Estudio del sinterizado de polvos sobre un substrato sólido para la fabricación de películas delgadas

Abstract

Currently sintering is a method widely used to manufacture metallic, ceramic and composites for different applications. This phenomenon has been studied intensively since the 50's, and most of these works are based on the model of two spheres. However only a few numerical works have been developed to study the sintering on a solid substrate. This paper aims to study the sintering of powders on a solid substrate material using model powders and solid bars of copper. Sintering is conducted in an electric furnace under a controlled atmosphere to a temperature range between 900 and 1050 ° C. The progress of sintering will be evaluated by measuring the evolution of the density at the boundary between the solid substrate and powders and as we move away from it. Additionally, defects generated during sintering will be carefully observed and evaluated. The differences between the sintered on a solid surface and free sintering will be evaluated and related to processing parameters. Finally, the effects of adding hard particles to be determined. Additionally, we can add that the results obtained in this thesis proved favorable and viable as the sintering succeeded in manufacturing a thin film of copper powders with particle size distribution known on a solid substrate. Better behavior was found by operating at a sintering temperature near the melting point of the material, in this case copper, to a working temperature and farthest in the same way yields better sintering using finer powders with particle coarse powder.

Actualmente el sinterizado es un método muy utilizado para fabricar materiales metálicos, cerámicos y compuestos para diferentes aplicaciones. Este fenómeno ha sido estudiado intensivamente desde los años 50’s, y la mayoría de esos trabajos se basan en el modelo de dos esferas. En cambio, solo algunos trabajos numéricos han sido desarrollados para estudiar el sinterizado sobre un substrato sólido. En este trabajo se pretende estudiar el sinterizado de polvos sobre un substrato sólido utilizando como material modelo polvos y barras sólidas de cobre. El sinterizado será llevado a cabo en un horno eléctrico bajo atmosfera controlada a un rango de temperaturas entre 1000 y 1050 °C. El avance del sinterizado será evaluado midiendo la evolución de la densidad en el límite entre el substrato sólido y los polvos y a medida que nos alejamos del mismo. Adicionalmente los defectos que se generen durante el sinterizado serán cuidadosamente observados y evaluados. Las diferencias entre el sinterizado sobre una superficie sólida y el sinterizado libre serán evaluadas y relacionadas a los parámetros de procesamiento. Finalmente, los efectos de la adición de partículas duras serán determinados. Adicionalmente podemos agregar que los resultados que se obtuvieron el en presente trabajo de tesis resultaron ser favorables y viables ya que con la sinterización se logró fabricar una película delgada de polvos de cobre con tamaño de distribución de partícula conocida sobre un substrato sólido. Se encontró un mejor comportamiento de sinterizado trabajando a una temperatura más cercana al punto de fusión del material, en este caso cobre, que trabajando a una temperatura más lejana y de la misma forma se obtiene un mejor sinterizado utilizando polvos de partícula más finos que con polvos gruesos.