Safran coopera con Ionbond para desarrollar recubrimientos para el espacio exterior

La empresa francesa Safran Space Propulsion se acercó a Ionbond con la solicitud de desarrollar un revestimiento especial para la nueva línea de motores de propulsión de plasma, que se utilizan en el espacio para impulsar naves espaciales o mantener satélites en su órbita. Safran fabrica estos motores principalmente para la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyas naves espaciales dependen de los propulsores de plasma para desplazarse en el espacio.

Safran fabrica propulsores de plasma de efecto Hall, que utilizan gas xenón ionizado como propelente y un campo electrostático como medio de aceleración. El plasma de xenón se forma dentro del ánodo cilíndrico mediante colisiones de sus átomos con electrones. Los iones de xenón son luego acelerados y expulsados del ánodo. En la etapa de salida, los iones se recombinan con electrones, manteniendo así todo el sistema eléctricamente neutro. Los ingenieros de Safran seleccionaron el principio de cátodo hueco para generar los electrones necesarios para la ionización. El cátodo hueco utiliza la energía de los iones de gas para mantener la alta temperatura requerida para la emisión de electrones. Para reducir la temperatura de emisión y así aumentar la vida útil del cátodo, a menudo se utilizan materiales especiales con baja función de trabajo. En el caso de un cátodo hueco, el tubo del material emisor se inserta dentro de la carcasa de metal refractario. Sin embargo, a altas temperaturas, los constituyentes de dichos materiales comienzan a difundirse en el material de la carcasa, lo que conduce a su rápida deterioración. Para prevenir esto, se requiere una barrera de difusión entre los materiales emisores y de la carcasa.

Dado que el proceso de PVD no era adecuado para la deposición de recubrimiento de ID, los ingenieros del proceso de Ionbond se centraron en la tecnología de CVD. El recubrimiento se produce clorando circonio puro y transfiriendo el vapor formado de ZrCl4 a la zona reactiva, donde reacciona con una mezcla de gases que contienen hidrógeno y nitrógeno a alta temperatura para formar ZrN. En el proceso convencional, la velocidad de deposición de ZrN es inferior a un micrón por hora, lo cual sería inaceptable para la deposición de películas gruesas de más de 20 micrones. Por esa razón, los ingenieros de Ionbond tuvieron que buscar las posibilidades para aumentar la velocidad de deposición. Parámetros como la concentración de reactivos, las temperaturas de cloración y deposición, la presión y la configuración de carga fueron identificados como factores que afectan la velocidad de deposición. Después de un análisis termodinámico preliminar, se seleccionaron rangos factibles para cada parámetro y se diseñó una matriz de experimentos. Además de la velocidad de deposición, se monitorearon los tipos de red y morfología como variables de respuesta.