¿Qué es el Recubrimiento PVD?
El recubrimiento PVD (en inglés: Physical Vapor Deposition) es el recubrimiento de una fina película de una aleación dura sobre la superficie del objeto depositado mediante un método físico.
Esto hace que la superficie del objeto depositado sea muy dura y resistente. También tiene el efecto de aumentar la suavidad de la superficie y reducir la fricción y el desgaste en la superficie del objeto depositado.
Usos de los Recubrimientos PVD
Una aplicación típica de los recubrimientos PVD es el proceso de fabricación de semiconductores. Se utiliza desde hace mucho tiempo, concretamente para la formación de electrodos multicapa, cableado, películas protectoras, películas aislantes y películas metálicas.
También es adecuado para recubrimientos de aluminio en soportes de almacenamiento como CD y DVD por su buena adherencia y rentabilidad, y recubrimientos de aleaciones de titanio para mejorar la durabilidad de las herramientas de corte. Además, también se utiliza como alternativa al chapado en productos metálicos y no metálicos, por ejemplo en joyería como pulseras y relojes, y en aplicaciones decorativas para piezas arquitectónicas como pomos de puertas.
Los recubrimientos PVD se utilizan en diversos campos, ya que consiguen una “alta durabilidad”, un “bajo desgaste” y una “larga vida útil” del objeto depositado.
Principio de los Recubrimientos PVD
El recubrimiento PVD es un proceso de revestimiento en el que un metal duro se adhiere a la superficie del objeto a revestir por medios físicos para formar una película. Existen tres métodos de adhesión del metal: evaporación al vacío, sputtering y metalizado iónico.
En todos estos métodos, se crea un intervalo de alto vacío (alto vacío de 10-¹ a 10-⁵) en el recipiente de deposición, en el que la sustancia material (blanco) que se va a depositar se vaporiza o evapora mediante calor, haz de electrones, iones u otra energía externa y se deposita físicamente sobre el objeto que se va a depositar. El material se deposita físicamente sobre el objeto a depositar.
Tipos de Recubrimientos PVD
Existen tres tipos de métodos de deposición de metales en el recubrimiento PVD: evaporación al vacío, sputtering y metalizado iónico.
1. Evaporación al Vacío
El método de evaporación al vacío es el método de deposición PVD más básico. El material de deposición se evapora y se deposita físicamente sobre la superficie del objeto a depositar en un contenedor de deposición que ha alcanzado un alto rango de vacío. Los métodos más comunes para calentar el material de deposición son el calentamiento por haz de electrones y el calentamiento por resistencia.
Método del Haz de Electrones
El método de haz de electrones es el más versátil y el más utilizado. En este método, el material de evaporación que forma la película se coloca en un crisol refrigerado por agua y se irradia con un haz de electrones para evaporarlo.
Método de Calentamiento por Resistencia
En el método de calentamiento por resistencia, el material de evaporación para formar la película se coloca en una barca hecha de metal de alto punto de fusión y la barca se calienta directamente con un calentador. Otros métodos son el calentamiento por inducción de alta frecuencia, el calentamiento por rayo láser, el calentamiento por alta frecuencia y el calentamiento por arco.
Método de Evaporación al Vacío
El método de evaporación al vacío no requiere calentar el objeto que se va a depositar, lo que permite depositar películas sobre resinas y productos metálicos en los que no se desea un historial térmico. Además, el método de evaporación al vacío no requiere la aplicación de un voltaje negativo al objeto a depositar, por lo que también se pueden depositar películas sobre materiales no conductores.
2. Pulverización Catódica
En el sputtering, gases activos como el argón se ionizan y bombardean el material de deposición en el recipiente de deposición, que ha alcanzado un alto rango de vacío, y las moléculas y átomos del material se dispersan con gran fuerza. Las moléculas y átomos dispersados se depositan físicamente en la superficie del material depositado, formando una película.
El método básico para ionizar el gas argón consiste en colocar electrodos de placas paralelas en un recipiente de deposición con el material de deposición en el cátodo y el objeto que se va a depositar en el ánodo, aplicar una tensión continua para generar una descarga luminosa en el lado del cátodo e ionizar el gas argón en la zona de descarga.
En ese momento, el argón ionizado colisiona con el lado del cátodo a gran energía y velocidad. Los átomos de material emitidos por la colisión alcanzan el material a depositar en el lado del ánodo, donde se depositan físicamente.
Este método se conoce como sputtering bipolar, y el sputtering por magnetrón, que combina el efecto de campo magnético (se instala un imán en el electrodo negativo) para aumentar la velocidad de ionización del argón, es actualmente el más utilizado.
3. Metalizado Iónico
El metalizado iónico es un método de deposición de una película mediante la ionización de un gas metálico o compuesto, que se calienta y evapora en el vacío, y que incide sobre el objeto a depositar. En otras palabras, puede describirse como un método de procesamiento que añade plasma a la evaporación en vacío.
Concretamente, el objeto se evapora mediante tensión continua, tensión de alta frecuencia o haces de electrones en el recipiente de deposición, que ha alcanzado una zona de alto vacío. Al mismo tiempo, se introducen gases de reacción (nitrógeno, hidrocarburos, etc.) en el recipiente de deposición, que reaccionan con el material de deposición evaporado.
Cuando se aplica un voltaje negativo al objeto que se va a depositar, el material depositado se acelera e impacta con el objeto en un estado de alta energía, depositándose en la superficie del objeto y permitiendo la formación de la película. Este método permite depositar películas de nitruro y carbonitruro con buena adherencia y se utiliza para herramientas de cuchillas y decoraciones que requieren durabilidad.