No.1 Principe de la pulvérisation magnétron pulsée haute puissance
La technique de pulvérisation de magnétron pulsé à haute puissance utilise une puissance d'impulsion de crête élevée (2 à 3 ordres de grandeur supérieure à la pulvérisation de magnétron conventionnelle) et un faible rapport cyclique d'impulsion (0,5 % à 10 %) pour obtenir des taux de dissociation des métaux élevés (> 50 %), qui est dérivé des caractéristiques de pulvérisation magnétron, comme le montre la photo 1, où la densité de courant cible de crête I est proportionnelle à la nième puissance exponentielle de la tension de décharge U, I = kUn (n est une constante liée à la structure de la cathode, champ magnétique et matériel).À des densités de puissance inférieures (basse tension), la valeur n est généralement comprise entre 5 et 15 ;avec l'augmentation de la tension de décharge, la densité de courant et la densité de puissance augmentent rapidement, et à haute tension, la valeur n devient 1 en raison de la perte de confinement du champ magnétique.Si à de faibles densités de puissance, la décharge de gaz est déterminée par des ions de gaz qui sont en mode de décharge pulsée normale ;si à des densités de puissance élevées, la proportion d'ions métalliques dans le plasma augmente et certains matériaux changent, c'est-à-dire en mode d'auto-pulvérisation, c'est-à-dire que le plasma est maintenu par l'ionisation de particules neutres pulvérisées et d'ions métalliques secondaires, et d'atomes de gaz inerte tels que Ar ne sont utilisés que pour allumer le plasma, après quoi les particules métalliques pulvérisées sont ionisées près de la cible et accélérées pour bombarder la cible pulvérisée sous l'action de champs magnétiques et électriques pour maintenir la décharge de courant élevée, et le plasma est fortement particules métalliques ionisées.En raison du processus de pulvérisation de l'effet de chauffage sur la cible, afin d'assurer le fonctionnement stable de la cible dans les applications industrielles, la densité de puissance directement appliquée à la cible ne peut pas être trop grande, généralement le refroidissement direct de l'eau et la conductivité thermique du matériau cible devrait être dans le cas de 25 W / cm2 ci-dessous, refroidissement indirect par eau, la conductivité thermique du matériau cible est médiocre, le matériau cible causé par la fragmentation due à une contrainte thermique ou le matériau cible contient des composants d'alliage peu volatils et d'autres cas de densité de puissance ne peuvent être que dans 2 ~ 15 W / cm2 ci-dessous, bien en deçà des exigences de densité de puissance élevée.Le problème de la surchauffe de la cible peut être résolu en utilisant des impulsions de haute puissance très étroites.Anders définit la pulvérisation magnétron pulsée à haute puissance comme une sorte de pulvérisation pulsée où la densité de puissance maximale dépasse la densité de puissance moyenne de 2 à 3 ordres de grandeur, et la pulvérisation ionique cible domine le processus de pulvérisation, et les atomes de pulvérisation cible sont hautement dissociés .
N ° 2 Les caractéristiques du dépôt de revêtement par pulvérisation magnétron pulsé à haute puissance
La pulvérisation magnétron pulsée à haute puissance peut produire un plasma avec un taux de dissociation élevé et une énergie ionique élevée, et peut appliquer une pression de polarisation pour accélérer les ions chargés, et le processus de dépôt de revêtement est bombardé par des particules à haute énergie, ce qui est une technologie IPVD typique.L'énergie et la distribution des ions ont un impact très important sur la qualité et les performances du revêtement.
À propos de l'IPVD, basé sur le célèbre modèle de région structurelle de Thorton, Anders a proposé un modèle de région structurelle qui inclut le dépôt de plasma et la gravure ionique, a étendu la relation entre la structure du revêtement et la température et la pression d'air dans le modèle de région structurelle de Thorton à la relation entre la structure du revêtement, la température et l'énergie des ions, comme indiqué sur la photo 2. Dans le cas d'un revêtement par dépôt d'ions à faible énergie, la structure du revêtement est conforme au modèle de zone de structure de Thorton.Avec l'augmentation de la température de dépôt, la transition de la région 1 (cristaux de fibres poreuse lâches) à la région T (cristaux de fibres denses), la région 2 (cristaux colonnaires) et la région 3 (région de recristallisation);avec l'augmentation de l'énergie des ions de dépôt, la température de transition de la région 1 à la région T, la région 2 et la région 3 diminue.Les cristaux de fibres à haute densité et les cristaux colonnaires peuvent être préparés à basse température.Lorsque l'énergie des ions déposés augmente de l'ordre de 1 à 10 eV, le bombardement et la gravure des ions sur la surface des revêtements déposés sont améliorés et l'épaisseur des revêtements est augmentée.
No.3 Préparation de la couche de revêtement dur par la technologie de pulvérisation magnétron pulsée à haute puissance
Le revêtement préparé par la technologie de pulvérisation magnétron pulsée à haute puissance est plus dense, avec de meilleures propriétés mécaniques et une stabilité à haute température.Comme le montre la photo 3, le revêtement TiAIN conventionnel pulvérisé au magnétron est une structure cristalline colonnaire avec une dureté de 30 GPa et un module de Young de 460 GPa ;le revêtement HIPIMS-TiAlN a une dureté de 34 GPa tandis que le module d'Young est de 377 GPa ;le rapport entre la dureté et le module d'Young est une mesure de la ténacité du revêtement.Une dureté plus élevée et un module de Young plus petit signifient une meilleure ténacité.Le revêtement HIPIMS-TiAlN a une meilleure stabilité à haute température, avec une phase hexagonale AlN précipitée dans le revêtement TiAlN conventionnel après un traitement de recuit à haute température à 1 000 ° C pendant 4 h.La dureté du revêtement diminue à haute température, tandis que le revêtement HIPIMS-TiAlN reste inchangé après traitement thermique à la même température et durée.Le revêtement HIPIMS-TiAlN a également une température de début d'oxydation à haute température plus élevée que le revêtement conventionnel.Par conséquent, le revêtement HIPIMS-TiAlN présente de bien meilleures performances dans les outils de coupe à grande vitesse que les autres outils revêtus préparés par procédé PVD.
Heure de publication : 08 novembre 2022