INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Diego Fernando Devia Narváez

20 horas

CODIGO CIE

3-16-8

Vanessa Brand Castañeda

Estudiante

5 Horas

Alexander Gutierrez Gutierrez

Coinvestigador

4 Horas

Elizabeth Restrepo Parra

Coinvestigador

4 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2016. Sin Financiación

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo general: Desarrollar modelos y simulaciones que permitan estudiar algunas propiedades físicas presentes en los arcos en vacío, utilizados en procesos de producción de materiales por la técnica deposición física vapor por arco catódico. Objetivos específicos: - Estudiar a partir de la teoría cinética de gases los parámetros tales como densidad y temperatura electrónicas, y la energía cinética de los iones del plasma de arcos en vacío empleados en procesamiento de materiales. - Con las ecuaciones seleccionadas que modelan la estructura del plasma en el contorno del arco, obtener una representación del sistema que permita solucionar las variables de mayor interés como son la energía de iones, potencial electroestático y temperatura de electrones. - Validar la experimentación numérica con reportes teóricos y/o experimentales para casos similares, y proceder a realizar un ajuste de parámetros del modelo para el sistema PVD del Laboratorio Física del Plasma.

RESUMEN

El desarrollo industrial y tecnológico ha generado una demanda en tecnología de materiales, enfocados a mejorar el comportamiento de la superficie de piezas industriales y dispositivos para incrementar su vida útil, o para otorgar una propiedad especial a un elemento. Para el crecimiento de películas delgadas en herramientas industriales como punzones, termopozos, entre otros, la técnica de Deposición Física Vapor por Arco Cátodico (PVD-CA) es un proceso exitosamente utilizado para este fin, debido a su amplia zona de implantación de iones de metal, y la ausencia de residuos de reacciones químicas. En el Laboratorio Física del Plasma se ha implementado un modelo a escala del sistema PVDCA, en el que se han crecido películas delgadas con aplicaciones en herramienta industrial. Para optimizar el proceso PVD-CA y llevarlo a una escala industrial, de tal forma que se pueda dar un servicio regional con este tipo de productos, se requiere conocer el comportamiento de parametros como potencial del plasma, energías y densidades de las partículas presentes en el proceso. En este trabajo se presenta un modelamiento cinético espacio temporal que describe la región interelectródica en el proceso Deposición Física Vapor por Arco Catódico (PVD-AC), utilizando como material catódico el Cobre, Titanio y Zirconio. Se estudio el comportamiento de los parámetros mencionados anteriormente, a partir de una descripción microscópica, determinada por las posiciones y las velocidades de estas. Las ecuaciones corresponden a un modelo de simetría esférica y se consideran los procesos dinámicos del plasma metálico con la presencia de un gas de fondo. Se realizó una solución numérica del modelo planteado usando el método de Diferencias Divididas Finitas, donde se analizó la expansión del plasma metálico con los diferentes materiales en el cátodo. Una comparación de nuestros resultados, con la medición experimental obtenida por Meunier y Miyano; y el modelo teórico presentado por Kelly, Gidalevich y Beilis , mostró que nuestras simulaciones exhiben una buena predicción del comportamiento de los parámetros estudiados, lo que permite aplicar el modelo propuesto a los procesos de producción de películas delgadas mediante la técnica PVD-AC, tanto para determinar el radio de cobertura del bulk de plasma y as¿¿ estimar el área de recubrimiento, o el tamaño de piezas que se pueden recubrir de acuerdo a la separación de los electródos del sistema desarrollado en el Laboratorio Física del Plasma, como también utilizarse para futuros diseños de sistemas PVD-AC, donde la ubicación del sustrato en el contorno de los electródos, aproveche la mayor densidad y energía de iones que se esta generando entre estos, ya que el canal principal del arco limita la velocidad de los iones.

ESTADO

Concluido

FECHA DE INICIO

29/02/2016

FECHA DE FINALIZACION

28/02/2017

PRODUCTOS

EN REVISION: Modelamiento científico de Plasmas producidos en Arcos Catódicos en vacío para aplicaciones en el procesamiento de materiales

Doctorado

EN REVISION: Study of the plasma behavior produced by a vacuum arc discharge for different cathode materials

Artículos en revista A1 ó A2

Kinetic model and numerical solution of parameters in the outer region of a Multi-cathode-spot Vacuum Arc

Ponencia en evento especializado

POSTER: Modelo transitorio de Plasmas producido por Arcos en vacío

Ponencia en evento especializado