistência a ambientes corrosivos, estabilidade com respeito à temperatura e a estequiometria, entre outras (George, 1992).

3.1.2 TIPOS DE RECOBRIMENTO

A aplicação e as propriedades de um dado material a recobrir determinarão o método de deposição adequado. Dentre as principais técnicas de recobrimento podemos enumerar as mais utilizadas, que são: deposição química de vapor (CVD), deposição física de vapor (PVD) e processo sol-gel. Essas técnicas e suas variantes são detalhadas nos próximos itens. Existem diversas outras técnicas, porém as mais difundidas são essas (George, 1992; Rickerby e Matthews, 1991; Brinker et al., 1996).

3.1.2.1 DEPOSIÇÃOQUÍMICADEVAPOR

A deposição química de vapor (Chemical Vapor Deposition – CVD) é uma das mais populares e importantes técnicas de recobrimento, devido à possibilidade de gerar filmes de alta pureza e qualidade, tendo-se um controle da composição da camada depositada. O princípio da técnica consiste na formação de um filme sobre um

substrato através de uma reação gasosa dos constituintes desejados, a uma temperatura apropriada. Os principais tipos de reações químicas na técnica envolvem decomposição térmica (pirólise), redução, oxidação, nitração, carbetação e reações de transferência química (George, 1992).

A deposição segue três processos fundamentais:

• Transporte dos reagentes ao reator;

• Provimento da energia de ativação da reação;

• Remoção dos subprodutos gasosos e vapores.

Para prover a energia de ativação necessária às reações do recobrimento, diversas variantes para essa técnica básica foram desenvolvidas. Atualmente, as principais são: deposição química de vapor a laser (LCVD), foto-deposição química de vapor, deposição química de vapor a plasma (PACVD ou PECVD), deposição química de vapor induzida por feixe de elétrons (EBCVD) e deposição química de vapor induzida por feixe de íons (IBCVD) (Rickerby e Matthews, 1991).

A técnica CVD é atualmente empregada para:

• Crescimento de monocristais;

• Produção de pós utilizando nucleação homogênea no vapor;

• Densificação de superfícies;

• Produção de monólitos de diversas formas geométricas de materiais frágeis;

• Produção de filmes finos e recobrimentos para diversas áreas de aplicações. Dentre elas destacam-se as aplicações em: microeletrônica, ferramentas de corte, camadas passivantes, células fotovoltaicas, entre outras.

As principais desvantagens da técnica CVD são: complexidade do equipamento; altas temperaturas de operação; muitas variáveis de controle; e toda a superfície é sempre recoberta (George, 1992).

3.1.2.2 DEPOSIÇÃOFÍSICADEVAPOR

A deposição física de vapor (Physical Vapor Deposition – PVD) não é apenas uma técnica de recobrimento, mas sim uma variedade de técnicas que utilizam um mesmo princípio. Esse princípio consiste da evaporação ou ionização de, principalmente, um

metal ou uma liga metálica que é condensado sobre um substrato. Dessa forma, a aderência da camada formada é, principalmente, regida por forças físicas. Entre as técnicas mais utilizadas pode-se citar: a evaporação a vácuo, sputtering e a implantação iônica (II) (George, 1992).

A evaporação a vácuo é uma das mais antigas técnicas de recobrimento, mas mesmo assim, ainda continua sendo uma das técnicas mais utilizadas em laboratórios e indústrias (George, 1992; Rickerby e Matthews, 1991). A deposição por evaporação segue três passos básicos (George, 1992):

1. Geração de vapor de uma fase condensada, sólida ou líquida; 2. Transferência do vapor de sua fonte ao substrato;

3. Condensação do vapor na superfície de um substrato na forma de um filme sólido.

Existem diversos métodos para evaporação, porém todos os métodos necessitam de vácuo para favorecer a deposição do material. A evaporação a vácuo é utilizada em diversas aplicações. Na Tabela 7 é apresentada um sumário dos principais métodos e as respectivas aplicações dessa técnica de PVD. (Rickerby e Matthews, 1991).

Tabela 7 – Sumário dos principais métodos de evaporação a vácuo e exemplificação destes. (Fonte: Rickerby e Matthews, 1991).

TÉCNICA DE