Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação em Diamante-CVD e Materiais Re...

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Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação em
Diamante-CVD e Materiais Relacionados no INPE e
na Indústria
Vladimir Jesus Trava ...

Aplicações Espaciais
Aplicações “Spin Off”
A partir do desenvolvimento de
diamante-CVD e DLC para o
Espaço obtem-se aplica...

A Área Espacial é a que mais contribui para a Área
da Saúde em termos de evolução tecnológica.
NASA
INPE & DCTA (IAE e IEA...

Pesquisas em Materiais:
Investimentos Globais para P&D&I
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2010
Anos
PercentualdeInvestimentos...

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Carbono
Metais
#dePublicações(u.a.)
Diamante-
CVD, DLC,
Nanotubos
Tendências

DEPENDÊNCIA DOS CUSTOS COM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE UM PROJETO
1
2
3
Países em desenvolvimento
Países desenvolvidos
Zona Cr...

Conceito de P&D&I
(Ciclo da Inovação)
P D I Sociedade
Institutos e
Universidades
Empresas de
Inovação
INVESTIMENTOS
PÚBLIC...

PROJETO MULTIDISCIPLINAR MÃE
ESTUDOS DE ESCALA
INDUSTRIAL
PRODUÇÃO INDUSTRIAL
ESTRUTURA COLUNAR
DIMARE
PESQUISA DESENVOLVI...

CVDentus –
Ultrasonic Tips &
Ultrasonic Device
Perforation
Drills for
Deep
Petrolium
Exploration
DLC Coating
for Inner of
...

Infraestrutura Básica para Estudos dos
Materiais Carbonosos
• Laboratório de Tribologia para diversos ambientes
(corrosivo...

Reator de Microondas em2.45 GHz para Crescimento
de Diamante – CVD poli e mono cristalino
“Bolacha” de Diamante

Reatores de Filamento Quente para Estudos
em Crescimento de Filmes de Diamante-CVD

Reator pequeno
de crescimento de
DLC (120 Litros
em volume)

Reator médio de
crescimento de
DLC (120 Litros
em volume)

Reator grande de
crescimento de
DLC (120 Litros
em volume)

Reatores Tubulares para estudos em
crescimento de nano tubos de
carbono (50 e 100 mm de diâmetro)

DIAMANTE - CVD

Nanocrystaline
Parâmetrers in:
Chamber presure 30.0 Torr
Wall temperature 293.15 K
Substrate Temperature 740 ºC
Methane Fl...

Model
Comercial Software : Comsol Multiphysics®
Number of vertex elements: 84
Number of edge elements: 1328
Number of boun...

Laser based gas phase diagnostics
Previous work: CH3 REMPI in HFCVD
%CF4 0.5
1.0
2.0

Study of halogen based diamond growth
CF4 addition to H2 – CH4 mixtures
-Better film quality -Growth on a larger area arou...

CVD Diamond Micro-drills: Cooperation with NASA
for Mart
Surface
exploration
CVD Diamond Tubes
(up to 100mm long
and 3 mm ...

CVD Diamond on SS Substrate
Interface studies by using silicon carbide as an interface obtained via Laser Cladding
surface...

•Large effective area
electrodes
•Water treatment
•Fuel cell electrodes
Boron doped diamond Electrodes

Conventional
Diamond Burr
with galvanic
welding
CVD Diamond
burr as a rough
surface unique
stone
CVD Diamond Ultra-sound T...

Dentistry Burrs for
Ultrasound System
800 µ 800 µ
After Using 10
min
After Using 200
min
Conventional CVD Diamond

Ultrasound System
World
PatentCVD Diamond Ultra-sound Tips for
Dentistry: CVDentus (small devices)
The First
Spin off

Exemplos preparação de cavidades

CVD Diamond Tips for Medical and Dentistry
Uses
CVD Rotation Burs
• More durable, up to 30 X
• Doesn’t cut soft tissue
• P...

Unused 4 inches
diameter annular
drills
Used 4 inches annular drills 2.5
more durable
30% faster and more stable than
conv...

Attack surface
roughness of pure
diamond (1-3 mm
diameter and 3-20
mm long rods)
Attack surface features
of pure diamond
(...

CVD Diamond formed in radial, columnar structure
Section cut
Columnar polycrystalline
growth structure
Single stone that a...

New concept of Perforation Drills
Diamond grain are lost
during the perforation
action. In these cases
there are not the
d...

Tool face
Metal matrix with diamond
powder
Metal matrix with diamond
powder
Diamond dowel surface
always flat and sharpene...

1 Kg of CVD Diamond rods ( 2 mm diameter and 10, 15
and 20 mm long)

Broca Nova
Broca Usada

NANO TUBO DE
CARBONO

CVD Diamond on VACNT
BDD on flat substrate BDD on VACNT
(few ends of grouped
nano tubes) “Teepees”
BDD on VACNT
(a lot of ...

Nanotubes
Control of wettability
147º 0º 167º
Growth of super-hidrophobic carbon nanotubes on stainless steel
screen-filte...

Water and Oil Separation by-super-
hidrophobic carbon nanotubes

DIAMOND-LIKE CARBON
(DLC)

Principais Propriedades dos Filmes de DLC
• Baixo Coeficiente de Atrito
• Alta Biocompatibilidade
• Alta Resistência â Cor...

Alguns resultados de deposição de DLC sobre substratos Metálicos
Peças para painel solar de Satélites
Cutelaria/outros
Óle...

Substrate, Interlayer and DLC Film
Hardness
~ 8 GPa
> 30 GPa
< 2 GPa
5- 8 x10-6
Thermal
Expansion
1- 3 x10-6
10 x10-6
Subs...

Active Screen System
Gas IN
Gas
OUT
Screen
S. Holder
Plasma
SiH4 C2H2
High Vacuum system with high
speed diffusion pump an...

From Slrim/Trim Simulation: Silicon on SS 304
0,8 kV 2.0 kV 4.0 kV
6.0 kV 8.0 kV

From Slrim/Trim Simulation: Carbon on Silicon
6.0 kV 8.0 kV
0,8 kV 2.0 kV 4.0 kV

ƛ = 5 cm para P = 5 x 10-4 Torr
ƛ = 0,05 cm para P = 5 x 10-2 Torr
Em α Up/(P)1/2 Torr
Em
Em
X eV 10X eV
Descarga convenci...

12
14
16
18
20
22
24
0 2 4 6 8 10
Active Screen Results
P = - 5.10-2 Torr
CriticalLoad,N
Bias, -kV

0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Active Screen Results
V = - 8 kV
CriticalLoad,N
Pressure, Torr

Bactericidal Action

High Resolution SEM Images
Pure DLC DLC with NCD, TiO2,
Ag particles
Clusters
Pending Patent

Enlargement of the Nyquist plot of stainless steel, DLC
and 4 nm NCD - DLC films.
DLC with Diamond Nanoparticles Incorpora...

Quais são os parâmetros mais importantes, com as
novas condições de deposição, tanto da interface
sobre o substrato como d...

0 10 20 30 40 50 60 70
0
1
2
3
4
5
Depositionrate(m/h)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
500 600 700 800 900 1000
0
1
2
3
4
5
Deposition...

Raman Scattering Spectroscopy

0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
ID
/IG
1530
1540
1550
1560
1570
1580
G
(cm
-1
)
0 10 20 30 40 50 60 70
140
150
160
170
180
190
G
(cm...

0 10 20 30 40 50 60 70
15
20
25
30
Hydrogencontent(at.%)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
500 600 700 800 900 1000
10
20
30
40
50
Hydrog...

0 10 20 30 40 50 60 70
0.0
-0.4
-0.8
-1.2
-1.6
-2.0
Compressivestress(GPa)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
5
10
15
20
25
30
Hardness(GP...

0 10 20 30 40 50 60 70
100
125
150
175
200
225
250
275
300
Penetrationdepth(nm)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
0
50
100
150
200
250
30...

0 10 20 30 40 50 60 70
10
20
30
40
50
60
Averageroughness,Ra
(nm)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
COF
500 600 ...

0 10 20 30 40 50 60 70
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Wearratex10
-8
(mm
3
.N
-1
.m
-1
)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
500 600 700 800 900 1000
0
...

Adhesion Measurement performed by:
1 - Scratching Test
2 – Rockwell Indentation

First Crack
First Crack
With Argon
Without Argon
Scratching Test

0 10 20 30 40 50 60 70
10
15
20
25
30
AISI 304
AISI 1020
Criticalload(N)
Ar/(Ar+C2
H2
) (%)
500 600 700 800 900 1000
0
5
1...

Espectro EDX

After Journal of Materials Processing Technology 143–144 (2003) 481–485)
HRC Indentation
Standard

1200 1400 1600 1800
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Intensidadeu.a.
cm
-1
1200 1400 1600 1800
0
500
1000
1500
2000
2500
I...

Aço Inox 304
Titânio puro
Inconel 718
Aço Ferramenta M2

Em resumo
Diamante-CVD, houve avanço na equipe e tem espaço para
inovação, cerca de 120 publicações, 5 patentes e dois “Sp...

Muito obrigado a
todos pela atenção
Pelo incondicional
apoio financeiro
Nossa Equipe Agradeçe:

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