HiPIMS Technology Introduction

No.1 Prinsipyo sa high power pulsed magnetron sputtering
Ang high power pulsed magnetron sputtering technique naggamit sa taas nga peak pulse power (2-3 orders of magnitude nga mas taas kaysa conventional magnetron sputtering) ug ubos nga pulse duty cycle (0.5% -10%) aron makab-ot ang taas nga metal dissociation rates (>50%), nga nakuha gikan sa magnetron sputtering nga mga kinaiya, sama sa gipakita sa Pic 1, diin ang peak target nga kasamtangan nga Densidad I proporsyonal sa exponential nth nga gahum sa discharge boltahe U, I = kUn (n mao ang usa ka kanunay nga may kalabutan sa cathode istruktura, magnetic field. ug materyal).Sa ubos nga densidad sa gahum (ubos nga boltahe) ang n nga kantidad kasagaran anaa sa han-ay sa 5 ngadto sa 15;uban sa nagkataas nga discharge boltahe, ang kasamtangan nga densidad ug gahum densidad sa pagtaas sa paspas, ug sa taas nga boltahe ang n bili nahimong 1 tungod sa pagkawala sa magnetic field confinement.Kon sa ubos nga gahum densidad, ang gas discharge determinado sa gas ions nga anaa sa normal pulsed discharge mode;kung sa taas nga mga densidad sa gahum, ang proporsyon sa mga metal nga ion sa plasma nagdugang ug ang pipila nga mga materyales nagbalhin, nga naa sa kaugalingon nga sputtering mode, ie Ang plasma gipadayon pinaagi sa ionization sa mga sputtered neutral nga mga partikulo ug sekondaryang metal nga mga ion, ug inert gas atoms sama sa Ar gigamit lamang sa pagdilaab sa plasma, nga human niini ang mga partikulo sa metal nga nag-agay gi-ionized duol sa target ug gipadali pagbalik aron bombahan ang natusok nga target ubos sa aksyon sa magnetic ug electric field aron mapadayon ang taas nga pag-discharge, ug ang plasma taas kaayo. ionized metal nga mga partikulo.Tungod sa proseso sa sputtering sa epekto sa pagpainit sa target, aron masiguro ang lig-on nga operasyon sa target sa mga aplikasyon sa industriya, ang densidad sa kuryente nga direkta nga gigamit sa target dili mahimong dako kaayo, kasagaran direkta nga pagpabugnaw sa tubig ug target nga thermal conductivity. kinahanglan nga sa kaso sa 25 W / cm2 sa ubos, dili direkta nga pagpabugnaw sa tubig, ang target nga materyal nga thermal conductivity dili maayo, target nga materyal nga gipahinabo sa pagkabahin tungod sa thermal stress o target nga materyal adunay sulud nga ubos nga dali moalisngaw nga mga sangkap sa haluang metal ug uban pang mga kaso sa power density mahimo ra sa 2 ~ 15 W / cm2 sa ubos, sa ubos sa mga kinahanglanon sa hatag-as nga gahum Densidad.Ang problema sa overheating sa target mahimong masulbad pinaagi sa paggamit sa hiktin kaayo nga high power pulses.Gihubit ni Anders ang high-power pulsed magnetron sputtering isip usa ka matang sa pulsed sputtering diin ang peak power density milapas sa average nga power density sa 2 ngadto sa 3 nga mga order sa magnitude, ug ang target nga ion sputtering nagdominar sa sputtering nga proseso, ug ang target sputtering atoms kaayo dissociated. .

No.2 Ang mga kinaiya sa high power pulsed magnetron sputtering coating deposition

Ang high power pulsed magnetron sputtering makahimo og plasma nga adunay taas nga dissociation rate ug taas nga enerhiya sa ion, ug mahimong magamit ang bias pressure aron mapadali ang mga charged ions, ug ang proseso sa pagdeposito sa coating gibombahan sa high-energy nga mga partikulo, nga usa ka tipikal nga teknolohiya sa IPVD.Ang enerhiya ug pag-apod-apod sa ion adunay hinungdanon nga epekto sa kalidad ug pasundayag sa coating.
Mahitungod sa IPVD, base sa bantog nga Thorton structural region model, gisugyot ni Anders ang usa ka structural region model nga naglakip sa plasma deposition ug ion etching, gipalugway ang relasyon tali sa coating structure ug temperatura ug air pressure sa Thorton structural region model ngadto sa relasyon tali sa coating structure, temperatura ug enerhiya sa ion, sama sa gipakita sa Pic 2. Sa kaso sa ubos nga enerhiya nga ion deposition coating, ang coating structure nahiuyon sa Thorton structure zone model.Uban sa pagtaas sa temperatura sa deposition, ang transisyon gikan sa rehiyon 1 (loose porous fiber crystals) ngadto sa rehiyon T (dense fiber crystals), rehiyon 2 (columnar crystals) ug rehiyon 3 (recrystallization region);uban sa pagdugang sa deposition ion enerhiya, ang transisyon temperatura gikan sa rehiyon 1 ngadto sa rehiyon T, rehiyon 2 ug rehiyon 3 mikunhod.Ang high-density fiber crystals ug columnar crystals mahimong maandam sa ubos nga temperatura.Kung ang kusog sa mga nadeposito nga mga ion nagdugang sa pagkasunud sa 1-10 eV, ang pagpamomba ug pag-etching sa mga ion sa ibabaw sa mga nadeposito nga coatings gipauswag ug ang gibag-on sa mga coatings nadugangan.

No.3 Pag-andam sa gahi nga coating layer pinaagi sa high power pulsed magnetron sputtering technology
Ang coating nga giandam sa high power pulsed magnetron sputtering technology mas dasok, nga adunay mas maayo nga mekanikal nga mga kabtangan ug taas nga temperatura nga kalig-on.Sama sa gipakita sa Pic 3, ang conventional magnetron sputtered TiAlN coating usa ka columnar crystal structure nga adunay katig-a sa 30 GPa ug usa ka Young's modulus nga 460 GPa;ang HIPIMS-TiAlN coating kay 34 GPa hardness samtang ang Young's modulus 377 GPa;ang ratio tali sa katig-a ug Young's modulus usa ka sukod sa katig-a sa coating.Ang mas taas nga katig-a ug mas gamay nga Young's modulus nagpasabut nga mas maayo nga pagkagahi.Ang HIPIMS-TiAlN coating adunay mas maayo nga taas nga temperatura nga kalig-on, uban sa AlN hexagonal phase precipitated sa conventional TiAlN coating human sa taas nga temperatura annealing treatment sa 1,000 °C sulod sa 4 ka oras.Ang katig-a sa coating mikunhod sa taas nga temperatura, samtang ang HIPIMS-TiAlN coating nagpabilin nga wala mausab pagkahuman sa heat treatment sa parehas nga temperatura ug oras.Ang HIPIMS-TiAlN coating usab adunay mas taas nga pagsugod sa temperatura sa taas nga temperatura nga oksihenasyon kay sa naandan nga coating.Busa, ang HIPIMS-TiAlN coating nagpakita og mas maayo nga performance sa high-speed cutting tools kay sa ubang mga coated tools nga giandam sa PVD process.