Modelo microscopico de interação molecular para simular reações na fase gasosa e de interação gas/suérficie durante e deposição de filmes finos de diamante em reatores de filamento quente (HFCVD)

Orientador: Rezende Gomes dos SantosTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: O objetivo principal do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo de simulação de reações químicas na fase gasosa e de interface gás/superfície, para tanto foram estudados alguns modelos matemáticos utilizados na simulação de fluxos de fluidos e de reações químicas. Essas reações são comuns em uma série de processos de tratamentos tecnoquímicos como por exemplo cementação, nitretação e CVD (deposição química a partir da fase vapor). O modelo desenvolvido enfatiza as chamadas soluções baseadas nos métodos de Monte Carlo, mais precisamente nos modelos que utilizam a cinemática molecular (distribuição de Maxwell), conhecidos como DSMC (Direct Simulation Monte Carlo). Um grande número de publicações sugere esse método como uma potente ferramenta para o estudo da cinemática gasosa em sistemas que apresentam um estado de não equilíbrio técnico e químico, assim como sua aplicação na interação entre atmosfera gasosa e superfícies sólidas. Tal método é particularmente útil nos casos de simulação de sistemas transientes nos quais diversas espécies moleculares estão presentes na composição da atmosfera e na superfície. O modelo desenvolvido foi aplicado na simulação de processo de deposição de filmes de diamantes através da técnica CVDAbstract: The research concems to the deveJopment of a seJf consistent simuJation model based on Monte Cado methocl able to simulate gas-solid interaction with special application to thin film growth processes. This kind of gas-solid interaction problems are common in a wide range of manufacturing processes such as carburizing and CVD. The chemical reactions in the gas phase, and the chemical reactions at the solid surface are simulated by the DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) method. The simulations are performed by assuming different concentration of molecular species in the gas atmosphere and surface. The surface is assumed to be in non equilibrium temperature with the gas temperature. The results provide profiles of the gas composition in the working temperature and the profile of the film grown on the surface, under non-equilibrium conditions, along the simulation time. Comparisons have been made with models characterized by another approach, in order to test the mathematical modelDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânic