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L’analisi dei rivestimenti PECVD nell’utilizzo per la cultura cellulare

Nel documento a seguire riportiamo l’analisi di G. Ceccone effettuata su una serie di campioni forniti da PLASMA ELETRONIC in collaborazione con IRMM (Institute of Reference Materials and Measurements).

L’obiettivo dello studio è l’’investigazione sistematica del comportamento delle cellule su differenti substrati e rivestimenti, con il fine ultimo di ottimizzare un processo standardizzato da utilizzarsi nella tecnica In Vitro.

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La cromatura PEVD sottovuoto

In funzione dei noti problemi legati ai processi di cromatura galvanica, da alcuni anni ormai si parla di procedimenti alternativi a basso impatto ambientale e caratterizzati da ridotti consumi energetici.

L’alternativa più immediata per la maggioranza delle aziende che già operavano nel settore del trasferimento di metalli sottovuoto è stata quella di ricorrere ai noti processi PVD (Phisical Vapor Deposition) per evaporare cromo su substrati metallici o plastici. Tale tecnologia, con le sue numerose varianti, è conosciuta da molti anni e viene ampiamente utilizzata in diverse applicazioni:

  • Indurimento degli utensili da taglio
  • Oggettistica
  • Lenti
  • Condensatori elettrici
  • Imballaggio flessibile

Utilizzano un’adeguata tecnologia PVD è possibile evaporare tutti i metalli, gli ossi e i materiali organici.

Il problema non è dunque evaporare il cromo, quando piuttosto conferire allo strato di cromo specifiche caratteristiche in termini di aderenza al substrato, resistenza alla corrosione e resistenza all’abrasione, che determinano la bontà del prodotto. Nella pratica, questo equivale a soddisfare non soltanto le esigenze specifiche del cliente, ma anche quelle richieste dagli standard qualitativi Qualicoat.

Noi di ANTEC Finiture abbiamo messo a punto un innovativo procedimento di cromatura sottovuoto che abbiamo chiamato PEVD (Plasma Enhanced Vapor Deposition). Tale trattamento è il risultato della nostra competenza nei trattamenti PECVD e della pluriennale esperienza acquisita nel settore della metallizzazione PVD di film plastici.

Cosa sono i trattamenti PECVD e PVD?

Il PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) è un procedimento utilizzato per ottenere depositi di film sottili partendo da sostanze gassose.

In questo procedimento sono implicate reazioni chimiche che si verificano in presenza di un plasma generato dai gas immessi in camera sottovuoto. Un plasma è definibile come qualsiasi gas in cui sia presente una percentuale significativa di atomi o di molecole ionizzate.

Nell’industria dei rivestimenti PECVD, per ionizzare i gas e formare il plasma si utilizzano generalmente campi elettrici creati con generatori RF. Nel caso in cui il pezzo da trattare sia conduttivo, esso viene collegato direttamente al generatore e le particelle ionizzate sono attratte dal campo elettromagnetico.

La superficie viene quindi bombardata dagli ioni, che danno luogo alla crescita del film. Tuttavia, alcuni ioni sfuggono all’attrazione del campo elettromagnetico e colpiscono le superfici in prossimità dell’elettrodo. Anche in questo caso si otterranno film sottili, seppure con caratteristiche diverse. Grazie a questo fenomeno, chiamato R-PECVD (dove R sta per remote), è possibile rivestire e trattare materiali dielettrici.

La tecnologia PECVD è comunemente utilizzata nell’industria dei semiconduttori, per depositare film su wafer e per la pulizia delle superfici, per alterarne la bagnabilità, aumentandola o riducendola, e per rivestimenti funzionali anticorrosione, antiusura, antiattrito e via discorrendo.

Il PVD (Physical Vapor Deposition) è un metodo comunemente usato per la deposizione di film sottili ottenuti sublimando le sostanze da depositare. Con l’ausilio di diverse tecniche, tra cui quella cosiddetta “ad arco”, si procede alla sublimazione delle sostanze che, ricondensandosi sulla superficie dell’oggetto, comporranno il film.

Il PVD è la tecnica tipicamente utilizzata nella fabbricazione degli specchi, ottenuti depositando un sottile strato d’argento su una lastra di vetro (sputtering) o per l’indurimento degli utensili (arco). Un grosso limite del PVD, e la sua fondamentale differenza con la tecnologia PECVD, risiede nella necessità di raggiungere elevate temperature durante il trattamento. Nel PVD sono coinvolti meccanismi puramente fisici come l’evaporazione sottovuoto ad alta temperatura dei metalli e la loro condensazione sull’oggetto piuttosto che reazioni chimiche sulla superficie da trattare come nel CVD.

Il procedimento PEVD: cos’è e a cosa serve

Il PEVD (Plasma Enhanced Vapor Deposition) è un acronimo ideato da ANTEC che identifica la sintesi tra i processi PVD e PECVD. La nostra azienda ha messo assieme queste due tecnologie sviluppando un procedimento di cromatura sottovuoto che conferisce al manufatto caratteristiche qualitative in grado di soddisfare non solo le più specifiche richieste del cliente, ma anche gli standard Qualicoat.

Il punto di partenza del trattamento è un impianto PVD ad arco classico con l’inserimento di un elettrodo in grado di generare un plasma mediante RF. Il trattamento procede poi come segue:

  1. Pretrattamento. Gli oggetti devono essere pretrattati con fondi adatti a lavorare in ambiente di vuoto.
  2. Vuoto. Raggiungimento di un certo valore di vuoto tale da garantire l’assenza di gas inquinanti durante il processo.
  3. Processo PECVD. Immissione in camera di una miscela di gas ed accessione del generatore RF per generare il plasma. In questa fase si deposita uno strato nanometrico che consente un forte legame tra il fondo e il successivo strato metallico.
  4. Processo PVD. Immissione in camera di certi gas e accessione dei catodi di metallo (cromo e altri). Automaticamente la macchina immette in camera gas diversi in quantità predeterminate e accende e spegne i catodi così da ottenere un rivestimento multistrato composto alternativamente da strati metallici e strati ceramici.
  5. Processo PECVD. Spegnimento dei catodi, immissione in camera di altri gas e accensione del generatore RF. In questo modo si ottiene uno strato nanometrico finale che migliora ulteriormente le già buone caratteristiche di anticorrosione e anti-abrasione. Si possono ottenere film idrofili o idrofobi e anti-printing.
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La meccanica di processo PECVD e R-PECVD: il principio del processo Plasma

La deposizione chimica assistita dal plasma è il processo attraverso cui si procede alla formazione di film nanometrici portando il materiale dallo stadio gassoso a quello solido.

Il plasma, definito anche quarto stato della materia, è un gas in cui una significativa percentuale di atomi o molecole è ionizzata mediante l’apporto di energia.

Le deposizioni al plasma avvengono a una pressione di qualche pascal, e i gas vengono ionizzati in diverse modalità, tra cui le più utilizzate comportano l’utilizzo di generatori RF (AC) o DC pulsato. I pezzi che devono essere trattati vengono posizionati all’interno di una camera da vuoto che viene portata a pressioni di qualche pascal.

Successivamente, si procede all’immissione in camera dei gas che vengono ionizzati dal campo elettromagnetico. Quest’ultimo va a formarsi intorno ad alcuni elettrodi studiati per ogni singola applicazione. In alcuni casi gli elettrodi possono essere connessi direttamente ai pezzi stessi, in modo che la differenza di potenziale che si ottiene tra il plasma e la superficie dell’oggetto sia tale da orientare gli ioni a bombardare in modo accelerato la superficie. Così facendo, sarà possibile ottenere film ad alta densità e rimuovere i contaminati e gli eventuali radicali.

I film così ottenuti, diversamente da quelli risultato di altre tecnologie, presentano una microstruttura semicristallina non permeabile e completamente priva di porosità. Essendo estremamente omogenei, essi si rivelano eccellenti barriere alla chimica e presentano durezze molto elevate.

Le temperature di deposizione variano in funzione di diverse variabili:

  • Il trattamento
  • La superficie da trattare
  • Le caratteristiche tecniche da ottenere

Tali temperature possono oscillare da un minimo di 30 °C a un massimo di 150 °C. La tecnologia PECVD è, in definitiva, più che adatta al trattamento di acciai temprati molto duri.

Infine, grazie ad un plasma ad alta energia è possibile ottenere un effetto sputtering per la riduzione della rugosità delle superfici, nonché in grado di colmare le cosiddette “nano-crepe”.

In altri casi è possibile modificare la superficie del materiale senza depositare su di essa un film vero e proprio. In questi casi, durante il processo la superficie subisce una modificazione che ne altera le caratteristiche superficiali.

Queste modifiche sono però spesso instabili nel tempo e tendono a passivarsi e decadere: per questo motivo è quindi spesso necessario ricorrere a un film nanometrico che intrappoli stabilmente i gruppi che rendono la superficie adeguata alle richieste progettuali. I film nanometrici sono estremamente elastici e si accoppiano molto bene con elastomeri e materie plastiche, assicurando che le caratteristiche superficiali richieste non si modifichino con il tempo. Tramite tecnologia PECVD si ottengono quindi film e applicazioni sempre rispettosi della morfologia e delle caratteristiche geometriche del pezzo, senza modificarne la macrostruttura.

In conclusione, la tecnologia PECVD è estremamente versatile e in grado di soddisfare gran parte delle necessità in ambito di trattamenti superficiali tecnici e, talvolta, persino decorativi.

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Rivestimenti DLC modificati per applicazioni biologiche: il rapporto di EMPA

I Laboratori Federali Svizzeri per Prove e Ricerche sui Materiali (EMPA) hanno realizzato un interessante studio sul DLC, il carbonio simile al diamante noto anche con il nome di “carbonio amorfo idrogenato”.

In particolare, il contenuto che vi proponiamo a seguire si concentra sull’analisi dei rivestimenti in DLC finalizzati all’utilizzo in biotecnologia, attraverso la dimostrazione di come i rapporti tra le diverse proteine assorbite dalle superfici possano essere influenzati dall’aggiunta di diversi elementi a carico dei rivestimenti in carbonio.

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