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Tecnologie
PVD e PECVD
Queste tecnologie, utilizzando il plasma in vuoto, permettono di realizzare rivestimenti e trattamenti funzionali ad alte prestazioni quali: elevata durezza, bassa corrosione, basso attrito, protettivo trasparente resistente a usura o flessibile, barriera alla diffusione di gas o di elementi in superficie, idrofobicità, idrofilicità, funzionalizzazioni organiche.Le tecniche sono altamente riproducibili, affidabili per processi industriali (già utilizzate in diversi settori), eco-compatibili e a bassa temperatura, si possono utilizzare su qualsiasi tipo di substrato quali metalli o ceramiche, ma anche materiali organici quali plastiche e carta.
Descrizione tecnologia
Le tecniche di deposizione attraverso plasma in vuoto PVD (Phisical Vapor Deposition) e PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) consentono la sintesi di rivestimenti nanostrutturati a film sottile per il conferimento di proprietà specifiche e funzionali alle superfici quali, ad esempio, anticorrosione, antiaderenza, antiusura, antigraffio, autolubrificanti e antiriflesso, idrofobicità, oleofobicità o idrofilicità.
Il processo di deposizione avviene all’interno di camere da vuoto dove i precursori vaporizzati ed attivati dal plasma, condensano sulla superficie dei substrati formando ricoprimenti polimerici, metallici e ceramici di diversa natura (ossidi, nitruri, carburi, polisilossani reticolati, metalli, ecc. ). In virtù di temperature di processo generalmente inferiori ai 100°C, è possibile utilizzare queste tecnologie sia per trattamenti su particolari metallici che su materiali polimerici, tessuti ed altri materiali termosensibili.
Questo rivestimenti nanostrutturati sono utilizzabili in diversi settori industriali:
Il processo di deposizione avviene all’interno di camere da vuoto dove i precursori vaporizzati ed attivati dal plasma, condensano sulla superficie dei substrati formando ricoprimenti polimerici, metallici e ceramici di diversa natura (ossidi, nitruri, carburi, polisilossani reticolati, metalli, ecc. ). In virtù di temperature di processo generalmente inferiori ai 100°C, è possibile utilizzare queste tecnologie sia per trattamenti su particolari metallici che su materiali polimerici, tessuti ed altri materiali termosensibili.
Questo rivestimenti nanostrutturati sono utilizzabili in diversi settori industriali:
- Decorativi per occhialeria, bigiotteria-gioielleria, accessori per la casa, posateria, rubinetteria, ecc.
- Antigraffio per lenti per occhiali, vetri, componenti in plastica, componenti meccanici metallici, plastiche, ecc.
- Anticorrosione per componenti meccanici metallici, utensili, superfici esposte ad agenti atmosferici, serramenti, plastiche, materiali lapidei, ecc.
- Elevata durezza per componenti meccanici metallici, utensili, stampistica, ecc.
- Lubrificanti solidi per componenti meccanici in applicazioni ad alta velocità: valvole, alberi, cuscinetti, turbine, ecc.
- Autopulenti per rivestimenti per superfici vetrose, lunotti e parabrezza, protezione UV delle plastiche, ecc.
- Barriera ai gas per i settori del packaging, del biomedico e dell’optoelettronico, e ai metalli pesanti quali nichel e piombo per bigiotteria, alimentare, ecc.
- Funzionali (idrofobico, idrofililico, …) per materiali lapidei, automotive, edilizia, cucine, materiali subacquei, stampistica, ecc.
Descrizione facilities/strumenti/competenze
Presso i laboratori di Nanofab sono disponibili due impianti PECVD ed uno PVD.
PECVD 1: il primo apparato utilizzabile sia per ricerca che per piccole produzioni è fornito da Plasma Electronics gmbh: permette di utilizzare fino a tre diversi precursori e quattro gas nel processo di deposizione, di generare il plasma per accoppiamento capacitivo RF, DC o DC pulsato e dispone di una camera di 900×900×900 mm3. È inoltre dotato di un doppio sistema di pompaggio che consente anche l’uso di precursori corrosivi. Il sistema inoltre è dotato di un evaporatore per l’inserimento di precursori liquidi e di uno spettrometro di massa per il controllo di processo.
PECVD 2: il secondo apparato, dedicato soprattutto allo sviluppo di rivestimenti ibridi PVD/PECVD o MW-PECVD, è stato realizzato da Microcoat spa. Il sistema è equipaggiato con una sorgente a microonde, una sorgente RF ed una sorgente magnetron DC-pulsato, permette un fine controllo termico del processo e consente il riscaldamento del substrato fino a 550 °C. Il sistema è infine dotato di un portacampioni rotante per lo sviluppo dei processi ibridi PVD-PECVD.
PVD: l’impianto PVD è stato realizzato da Thin Films srl e dispone di una camera di 700×700×800 mm3 con pressione base di 5×10-7 mbar, dotata di 4 catodi magnetron sputtering (AJA-STXL 4.9”×12”) in configurazione closed-field con potenze 3KW DC o DC-pulsato. Il portacampioni è dotato di assi di rotazione disaccoppiati controllabili tramite software e può essere polarizzato in DC + RF. L’apparato monta inoltre un cannone ionico GENCOA-IM con distanza e angolazione regolabili rispetto al campione e la fibra ottica con il sistema di feedback per lo sputtering reattivo.
Le competenze acquisite presso i laboratori sono numerose e varie anche in virtù dei numerosi cases studies analizzati e risolti nel corso degli ultimi anni. In particolare nell’ambito di rivestimenti trasparenti protettivi con proprietà di barriera alla diffusione e alla corrosione sia a strato singolo che multistrato a base di silice e polisilossani reticolati e nell’ambito dei rivestimenti trasparenti antigraffio e funzionali, grazie alle ricerche svolte, sono stati registrati 2 brevetti. Altre competenze particolarmente sviluppate sono i rivestimenti DLC (diamond like carbon) ad elevata durezza e basso coefficiente di attrito per applicazioni meccaniche, i rivestimenti ceramici con proprietà meccaniche avanzate a base di nitruri di Cr, Al, Y, Zr e Ti per applicazioni antigraffio ed antiusura anche a temperature elevate, decorativi ed anticorrosione.
L’attività finora svolta ha portato alla registrazione di due brevetti italiani e alla presentazione dei risultati presso diverse conferenze internazionali quale ad esempio nel 2008 la “The Eleventh International Conference on Plasma Surface Engineering” (PSE 2008) a Garmisch-Partenkirchen (D) e fiere ed eventi nazionali.
PECVD 1: il primo apparato utilizzabile sia per ricerca che per piccole produzioni è fornito da Plasma Electronics gmbh: permette di utilizzare fino a tre diversi precursori e quattro gas nel processo di deposizione, di generare il plasma per accoppiamento capacitivo RF, DC o DC pulsato e dispone di una camera di 900×900×900 mm3. È inoltre dotato di un doppio sistema di pompaggio che consente anche l’uso di precursori corrosivi. Il sistema inoltre è dotato di un evaporatore per l’inserimento di precursori liquidi e di uno spettrometro di massa per il controllo di processo.
PECVD 2: il secondo apparato, dedicato soprattutto allo sviluppo di rivestimenti ibridi PVD/PECVD o MW-PECVD, è stato realizzato da Microcoat spa. Il sistema è equipaggiato con una sorgente a microonde, una sorgente RF ed una sorgente magnetron DC-pulsato, permette un fine controllo termico del processo e consente il riscaldamento del substrato fino a 550 °C. Il sistema è infine dotato di un portacampioni rotante per lo sviluppo dei processi ibridi PVD-PECVD.
PVD: l’impianto PVD è stato realizzato da Thin Films srl e dispone di una camera di 700×700×800 mm3 con pressione base di 5×10-7 mbar, dotata di 4 catodi magnetron sputtering (AJA-STXL 4.9”×12”) in configurazione closed-field con potenze 3KW DC o DC-pulsato. Il portacampioni è dotato di assi di rotazione disaccoppiati controllabili tramite software e può essere polarizzato in DC + RF. L’apparato monta inoltre un cannone ionico GENCOA-IM con distanza e angolazione regolabili rispetto al campione e la fibra ottica con il sistema di feedback per lo sputtering reattivo.
Le competenze acquisite presso i laboratori sono numerose e varie anche in virtù dei numerosi cases studies analizzati e risolti nel corso degli ultimi anni. In particolare nell’ambito di rivestimenti trasparenti protettivi con proprietà di barriera alla diffusione e alla corrosione sia a strato singolo che multistrato a base di silice e polisilossani reticolati e nell’ambito dei rivestimenti trasparenti antigraffio e funzionali, grazie alle ricerche svolte, sono stati registrati 2 brevetti. Altre competenze particolarmente sviluppate sono i rivestimenti DLC (diamond like carbon) ad elevata durezza e basso coefficiente di attrito per applicazioni meccaniche, i rivestimenti ceramici con proprietà meccaniche avanzate a base di nitruri di Cr, Al, Y, Zr e Ti per applicazioni antigraffio ed antiusura anche a temperature elevate, decorativi ed anticorrosione.
L’attività finora svolta ha portato alla registrazione di due brevetti italiani e alla presentazione dei risultati presso diverse conferenze internazionali quale ad esempio nel 2008 la “The Eleventh International Conference on Plasma Surface Engineering” (PSE 2008) a Garmisch-Partenkirchen (D) e fiere ed eventi nazionali.