Microscopía óptica de barrido láser confocal

Con el objetivo de revelar la estructura del recubrimiento de mullita de gradiente composicional, tanto de la superficie como de las secciones transversales con las que se ha trabajado, se ha observado las muestras mediante esta técnica.

6.1.1.1 Superficie del recubrimiento

La superficie del recubrimiento de mullita obtenido mediante CVD, presenta un perfil muy irregular y rugoso, debido al crecimiento tipo coliflor que sufre este material en zona próxima a la superficie (ver Fig. 6.1-1), la cual es muy rica en Al al tratarse de un recubrimiento de gradiente composicional. Cuando la temperatura y la saturación de la reacción CVD son suficientemente altas, la fase gas puede precipitar dando lugar a este tipo de crecimiento y superficie.

Fig. 6.1-1. Imagen de la superficie de la muestra Variable tomada con el microscopio confocal.

En la Figura 6.1-1 se muestra el aspecto de la superficie del recubrimiento y se puede apreciar la rugosidad comentada, debido a que está formada por protuberancias de distintos tamaños. Las imágenes tridimensionales mostradas en la Fig. 6.1-2 ayudan a comprender mejor como es dicha superficie y a distinguir claramente el tipo de perfil que presenta.

a)

b)

Fig. 6.1-2. Imagen tridimensional a) general y b) del detalle del crecimiento tipo coliflor de la superficie del recubrimiento de la muestra Variable obtenida mediante el microscopio confocal.

Solamente se ha caracterizado la superficie de una muestra, puesto que no se esperan diferencias significativas a nivel superficial entre ellas. La principal diferencia entre las muestras estudiadas es el ratio de deposición Al/Si empleado. Así pues, la irregularidad de la superficie correspondiente al crecimiento tipo coliflor que sufre este recubrimiento obtenido mediante CVD (ver Fig. 6.1-2-b), coincide con los resultados encontrados en la literatura [6- 17].

6.1.1.2 Sección transversal recubrimiento

Para la caracterización estructural de la sección transversal del recubrimiento de mullita, previamente se han observado dos muestras sin atacar (Variable y 11) en el microscopio de barrido láser confocal. Se ha elegido esas dos muestras porqué son las que presentaban un mejor estado del recubrimiento y mayor espesor. Destacar primero de todo que el espesor del recubrimiento es mayor en el borde que en el resto de la muestra, tal y como se pude comprobar en las fotos que exponen a continuación (ver Fig. 6.1-3).

Muestras no atacadas

a) b)

Fig. 6.1-3, a-b. Imágenes a) borde y b) zona alejada del borde de la muestra Variable (ratio Al/Si variable) sin atacar.

SUSTRATO _SUSTRATO R E C U B R IM IE N T O RECUBRIMIENTO

Como ya se ha explicado en el apartado del capítulo 3, La mullita, la microestructura del recubrimiento de gradiente composicional obtenido mediante CVD consiste en una capa nanocristalina situada en la intercara entre el sustrato y el recubrimiento, que está formada por una matriz de sílice amorfa con pequeños cristales cúbicos de γ-Al2O3 en su interior, mientras

que la capa que crece a continuación, está formada por columnas de mullita que crecen perpendicularmente a la capa nanocristalina (ver Fig. 3.1-4). Encima de estas, se encuentra una capa esponjosa y con una superficie rugosa como consecuencia del crecimiento tipo coliflor que normalmente se origina.

Al analizar las imágenes correspondientes a la muestra Variable (ver Fig. 6.1-3), se observa que el material no revela su estructura cristalina, aunque, si se llega apreciar, con un color más claro, una pequeña capa que posiblemente sea la capa nanocristalina mencionada en la literatura [6-17] (ver Fig. 6.1-3-b). Para el caso de la muestra 11 (ver Fig. 6.1-4), la imagen obtenida en el microscopio no revela nada sobre su estructura cristalina.

Fig. 6.1-4. Imagen confocal de la muestra 11 (ratio Al/Si=11) sin atacar.

Muestras atacadas

Con el fin de determinar ampliamente la estructura, se ha analizado las mismas muestras una vez atacadas con HF al 5% de volumen a 60ºC durante 10 minutos.

R E C U B R IM IE N T O SUSTRATO

a) b)

Fig. 6.1-5, a-b. Imágenes de la estructura a) borde y b) zona alejada del borde de la muestra Variable (ratio Al/Si variable) una vez atacada con HF al 5%.

Al analizar la sección transversal de la muestra Variable una vez atacada (ver Fig. 6.1-5), se observan unas agujas con un color más claro, que corresponden a las columnas de mullita. En la Figura 6.1-5-a, se aprecia una gran cantidad de columnas que crecen en distintas direcciones al tratarse de un borde de la muestra. Mientras que en la Figura 6.1-5-b, las columnas de mullita parece que crecen en dos direcciones preferenciales, sin ser perpendiculares a la capa nanocristalina reportada en la bibliografía [6] situada en la intercara, señalada en la imagen, y que se logra distinguir en la parte inferior de la imagen.

S U S T R A T O S U S T R A T O Columnas Columnas

a) b)

Fig. 6.1-6, a-b. Imágenes a) óptica y b) confocal de la estructura de la muestra 11 (ratio Al/Si=11) una vez atacada con HF al 5%.

Al observar la Figura 6.1-6-a se aprecian las columnas de mullita, con un tono más claro, a lo largo del espesor y perpendiculares a la intercara, y también la nanocapa con un color más oscuro justo en la intercara. Para el caso de la Figura 6.1-6-b, la escala de grises también permite distinguir la nanocapa, de color oscuro, situada en la intercara, así como también las columnas de mullita. Asimismo, se observa otra capa encima de las columnas que posiblemente está relacionada con el crecimiento tipo coliflor.

De este modo, el ataque realizado con HF a las muestras Variable y 11, ha permitido apreciar las distintas capas que forman la estructura cristalina del recubrimiento de gradiente composicional obtenido por CVD, corroborando así la literatura encontrada [6-17].