EuroWire January 2015

75 / 80

Artículo técnico
Enera de 2015 73
este revestimiento resistente al desgaste
puede ser utilizado fácilmente en las
hileras de trefilado. El revestimiento
obtenido mediante deposición química
de vapor por filamento caliente (HFCVD
por sus siglas en inglés) en la superficie
del foro interno de las hileras de trefilado
de WC-Co permite obtener resultados
particularmente buenos con las mismas
ventajas de las hileras de trefilado de
diamante convencionales, pero con
mejores prestaciones en las áreas clave.
Por ejemplo, súper alta dureza (70~100
GPa), coeficiente de rozamiento muy
bajo (~0,1), súper alta conductividad
térmica (8~20W/cm·K) e inercia química.
Nótese también que las técnicas HFCVD
proporcionan ventajas económicas
incomparables con diámetros internos
más grandes, mientras que las hileras
de diamante convencionales no son
competitivas desde el punto de vista
económico.
En particular, las hileras de diamante
nanocristalino tienen un éxito enorme
respecto a las hileras de carburo de
tungsteno y diamante policristalino en
el caso del compactado de cables de
potencia de cobre y aluminio, alcanzando
diámetros internos de hasta Ø60mm[2].
Una de las ventajas clave del proceso
HFCVD es la producción de revestimientos
de diamante con baja rugosidad. Éste
ha sido siempre un gran desafío para
las películas superficiales de diamante
policristalino convencional. Dado que
las películas de diamante sintético
depositadas por medio de los procesos
CVD convencionales son policristalinas
y de alta granulometría, generan una
superficie muy rugosa debido a la alta
energía superficial del diamante. Dado
que el diamante es el material más duro
que se conoce, los métodos de pulido
son difíciles de aplicar y requieren tiempo,
especialmente para películas finas de
diamante.
El coeficiente de rozamiento aumenta al
aumentar la rugosidad de las películas
de diamante. Esta rugosidad superficial
no es buena para muchas aplicaciones,
especialmente para el trefilado de
conductores de aluminio, donde se
requieren coeficientes de rozamiento
muy bajos durante el proceso y niveles
de acabado del producto muy altos,
requisitos alcanzables ahora con el uso de
películas obtenidas con el proceso HFCVD.
2 Preparación de hileras
con revestimiento
compuesto de
diamante
nanocristalino
Los autores de este artículo han resuelto el
problema de la alta rugosidad superficial
de los revestimientos de diamante
policristalino mediante la deposición de
revestimientos compuestos de diamante
nanocristalino.
Las películas compuestas de diamante de
superficie lisa fueron depositadas mediante
deposición de vapor químico en dos
fases, que incluyen primero la deposición
del diamante policristalino rugoso
convencional y luego capas de diamante
nanocristalino.
Como sustratos se usaron hileras de
trefilado de carburo de tungsteno
cementado YG6 (Co 6%), que fueron
pretratadas con varios métodos,
como la lixiviación del cobalto por
inmersión en reactivos específicos y el
rayado del sustrato usando polvo de
diamante[3]. Las películas de diamante
convencional y diamante nanocristalino
fueron depositadas en un equipo CVD
de filamento caliente mejorado con
polarización.
Se depositaron en continuo películas
delgadas de diamante nanocristalino
in situ sobre películas de diamante
convencional de espesor de 10~15μm,
regulando los parámetros del proceso CVD
(como presión del gas, concentración de la
mezcla de gases hidrocarburo-hidrógeno
y si aplicar o no la tensión de polarización)
para mejorar significativamente la
nucleación secundaria.
Las películas compuestas de diamante
de superficie lisa fueron obtenidas por
deposición de capas alternadas de
diamante policristalino rugoso y diamante
nanocristalino de grano fino.
Se puso un solo filamento recto de tántalo
en el eje central de la hilera por revestir
(ver la Figura 1 ).
El alambre de tántalo se mantiene en
posición recta mediante un resorte de alta
temperatura o un soporte especial en el
caso de hileras de diamante de diámetro
interno muy pequeño.
Un solo filamento recto puesto en el eje
central de la hilera puede mantener la
temperatura uniforme en la superficie del
foro de la hilera de trefilado durante el
proceso de deposición.
Una polarización con corriente continua
fue aplicada entre el filamento y el
sustrato, representado por la hilera de
trefilado, para mejorar la densidad de
nucleación del diamante.
▲ ▲ Figura 2: Vista en plano de las imágenes SEM del revestimiento de diamante policristalino y nanocristalino
(a) (b)
▼ ▼ Figura 4 : Aspecto de la hilera con revestimientos
compuestos de diamante nanocristalino (nano-die)
▼ ▼ Figura 3: Espectro de Raman del revestimiento de
diamante policristalino (negro) y nanocristalino
(rojo)
intensidad (au)
número de onda (cm-1)
película subyacente de diamante policristalino (MDC)
película superficial
de diamante
nanocristalino (NDC)