El papel del vacío en la fabricación de diamantes sintéticos

Al escuchar la palabra “diamante”, la mayoría de las personas la asocian con el sector de la joyería. Como es sabido, tales gemas se encuentran en minas, donde se obtienen bajo condiciones severas. Por estas razones, muchos científicos ya investigaban cómo producir diamantes sintéticos desde la década de 1950.

Hoy en día, existen varios procesos disponibles para crear diamantes artificiales. No solo para la joyería, donde incluso los expertos tienen dificultades para diferenciar un diamante natural de uno artificial, sino también para un mercado mucho más grande: el sector industrial.

Estas son las cuatro propiedades destacadas de los diamantes sintéticos que los hacen tan interesantes para la industria

• Mecánicas (dureza superior e inercia química).
• Ópticas (alta transparencia).
• Eléctricas (propiedades de semiconductor).
• Térmicas (la mayor conductividad térmica).
  
  

Algunos ejemplos típicos de aplicaciones industriales son herramientas de mecanizado y corte, material de ventana para transmitir radiación infrarroja y de microondas, y disipadores de calor para láseres y transistores. Los diamantes sintéticos también son el material base para obleas de semiconductores y Qubits para la computación cuántica.

¿Cómo se hacen los diamantes sintéticos?

Los diamantes se formaron de manera natural hace miles de millones de años en la corteza terrestre, con átomos de carbono expuestos a un intenso calor y presión. Sin embargo, debido a los avances técnicos, se creó una nueva fuente de diamantes cultivados sintéticamente. Este mercado se puede dividir en 2 métodos principales de fabricación de diamantes sintéticos:

• HPHT (Alta Presión, Alta Temperatura): Este método se basa en comprimir el carbono y agregar calor, de la misma manera como sucede naturalmente. El equipo de fabricación a menudo es grande y tiene un control de proceso limitado.
• CVD (Deposición Química de Vapor): Este método se basa en crear un entorno de vacío y luego introducir gases específicos para desencadenar una reacción. El equipo de producción a menudo es pequeño y tiene un excelente control de proceso.

Proceso de crecimiento MPCVD (CVD de Plasma de Microondas)

Debido a su pequeña línea de fabricación y excelente control, el proceso de crecimiento MPCVD ha ganado popularidad. Una parte importante del proceso MPCVD es la creación y mantenimiento de condiciones óptimas de vacío dentro de una cámara de crecimiento. 

Los pasos típicos del proceso son los siguientes:

1. Disposición de la semilla/sustrato del diamante.
2. Cierre de la cámara y evacuación de la cámara para acondicionamiento y calentamiento del sustrato.
3. Introducción de hidrógeno.
4. Encendido de microondas y generación de plasma (~4000 °C) sobre el sustrato.
5. Introducción de gases de proceso y comienzo del crecimiento epitaxial:
   • Metano: fuente de carbono.
   • Etanol, Acetona u Oxígeno (opcional): ayuda a mejorar la calidad a través del efecto de grabado con plasma de oxígeno.
   • Nitrógeno (opcional): ayuda a acelerar el proceso (aprendido por experiencia y hecho viable económicamente el crecimiento MPCVD).
6. Período de crecimiento: de 1 a 4 semanas.

¿Cuáles son los requisitos de la bomba de vacío para el período de crecimiento?

• Bombeo inicial hasta aproximadamente 2E-2 mbar de presión base.
• Mantener la presión (100-300 mbar, típicamente en un rango de 100-130 mbar) mientras fluyen los gases de proceso.
• Limpieza a baja presión del color del diamante después de la producción.
  
  

Hoy en día, las bombas de vacío selladas con aceite o de paletas rotativas de 2 etapas se utilizan típicamente en el proceso MPCVD. Esto se debe a que estas bombas son muy adecuadas para lograr una baja presión de acondicionamiento, pero también porque están diseñadas principalmente para operación continua en vacío fino. Además, estas bombas enfrentan mala lubricación, sobre calentamiento o alta pérdida de aceite cuando operan durante días en la fase de presión áspera requerida por este proceso.

Ventajas de las bombas de 2 etapas desarrolladas por LEYBOLD - MEISA

La lubricación de aceite de las bombas TRIVAC está asegurada por una bomba de aceite incorporada, que también permite una distribución uniforme del aceite en la operación de presión áspera, mientras que las bombas estándar sin tales bombas de aceite podrían fallar. La bomba de paletas rotativas de 2 etapas NEO D está diseñada para operación a presión áspera y proporciona una solución perfecta para los diversos requisitos de presión de este proceso de crecimiento:

• El diseño se basa en nuestra famosa gama de bombas industriales SOGEVAC y ofrece una robustez probada para aplicaciones industriales.
• La baja presión final puede satisfacer fácilmente la solicitud de bombeo inicial, pero el diseño de la bomba también permite una operación continua a cualquier presión de operación (incluso áspera).
• Filtro de escape de alta eficiencia integrado que puede reducir las pérdidas de aceite al mínimo técnico. ¡El aceite se queda dentro de la bomba!
• Diseño compacto. No hay necesidad de un separador de neblina de aceite de escape externo con retorno de aceite.
  
  

Para aquellos clientes que desean lograr una presión de acondicionamiento en el rango de alto vacío <10-3 mbar, en LEYBOLD - MEISA también ofrecemos una amplia gama de bombas turbo como la serie TURBOVAC. Además de esto, ofrecemos los medidores y hardware necesarios.

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Con más de 175 años de experiencia y una amplia gama de productos, en LEYBOLD - MEISA nos hemos especializado en ofrecer las soluciones de vacío más eficientes, desde bombas de desbaste hasta bombas turbo o accesorios, tenemos una gran variedad de productos. También contamos con un equipo de aplicaciones dedicado, listo para calcular la configuración ideal de la bomba. Con una organización de soporte global, podemos apoyar sus operaciones de fabricación dondequiera que se encuentren.

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