No campo da ciência dos materiais, cadinhos desempenham um papel fundamental em processos de alta temperatura, especialmente em técnicas de deposição, como revestimento por evaporação. Materiais de cadinhos apropriados devem ser selecionados de acordo com o tipo específico de material de deposição que está sendo usado. 

Em processos de Deposição Física de Vapor (PVD), cadinhos são empregados para reter metais sólidos ou compostos, que são então aquecidos até o ponto de evaporação ou sublimação. Isso permite que o material vaporizado se condense como uma película fina no substrato. Muitos materiais fundidos requerem um revestimento de cadinho, e a capacidade de carga real do cadinho depende do volume do revestimento.

Problemas e soluções comuns de cadinhos em processos de deposição de materiais

Problemas de compatibilidade química

Os cadinhos e seus revestimentos devem ser escolhidos cuidadosamente para evitar reações químicas indesejadas em altas temperaturas. Materiais de cadinhos incompatíveis podem corroer ou contaminar o fundido, o que pode comprometer a qualidade do produto.

Soluções recomendadas:

• Uso de revestimentos de cadinho:Revestir o cadinho com um material adequado pode evitar reações químicas entre o cadinho e o material fundido, preservando a pureza do material evaporado. Mas nem todos os cadinhos são equipados com revestimentos. Para a evaporação de metais fundidos, como ouro (Au) e a deposição de boro (B), cobalto (Co), cromo (Cr), ferro (Fe), germânio (Ge), paládio (Pd) e níquel (Ni), os revestimentos do cadinho geralmente não são necessários.
• Selecionando materiais de revestimento apropriados:Dependendo do material fundido, os revestimentos feitos deTântalo (Ta),Níquel (Ni),Molibdênio (Mo),Nitreto de boro pirolítico (PBN)ouTungstênio (W)são comumente usados ​​para mitigar reações e proteger o cadinho de danos.
  
  

Incompatibilidade de expansão térmica

Um problema crítico em processos de alta temperatura é a incompatibilidade de expansão térmica entre o cadinho e o material fundido. Durante o aquecimento, os materiais fundidos normalmente se expandem mais rapidamente do que o cadinho, exercendo pressão nas paredes e potencialmente levando a rachaduras ou deformações. Da mesma forma, durante o resfriamento, o estresse pode se desenvolver à medida que o material se contrai, especialmente se houver uma quantidade excessiva de material residual no cadinho.

Soluções:

• Coeficientes de expansão térmica correspondentes:Certifique-se de que os coeficientes de expansão térmica do cadinho e do material sejam compatíveis para minimizar o estresse.
• Limite de volume de material:Mantenha o material fundido confinado em uma pequena poça no fundo do cadinho durante o resfriamento para evitar o contato com as paredes laterais ou esgote todo o material antes do resfriamento.
• Inspeções Regulares:Após cada processo, inspecione o cadinho em busca de rachaduras ou danos estruturais.
  

Recomendações para enchimento do cadinho

O grau de enchimento de um cadinho depende do tipo de material de deposição e pode variar significativamente entre materiais de sublimação, materiais fundidos e compostos químicos.

Materiais para sublimação:Encha o cadinho até 90% da capacidade para desempenho ideal. Na evaporação de potência ou temperatura constante, a distribuição de vapor e a taxa mudam conforme o material é consumido, mas materiais de sublimação (por exemplo, sais) geralmente apresentam problemas mínimos.

Materiais fundidos/materiais não sublimáveis:O nível de enchimento recomendado para materiais não sublimáveis ​​é de 75% da capacidade do cadinho. O enchimento excessivo pode levar a rachaduras devido à diferença na expansão térmica entre o cadinho e materiais como óxido de alumínio quando reaquecido.

Compostos químicos:Para compostos químicos, os melhores resultados são tipicamente alcançados quando o cadinho é preenchido até cerca de 50%, com o material reduzindo para cerca de 17% durante a evaporação. Se a qualidade do vapor (por exemplo, dissociação, temperatura do vapor ou taxa) for crítica, ajustes adicionais podem ser necessários para otimizar o processo de evaporação.

Melhores práticas de limpeza de cadinho

Para evitar contaminação cruzada, é recomendado que cada cadinho seja dedicado ao aquecimento de um único tipo de material. Enquanto alguns compostos orgânicos podem ser completamente removidos com limpeza adequada, outros podem ser mais difíceis de eliminar. O sucesso da limpeza depende do composto orgânico específico e da temperatura de queima.

Procedimento de limpeza recomendado:

• Mergulhe o cadinho em uma solução de hidróxido de potássio 0.1 M por 15-20 minutos.
• Enxágue com água deionizada.
• Limpe em banho ultrassônico com detergente em pó fino (2 colheres de sopa dissolvidas em 200 mL de água) por 60 minutos.
• Enxágue novamente com água deionizada.
• Mergulhe o cadinho em acetona e limpe-o ultrassonicamente por 20 minutos.
• Repita o processo com isopropanol por mais 20 minutos.
• Seque o cadinho a 70°C por pelo menos 40 minutos, ou mais, se necessário.

Alternativamente, aquecer o cadinho a temperaturas bem acima do ponto normal de evaporação dos materiais orgânicos pode permitir a autolimpeza por meio da queima de resíduos.

Materiais e soluções personalizadas para cadinhos

Para formatos de cadinhos personalizados, tamanhos de poros, materiais ou outros requisitos especializados, entre em contato conosco para obter soluções personalizadas.