Rivestimento in parilene per magneti
Utilizziamo il rivestimento in parilene per proteggere i magneti al neodimio, in particolare quelli di piccole dimensioni destinati ad applicazioni mediche e a vari prodotti elettrici, medici e commerciali. La loro larghezza varia in genere da 100 nanometri a 1 millimetro.
Di solito lo aggiungiamo utilizzando un metodo di deposizione chimica da vapore. Il metodo prevede innanzitutto la vaporizzazione del polimero, per poi depositarlo sotto forma di un rivestimento sottile e omogeneo sulla superficie del materiale.
Il parilene si adatta perfettamente a forme e configurazioni complesse. Uno dei suoi principali vantaggi è che si presta all'applicazione su diverse superfici. Presenta inoltre eccellenti proprietà di schermatura elettrica ed è resistente all'umidità, alle sostanze tossiche e ai raggi ultravioletti.
Nel settore manifatturiero si ricorre comunemente alla protezione in parilene per proteggere i dispositivi elettrici da ruggine, umidità e danni meccanici, nonché per rivestire e fissare fascette, connettori e altri componenti. Grazie alla loro biocompatibilità e alla capacità di proteggere dalle infezioni, sono ampiamente utilizzati anche nel settore medico per apparecchiature e protesi.
Nozioni di base sul rivestimento in parilene
Il processo di rivestimento con parilene si basa sull'utilizzo di una particella all'interno del forno di evaporazione dell'impianto di rivestimento. La sostanza solida viene convertita biochimicamente in stato gassoso sotto pressione a 150 °C (302 °F).
La sostanza diffusa viene quindi scissa in molecole volatili tramite pirolisi ad alta temperatura a 650-700 °C (1.202 °F – 1.292 °F). I monomeri presenti nell’atmosfera vengono applicati e polimerizzati a temperatura ambiente su scala nanometrica mediante CVD.
In sintesi, il rivestimento in parilene è ampiamente utilizzato per migliorare le prestazioni in termini di sicurezza nel settore aeronautico, nella microelettronica, nei transistor, nei sensori, nei materiali magnetici, nei dispositivi medici, nella conservazione dei beni culturali e in altri ambiti.
Caratteristiche del rivestimento in parilene
Il processo di deposizione da vapore per il rivestimento in parilene presenta le caratteristiche protettive uniche elencate di seguito.
- Buona resistenza alla nebbia salina e all'ossidazione, e l'umidità
- Nessuno stress termico durante la stagionatura
- Nessuna influenza negativa sulle proprietà magnetiche
- Simile al prodotto di riferimento, buona adattabilità a forme complesse
- È in grado di riempire microfessure e fessure
- Assenza di fori minuscoli, “fori da sabbia” e altri difetti di rivestimento
- Rivestimento isolante ultrasottile e resistente: uno strato di 5–Il rivestimento in micron è in grado di resistere a scariche elettriche dell'ordine di migliaia di volt
- Lo spessore del rivestimento, dell'ordine dei micron, è uniforme e controllabile
- Risparmio significativo di spazio grazie alla linea perimetrale magnetica
- Può aumentare la potenza dei magneti; è adatto al samario-cobalto e ad altri materiali.
1) Parylene non poroso
Il rivestimento è costituito da sottili strati polimerici contenenti piccole molecole attive che “crescono” sulle superfici degli oggetti. Poiché vengono formati in condizioni di vuoto, possono essere applicati su forme diverse, compresi spigoli vivi, fessure e superfici interne.
2) Assolutamente privo di fori stenopeici
Il riscaldamento e la fusione dei ciclodimeri di xilene sono seguiti da una scomposizione ad alta temperatura in molecole libere in fase gassosa, che vengono immediatamente depositate sul substrato in condizioni di vuoto e a temperatura ambiente per polimerizzare in un film, creando uno strato protettivo altamente impermeabile.
Poiché il rivestimento al perilene non contiene solventi, supera i difetti dei precedenti rivestimenti a base di solventi, che inevitabilmente lasciavano numerosi piccoli fori dovuti alla perdita di solvente durante il processo di indurimento. Questa caratteristica garantisce che il rivestimento applicato sia privo di fori.
Questa proprietà è particolarmente utile per i magneti al neodimio il cui impiego richiede un contatto diretto con diversi tipi di umidità e liquidi. Un esempio tipico è quello di un magnete al neodimio a testa svasata utilizzato per la chiusura delle valvole industriali. Non c'è da preoccuparsi che qualcosa possa infiltrarsi all'interno e danneggiare i magneti al neodimio.
3). Sicurezza indipendente
Punti e sicurezza generale
Esperimento dopo esperimento è emerso che ogni punto del rivestimento in parilene costituisce un punto di protezione indipendente. Quando il rivestimento in una determinata zona viene danneggiato, le aree adiacenti del rivestimento non ne risentono. Allo stesso tempo, i bordi dello strato di rivestimento sono legati chimicamente tra loro, garantendo prestazioni difensive uniformi e potenziate.
4) Ventilazione adeguata
Oltre a queste proprietà intrinseche, il rivestimento a base di parilene presenta buone proprietà elettriche, buone caratteristiche di risparmio energetico (bassa perdita dielettrica ed elevata rigidità dielettrica) ed eccellenti proprietà meccaniche (elevata resistenza meccanica e basso coefficiente di attrito), rendendo il parilene uno strato isolante adatto per piccoli componenti avvolti. L’elevata rigidità dielettrica e la lubrificazione del film secco del parilene lo rendono ideale per questa applicazione.
5). Sala di osservazione a spirale
Lo strato sottile e uniforme di parilene che ricopre il dispositivo di avvolgimento consente di mantenere una finestra di avvolgimento di dimensioni ragionevolmente ampie. L’ampia area di avvolgimento che ne risulta permette di utilizzarlo come prodotto rivestito con prestazioni migliorate: i prodotti rivestiti.
Il parilene viene utilizzato anche per componenti che nei materiali convenzionali sarebbero considerati “inclusioni”, nonché per piccoli trasformatori in ferrite e tensioni. A differenza dei metodi di impregnazione tradizionali, il parilene non presenta problemi di magnetostrizione o di permeabilità.
Le aperture di avvolgimento sono fondamentali per i minuscoli gruppi mobili e i rotori, e il rivestimento di componenti laminati in nichel-ferro incollati con materiali uretanici o PTFE rappresenta solitamente una sfida. Infatti, la forma complessa e il materiale di rivestimento che rimane nelle minuscole aperture di avvolgimento, insieme al rivestimento con bassissima tensione superficiale che si deposita sui bordi esterni appuntiti, causano un attrito significativo durante l’avvolgimento. Al contrario, il parilene applicato in modo uniforme e costante mantiene aperte queste minuscole aperture, garantendo al contempo uno spessore di rivestimento adeguato sui bordi esterni per fornire protezione dall’avvolgimento.
6). Eccellente placcatura con minuscoli magneti
L'isolamento tra la bobina e il componente metallico mediante nastro adesivo è una pratica convenzionale; tuttavia, l'utilizzo del video risulta complesso quando il componente è molto piccolo. Il rivestimento in parilene può aiutare a eliminare i componenti difettosi, migliorandone al contempo le caratteristiche elettriche. Un esempio è il piccolo nucleo cilindrico utilizzato in alcuni apparecchi acustici come bobina di “raccolta”.
7). Maggiore potenza e resistenza all'erosione
I recenti progressi nel campo dei materiali magnetici hanno portato alla realizzazione di componenti in NdFeB sinterizzati e cementati che possono essere prodotti in dimensioni minime e offrono vantaggi eccezionali quando si utilizza il metodo di rivestimento con parilene. I dispositivi magnetici NdFeB di piccole dimensioni sono fragili e l’aggiunta di un rivestimento in parilene ne migliora la resistenza. Il materiale NdFeB è inoltre soggetto alla ruggine causata dall’umidità atmosferica, mentre il bassissimo tasso di permeabilità al vapore acqueo del parilene offre un’eccellente protezione dall’umidità e dalla corrosione.
Diversi tipi di parilene
Da un punto di vista tecnico, il rivestimento in parilene comprende diversi tipi come il Tipo N, il Tipo C, il Tipo D, il Tipo F e il Tipo AF4. Si differenziano per la struttura chimica e le proprietà.
1) N Perilene
Si tratta di un eccellente materiale dielettrico caratterizzato da perdite dielettriche minime, un elevato potere di schermatura e una costante dielettrica che non varia al variare della frequenza.
Si tratta di uno strato di parilene caratterizzato da una notevole penetrazione, un’eccellente autolubrificazione e un coefficiente di attrito pari a 0,25. Soddisfa i requisiti delle prove biologiche previsti dalla norma ISO 10993 e quelli delle prove fisiche previsti per i polimeri UDP Classe VI.
2) Paraylene C.
Si tratta della seconda variante della serie ampiamente disponibile sul mercato. Presenta eccellenti caratteristiche elettriche e fisiche e una bassa sensibilità all’umidità e ad altri vapori tossici. È in grado di garantire un rivestimento di sicurezza realmente privo di fori.
Si tratta di un materiale di rivestimento per circuiti stampati critici che soddisfa la specifica militare statunitense MIL-46058C. Supera inoltre il test biologico ISO-10993 per i polimeri UDP di Classe VI.
3°) Parylene C
Questa varietà è paragonabile al Parylene C, ma è resistente al fuoco. Mantiene eccellenti caratteristiche elettriche, fisiche e dinamiche a temperature più elevate.
4). F. Parylene
Questa varietà presenta una solida rigidità dielettrica, una bassa costante dielettrica, un’eccellente stabilità termica e resistenza ai raggi ultravioletti. Il film è continuo, spesso e privo di fori. Si tratta di un rivestimento protettivo perfetto per un’ampia gamma di apparecchiature elettriche dalle forme complesse.
5) Il parilene AF4 è il numero
Questo tipo di rivestimento in parilene presenta un’elevata costante dielettrica, un’eccellente stabilità e una buona resistenza all’acqua, all’umidità e alle precipitazioni saline.
È resistente a temperature di breve durata fino a 450 °C (842 °F) e a temperature di lunga durata fino a 350 °C (662 °F), nonché ai raggi ultravioletti intensi.
È particolarmente indicato come materiale schermante per apparecchiature radio ad alta frequenza. Inoltre, soddisfa i criteri dei test biologici ISO 10993 per i polimeri UDP di Classe VI.
Applicazioni del parilene nei prodotti medici
Il rivestimento in parilene è biosolubile, oltre che sicuro dal punto di vista chimico ed elettrico. La FDA lo ha approvato come sostanza biologica che può essere impiantata nel corpo per un uso a lungo termine.
Alcuni dispositivi medici contengono componenti elettrici che devono essere protetti con la massima cura. Questi componenti elettrici sono minuscoli e non hanno un peso sufficiente per poter essere immersi, spruzzati o verniciati. Alcuni dispositivi di piccole dimensioni possono inoltre subire danni a causa di sacche d’aria, spessori irregolari e altri fattori, pertanto non è possibile utilizzare rivestimenti protettivi convenzionali.
Il rivestimento in parilene sta sostituendo sempre più spesso quello in TiNi (nichel-titanio) come opzione per i dispositivi biomedici destinati all'uso clinico all'estero, grazie alle sue buone proprietà antiossidanti, alla bassa resistenza, al basso coefficiente di attrito e alla biocompatibilità.
Chiodi ossei, sonde, aghi, strumenti chirurgici provvisori, cateteri, freni, impianti cocleari, pacemaker cardiaci, elettrodi cerebrali, sensori impiantabili, terapie a radiofrequenza, sensori per l'analisi del sangue, bisturi ad alta frequenza e altri dispositivi medici microelettronici ne sono esempi tipici.
Requisiti di conformità del rivestimento in parilene
Il rivestimento in parilene è ampiamente utilizzato nei dispositivi medici grazie alle seguenti proprietà.
- Conforme ai requisiti di test biologici della norma ISO 10993
- Conforme alla norma FDA G95-1
- Conforme alla direttiva (RoHS) 2002/95/CE
Di seguito sono riportati alcuni esempi di prodotti medici che utilizzano rivestimenti in parilene, con una breve presentazione dei loro vantaggi.
- Dispositivi di assistenza cardiaca – quali pacemaker e componenti elettronici di precisione nei generatori di elettroshock, sigillato con parilene per proteggerlo dalla corrosione causata dai fluidi biologici e per proteggere l'alloggiamento metallico.
- Sensori di pressione – I sensori per la misurazione della pressione arteriosa, sui quali viene depositata una piccola quantità di parilene, garantiscono un isolamento adeguato e non alterano in modo significativo il funzionamento di questi dispositivi.
- Dispositivi alternativi – Ad esempio dispositivi sintetici resistenti, protetti con parilene, eliminare i problemi legati al trasporto di particelle microscopiche e garantire protezione dalla corrosione causata dai fluidi biologici.
- I trasduttori a ultrasuoni – microsensori utilizzati per l’osservazione della parete interna dei vasi sanguigni – sono protetti dalla corrosione e dal deterioramento grazie al rivestimento in parilene.
- Stimolatore della crescita ossea – Grazie al parilene, questo dispositivo può essere isolato dai fluidi biologici. Le cellule umane possono proliferare rapidamente sulla superficie in parilene, formando un tessuto sottile con la stessa struttura.