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Nuevos materiales

Un diamante ecléctico

Utilizan un material sintético en la fabricación de taladros destinados a perforaciones en el fondo del mar y en la protección de piezas de acero

CLOROVALEPese a que no tienen la transparencia de los naturales, los diamantes sintéticos, con su color oscuro y sin brillo, no son, como es obvio, producidos para la fabricación de joyas, sino para aportar sus beneficios en varios sectores industriales. Aunque no tienen la belleza de los originales, los sintéticos tienen propiedades físicas y químicas equivalentes, tales como la resistencia a la corrosión, la dureza y la conductividad térmica. Estas cualidades, ajustadas al desarrollo tecnológico de producción, llevaron a la empresa Clorovale Diamantes, de la localidad paulista de São José dos Campos, interior paulista, a concebir dos nuevos proyectos con estos materiales: un taladro para la prospección en pozos de petróleo y coberturas protectoras de superficies de acero de productos o piezas que sufren corrosión química y desgaste por rozamiento.

Este año le entregaremos a Petrobras dos taladros. La empresa probará las piezas en el fondo del mar, pero no todavía en la capa conocida como presal, si bien que estos taladros podrían servir en esa función, dice Vladimir Jesus Traba Airoldi, uno de los socios de la empresa e investigador del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), donde se desarrollaron los estudios, en el marco de un Proyecto Temático financiado por la FAPESP entre 2002 y 2007. En el área espacial, la importancia de los diamantes sintéticos tiene que ver principalmente con la fabricación de películas delgadas para su uso sobre la superficie de piezas de satélites, incluso en los paneles solares, para disipar el calor de los rayos del Sol y proteger a los aparatos contra el bombardeo de partículas cósmicas, y también para funcionar como un lubricante sólido.

La tecnología transferida y posteriormente desarrollada por la empresa recibe financiamiento del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) de la FAPESP. Estos dos proyectos fueron generados en el marco del Proyecto Temático y se transformaron en dos proyectos del Pipe, al cabo de realizar estudios de mercado para ambos productos, dice Airoldi. Los coordinadores de cada proyecto Pipe, que comenzaron en 2007, son Alessandra Venâncio Diniz y Leônidas Lopes de Melo, posdoctorandos del Proyecto Temático coordinado por Airoldi en el Inpe. La empresa también recibió financiamiento en 2006 a través de un proyecto de Subvención Económica a la Innovación aprobado por la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), del Ministerio de Ciencia y  Tecnología (MCT).

La empresa fue creada en 1998 como una forma de absorber la tecnología de diamantes sintéticos desarrollada en el Inpe que no encontraba interesados en el mercado. Clorovale Diamantes nació con financiamiento de otro proyecto Pipe y lanzó en 2003 el primer producto, un conjunto de puntas de diamante sintético para fresas odontológicas (lea en Pesquisa FAPESP n° 78) que recibió la marca CVDentus. Las fresas funcionan acopladas a un aparato de ultrasonido y vibran en lugar de trabajar por rotación, lo que redunda en un tratamiento menos agresivo y mucho menos ruidoso. Otras ventajas son la mejor precisión y una mayor durabilidad. Alrededor de 4 mil dentistas de Brasil ya cuentan con esas fresas. Exportamos a países de América Latina como México y Costa Rica, además de a Israel. Ahora estamos empezando a negociar con Europa. Dos empresas se han mostrado interesadas en revender el material a otros 49 países, comenta Airoldi. Pero la empresa apuesta también al mercado nacional compuesto por 140 mil odontólogos en actividad, es decir, un mercado que puede conquistarse. Se estima que el mercado externo de puntas de alta rotación odontológica mueve 500 millones de dólares anuales, y  el mercado brasileño, 12 millones de dólares por año.

Socio y contactos
La empresa apresta a recibir antes de fin de año un aporte financiero del Fondo de Capital Semilla (Criatec), vía Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES) y Banco do Nordeste do Brasil (BNB), en una operación de venture capital, capital de riesgo en el cual la institución entra como socia en la empresa. En este caso, es el noveno socio que se agregará a otros ocho constituidos principalmente por investigadores del Inpe. Sólo dos socios trabajan directamente con investigación y desarrollo en la empresa y no en el instituto, y uno en la administración. Criatec nos ayudará a detectar y explotar más el proceso de marketing y ventas para acelerar la producción y desarrollar el mercado, incluso en el exterior. Aportará nuevos contactos, a los que les mostraremos nuestra tecnología, explica Airoldi. No basta tener un producto excelente, hay que saber mostrarles la novedad a los clientes. La empresa había profesionalizado el área de ventas y parte del área administrativa y financiera, y cuenta actualmente con 17 empleados.

CLOROVALEClorovale Diamantes se vale de un proceso químico para producir los diamantes sintéticos ya utilizados en algunos sectores industriales y las coberturas protectoras de DLC, el Diamond-Like Carbon, que es el Chemical Vapor Deposition (CVD), o deposición química en fase vapor. Es una tecnología conocida en varios países, principalmente para nuevos usos y conceptos, como es el caso de la fresa odontológica en Brasil. La base de la producción de estos dos tipos de diamante está en gases como el hidrógeno, el metano y en los halógenos como el tetrafluoruro de carbono. La producción de los diamantes se lleva a cabo en reactores que funcionan a altas temperaturas, de más de 2.300°C, y en presencia de plasma, un gas con pérdida de electrones y modificaciones moleculares. El plasma es la fuente de energía necesaria para causar la nucleación y el crecimiento de la cobertura de diamante. Una serie de otros materiales, tales como el silicio, el cuarzo y metales como el molibdeno y niobio también forman parte de los ingredientes de la producción de diamantes.

La tecnología CVD está tanto en la punta de las fresas odontológicas como en los taladros para las perforaciones que se hacen en el fondo del mar en busca de petróleo. En los prototipos de los taladros que se le suministrarán a Petrobras, tan sólo las partes que servirán para desgastar la roca llevan insertos de diamante CVD, adheridos mediante soldaduras especiales a la columna de metal, dice Airoldi. El taladro tiene cerca de 50 centímetros (cm) de altura y la parte diamantada es de casi 20 cm. El diámetro varia de 10 cm a 40 cm. La pieza completa está montándose en una empresa prestadora de servicios en el área para Petrobras. Clorovale desarrolló una versión menor y se aboca actualmente a la realización de ensayos, vinculados al área de geología. Posee una corona anular que perfora suelos y rocas, y extrae muestras para su posterior análisis. El mismo diamante CVD también puede emplearse en la fabricación de cortadores de granito y cerámica, en reemplazo del diamante natural, además de su uso en afiladoras de instrumentos industriales.

El campo de las aplicaciones del DLC es amplio, con posibilidades de uso en industrias tales como la automotriz, la textil, la espacial, la de válvulas y tuberías y  en medicina. El DLC es considerado un diamante pobre porque no es tan duro como el natural, pero sus características permiten el uso en revestimientos que se adhieren a superficies de acero, dice Airoldi.  Esta capacidad presente en las películas elaboradas con este material abre el camino para la protección del acero en situaciones de corrosión química y desgaste de material, en piezas que trabajan en contacto constante con otras superficies. Varios tipos de engranajes y discos industriales, además de implantes dentales y cuchillos, pueden recibir el revestimiento de películas DLC para mantener su eficiencia, con menor desgaste en el transcurso del tiempo. Este material funciona también como un lubricante sólido. Estudios realizados en diversos países apuntan hacia el uso de películas de DLC en piezas de motores de coches. Dos componentes que sufren mucho desgaste son el perno del pistón y el émbolo de la válvula de escape que forman parte del motor. Es posible depositar en los reactores que poseemos en la empresa de dos a cinco micrones de espesor de DLC en dichas piezas, dice Airoldi. En Japón, más de dos millones de piezas automotrices de tan sólo una de las industrias de automóviles reciben anualmente esta protección. Nosotros acá tenemos un proyecto en marcha con una empresa de autopartes, dice el investigador, sin revelar el nombre de la industria.

CLOROVALEAcero bactericida
Otras posibilidades de uso del DLC apuntan a la deposición de dicho material en el interior de tuberías para el transporte de petróleo, gases, celulosa, minerales, alcohol u otras sustancias agresivas contra el acero. Es posible hacer una cobertura interna uniforme con DLC, lo que permite una sobrevida elevada de las tuberías, dice Airoldi. Una innovación en tal sentido, en la cual la empresa apuesta, es una película DLC bactericida, capaz de enriquecer la superficie de acero, siendo útil para la fabricación de instrumentos quirúrgicos en medicina y en odontología y en el revestimiento de piezas ortopédicas. Esto es posible al agregar nanopartículas cerámicas o de plata y elevar el nivel bactericida del DLC, que es del 30%, a alrededor del 70%. La empresa ha requerido una patente sobre dicho proceso, tiene productos en fase de prototipo y se encuentra en busca de otras empresas para asociarse y que puedan sacar al mercado la innovación.

Aun con muchas áreas de actuación y otras por prospectarse, Clorovale Diamantes no se aparta del producto más relacionado con los diamantes, que son las joyas. El diamante CVD es policristalino, compuesto por más de un tipo de cristal, lo que lo convierte en un diamante negro, de difícil y caro proceso para hacerlo monocristalino y transparente. Estamos estudiando  esa posibilidad para el futuro, dice Airoldi. Todas estas soluciones en diamante sintético de alguna forma recibieron aportes del Proyecto Temático finalizado por Airoldi en el Inpe. En total, dicho proyecto generó 13 doctores, 7 másteres y 11 proyectos de iniciación científica. Participaron en él alumnos de la Universidad de São Paulo (USP), de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), de la Universidad de Vale do Paraíba (Univap) y de las universidades federales de Amazonia, Pará, Río de Janeiro y São Carlos, con sede en São Paulo. El proyecto contó también con la participación de investigadores de la Universidad São Francisco (USF), de Bragança Paulista, el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) y la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de la ciudad de Guaratinguetá.

Los proyectos
1.
Nuevos materiales, estudios y aplicaciones innovadoras en diamante-CVD y Diamond-Like Carbon (DLC) (nº 01/11619-4); Modalidad Proyecto Temático; Coordinador Vladimir Jesus Traba Airoldi – Inpe/Clorovale; Inversión R$ 585.337,11 y US$ 24.638,00 (FAPESP)
2. Investigación, desarrollo e industrialización de productos nanoestructurados (Diamante-CVD y DLC); Modalidad Programa de Subvención Económica a la Innovación; Coordinador Vladimir Jesus Traba Airoldi – Inpe/ Clorovale; Inversión R$ 906.000,00 (Finep)
3. Diamante-CVD para un nuevo concepto de herramientas de alto desempeño para perforación y corte (nº 06/60821-4); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Leônidas Lopes de Melo Clorovale; Inversión R$ 488.601,34 y US$ 52.182,73 (FAPESP)
4. Películas de DLC para aplicaciones en superficies antibacterianas, anti-rozamiento, espaciales, industriales y para tubos de perforación de pozos de petróleo (nº 06/60822-0); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Alessandra Venâncio Diniz Clorovale; Inversión R$ 415.876,72 y US$ 65.852,00 (FAPESP)

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