Estudo de revestimentos cerâmicos sobre substrato metálico obtido

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Após um período de tempo de transição, é atingido o equilíbrio. A concentração na poça e as taxas de evaporação não irão mais mudar. Nesse estado, a composição do banho de evaporação pode desviar grandemente da composição original. No entanto, de acordo com a lei de conservação de massas, a composição final do material evaporante e do depósito devem ser as mesmas no final do processo [29]. O período de tempo de transição depende da temperatura de evaporação, da taxa de evaporação, do volume da poça de fusão, das diferenças entre as pressões de vapor dos componentes e das concentrações na liga. Um aumento na taxa de evaporação resulta numa redução do período de transição. Um aumento nas diferenças das pressões de vapor irá aumentar consideravelmente o período de transição [29]. Evaporações a partir de uma única fonte não devem ser usadas para ligas que contenham componentes cujas diferenças nas pressões de vapor sejam superiores a três ordens de magnitude [29]. Para a maioria das aplicações técnicas o período de transição está entre alguns minutos até 2 a 4 horas. Caso os desvios de concentrações dos componentes no estado de equilíbrio sejam conhecidos, o período de transição pode ser reduzido pela produção de um alvo com composição química correspondente [29]. Metzner e Scheffel desenvolveram um programa de computador para simular a taxa de evaporação de cada um dos componentes de uma liga (FeCr18Ni12) em função do tempo e compararam os resultados com a composição química ao longo da camada depositada (Figura 2.20). FIGURA 2.20 - Comparação entre dados experimentais e valores calculados para a evaporação de uma liga (FeCr18Ni12) em função do tempo. FONTE: adaptada de [29]. Em alvos de zircônia dopadas, ocorrem dois efeitos durante a evaporação: redução considerável da temperatura de fusão do lingote e aumento do tamanho da poça 60
de fusão. Com a poça maior, processos seletivos são facilitados o que causa a evaporação preferencial de componentes de alta pressão de vapor, ficando a poça rica em componentes de baixa pressão de vapor (Tabela 2.2), ocorrendo flutuação em composição química ao longo da espessura dos revestimentos [32]. TABELA 2.2 - Pressão de vapor e temperatura de fusão de alguns óxidos metálicos. Óxido Pressão de vapor em 2500 o C Temperatura de fusão (atm) ( o C) HfO2 ZrO2 ___ 4x10 ___ -5 Y2O3 4x10 2700 -5 CeO2 2x10 2400 -2 Al2O3 5x10 2400 -2 SiO2 1,5x10 2050 -2 Nb2O5 1,0x10 1720 -4 (a 1860 o C) 1,0x10 1500 -5 (a 1800 o C) FONTE: adaptada de [32]. Soluções para minimizar ou reduzir as heterogeneidades em composição ao longo da seção transversal de revestimentos são: a utilização de equipamentos com vários canhões e fontes de evaporação [32] ou a alteração da composição química do material a ser evaporado, de tal forma que se obtenha no depósito a composição desejada [35]. Para garantir a estequiometria e, conseqüentemente reduzir tensões internas nos filmes, alguns pesquisadores injetam uma quantidade controlada de oxigênio na câmara de deposição durante a evaporação de óxidos como, por exemplo, a zircônia [32]. Este fenômeno ocorre durante a sinterização dos alvos e/ou sua evaporação em ambiente de vácuo e que deve ser levado em consideração durante a obtenção de tais filmes. 2.9 Equipamentos Atualmente, existem diversos fabricantes de equipamentos tanto de laboratório, quanto industriais para evaporação e deposição por EB-PVD (Figs. 2.21 e 2.22). Esses equipamentos dispõem de diversos recursos que permitem a obtenção de revestimentos com elevadas propriedades tanto físicas quanto mecânicas. Dentre esses recursos destacam-se: sistemas para manipulação de substratos de geometria complexa, como é o caso das palhetas de turbinas; unidades auxiliares para limpeza dos substratos por bombardeamento de íons; válvulas de alta precisão para permitir introdução de pequenas quantidades de argônio e oxigênio na câmara de vácuo; disponibilidade de diversos canhões de elétrons para evaporação de diversos elementos simultaneamente e complexos sistemas de monitoração e controle de processo. 61
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