Deposizione di film sottili
Nanotecnologie e progetto IAE
Il gruppo industriale milanese IAE (Industria Applicazioni Elettroniche) è leader in Italia nella produzione di tubi a raggi X per applicazioni in diagnostica medica (TAC, mammografia, ecc…).
L'anodo rotante dei tubi è sostenuto da una coppia di cuscinetti a singola corona; ognuno dei due cuscinetti alloggia dodici sfere di acciaio. Le condizioni di lavoro di queste ultime sono particolarmente severe: vuoto, alte velocità di rotazione e temperature superiori a 300°C; si rende pertanto necessaria una loro lubrificazione attraverso film solidi depositati sulla loro superficie. In genere, si annoverano tra i principali lubrificanti solidi: l'argento, l'oro, il piombo, il disolfuro di molibdeno e il disolfuro di tungsteno.
Sferette originali (a sinistra), sferette rivestite con argento tramite IBAD (al centro) e sferette rivestite con oro tramite IBAD (a destra)
La Tecnologia
Il gruppo IAE ha deciso di dotarsi di una tecnologia per il rivestimento delle sfere tramite processi affidabili, altamente riproducibili, competitivi e compatibili con l'ambiente.
L'azienda, in seguito ai contatti intercorsi con il Laboratorio IdEA (Idrogeno, Energia, Ambiente) del Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento, si è orientata all'utilizzo della tecnica di Physical Vapour Deposition (PVD) assistita da fascio ionico, comunemente nota come tecnica di Ion-Beam Assisted Deposition (IBAD).
La richiesta iniziale dell'azienda è stata quella di sviluppare un processo IBAD per la deposizione di film sottili autolubrificanti su un adeguato numero di sfere, al fine di poter condurre dei "field test" con tubi di produzione IAE. Le prove condotte in ambito industriale sulle sfere rivestite con film autolubrificanti hanno dato risposte particolarmente positive, suggerendo l'opportunità di proseguire nel rapporto di partnership tra azienda e Università.
Il Progetto
Visti i riscontri positivi della fase di sperimentazione, il Laboratorio IdEA (Idrogeno, Energia, Ambiente) ha avuto l'incarico di progettare e realizzare un prototipo di apparato industriale in grado di produrre ricoprimenti a multistrato su un numero di sfere di acciaio superiore a 500 per ogni singolo batch. E' stato quindi sviluppato integralmente il progetto degli apparati, in particolare il sistema di movimentazione delle sfere, tale da consentire un trattamento omogeneo delle superfici sferiche, nonché la scelta della componentistica necessaria (vuoto, alimentazione, passanti elettrici e meccanici…).
Il Servizio Meccanico del Dipartimento di Fisica ha curato l'esecuzione di tutte le parti meccaniche dell'apparato.
Il Servizio Elettronico e di Progettazione del Dipartimento di Fisica ha curato la realizzazione dei circuiti elettrici ed elettronici.
Le attività connesse al progetto sono state di diverso tipo e le problematiche affrontate e risolte sono state molteplici.
I risultati originali relativi al processo di deposizione dei film e alla macchina in grado di realizzarli su scala industriale, sono stati oggetto di un brevetto (titolari del brevetto: M. Bonelli, C. Cestari, A. Miotello, P. Mosaner).
La licenza d'uso esclusiva della macchina e del processo di deposizione dei film, per applicazioni nel settore dei tubi a raggi X, è stata definitivamente acquisita da IAE.
Visione d'insieme dell’apparato industriale
Sistema di movimentazione delle sfere