Filme de diamante CVD a partir de gás metano em substrato de silício tipo P: caracterização e aplicações na indústria

Abstract

No presente trabalho, é analisado o potencial de aplicação industrial de filmes finos de diamante sintetizados por deposição química a partir da fase vapor (CVD) em substratos de silício tipo p, com ênfase em soluções para a indústria petrolífera. A pesquisa buscou compreender como as propriedades físico-químicas e estruturais desses filmes podem contribuir para o aumento da durabilidade, eficiência e sustentabilidade de equipamentos industriais. As análises morfológicas e composicionais, realizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS), revelaram filmes com superfícies homogêneas, de estrutura policristalina, com grãos bem definidos e pureza superior a 98% em carbono. Tais características conferem aos filmes de diamante alta dureza, estabilidade térmica e resistência à corrosão e ao desgaste, tornando-os adequados para revestimentos de válvulas, selos mecânicos e componentes expostos a ambientes severos de abrasão e erosão típicos da exploração e refino de petróleo. Além do desempenho técnico, destaca-se o aproveitamento sustentável do gás metano, subproduto da extração de petróleo, como matéria-prima para a produção de materiais de alto valor agregado. Os resultados confirmam o potencial dos filmes de diamante CVD como alternativa tecnológica promissora para aumentar a eficiência, reduzir custos de manutenção e mitigar impactos ambientais na indústria de petróleo e gás.

In the present work, the potential for industrial application of diamond thin films synthesized by chemical vapor deposition (CVD) on p-type silicon substrates is analyzed, with emphasis on solutions for the oil industry. The research aimed to understand how the physicochemical and structural properties of these films can contribute to increasing the durability, efficiency, and sustainability of industrial equipment. Morphological and compositional analyses, performed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), revealed films with homogeneous surfaces, polycrystalline structure, well-defined grains, and carbon purity greater than 98%. These characteristics provide the diamond films with high hardness, thermal stability, and resistance to corrosion and wear, making them suitable for coating valves, mechanical seals, and components exposed to the severe abrasion and erosion environments typical of oil exploration and refining. Beyond technical performance, the sustainable use of methane gas, a byproduct of oil extraction, as a raw material for the production of high-value-added materials stands out. The results confirm the potential of CVD diamond films as a promising technological alternative for increasing efficiency, reducing maintenance costs, and mitigating environmental impacts in the oil and gas industry.