HiPIMS प्रौद्योगिकी परिचय

नंबर 1 उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग का सिद्धांत
उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग तकनीक उच्च धातु पृथक्करण दर (>50%) प्राप्त करने के लिए उच्च शिखर पल्स पावर (पारंपरिक मैग्नेट्रोन स्पटरिंग से अधिक परिमाण के 2-3 ऑर्डर) और कम पल्स ड्यूटी चक्र (0.5% -10%) का उपयोग करती है, जो मैग्नेट्रोन स्पटरिंग विशेषताओं से प्राप्त होता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, जहां शिखर लक्ष्य वर्तमान घनत्व I डिस्चार्ज वोल्टेज U की घातीय nवीं शक्ति के समानुपाती होता है, I = kUn (n कैथोड संरचना, चुंबकीय क्षेत्र से संबंधित एक स्थिरांक है) और सामग्री)।कम बिजली घनत्व (कम वोल्टेज) पर n मान आमतौर पर 5 से 15 की सीमा में होता है;बढ़ते डिस्चार्ज वोल्टेज के साथ, वर्तमान घनत्व और बिजली घनत्व तेजी से बढ़ता है, और उच्च वोल्टेज पर चुंबकीय क्षेत्र कारावास के नुकसान के कारण एन मान 1 हो जाता है।यदि कम बिजली घनत्व पर, गैस डिस्चार्ज गैस आयनों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो सामान्य स्पंदित डिस्चार्ज मोड में होता है;यदि उच्च शक्ति घनत्व पर, प्लाज्मा में धातु आयनों का अनुपात बढ़ जाता है और कुछ सामग्री स्विच हो जाती है, जो स्व-स्पटरिंग मोड में होती है, यानी प्लाज्मा को स्पटर किए गए तटस्थ कणों और माध्यमिक धातु आयनों और अक्रिय गैस परमाणुओं के आयनीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है जैसे कि Ar का उपयोग केवल प्लाज्मा को प्रज्वलित करने के लिए किया जाता है, जिसके बाद फटे हुए धातु के कणों को लक्ष्य के पास आयनित किया जाता है और उच्च वर्तमान निर्वहन को बनाए रखने के लिए चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों की कार्रवाई के तहत फटे हुए लक्ष्य पर बमबारी करने के लिए त्वरित किया जाता है, और प्लाज्मा अत्यधिक होता है आयनित धातु कण.लक्ष्य पर हीटिंग प्रभाव की स्पटरिंग प्रक्रिया के कारण, औद्योगिक अनुप्रयोगों में लक्ष्य के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, सीधे लक्ष्य पर लागू बिजली घनत्व बहुत बड़ा नहीं हो सकता है, आम तौर पर प्रत्यक्ष जल शीतलन और लक्ष्य सामग्री तापीय चालकता नीचे 25 डब्ल्यू / सेमी 2 के मामले में होना चाहिए, अप्रत्यक्ष जल शीतलन, लक्ष्य सामग्री तापीय चालकता खराब है, थर्मल तनाव के कारण विखंडन के कारण लक्ष्य सामग्री या लक्ष्य सामग्री में कम अस्थिर मिश्र धातु घटक होते हैं और बिजली घनत्व के अन्य मामले केवल हो सकते हैं 2 ~ 15 डब्लू/सेमी2 नीचे, उच्च शक्ति घनत्व की आवश्यकताओं से काफी नीचे।टारगेट ओवरहीटिंग की समस्या को बहुत ही संकीर्ण उच्च शक्ति पल्स का उपयोग करके हल किया जा सकता है।एंडर्स उच्च-शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग को एक प्रकार के स्पंदित स्पटरिंग के रूप में परिभाषित करते हैं, जहां चरम शक्ति घनत्व परिमाण के 2 से 3 आदेशों तक औसत पावर घनत्व से अधिक होता है, और लक्ष्य आयन स्पटरिंग स्पटरिंग प्रक्रिया पर हावी हो जाता है, और लक्ष्य स्पटरिंग परमाणु अत्यधिक अलग हो जाते हैं। .

नंबर 2 उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग कोटिंग जमाव की विशेषताएं

उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग उच्च पृथक्करण दर और उच्च आयन ऊर्जा के साथ प्लाज्मा का उत्पादन कर सकता है, और चार्ज किए गए आयनों को तेज करने के लिए पूर्वाग्रह दबाव लागू कर सकता है, और कोटिंग जमाव प्रक्रिया उच्च ऊर्जा कणों द्वारा बमबारी की जाती है, जो एक विशिष्ट आईपीवीडी तकनीक है।आयन ऊर्जा और वितरण का कोटिंग की गुणवत्ता और प्रदर्शन पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।
आईपीवीडी के बारे में, प्रसिद्ध थॉर्टन संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल के आधार पर, एंडर्स ने एक संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल का प्रस्ताव रखा जिसमें प्लाज्मा जमाव और आयन नक़्क़ाशी शामिल है, थॉर्टन संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल में कोटिंग संरचना और तापमान और वायु दबाव के बीच संबंध को कोटिंग संरचना के बीच संबंध तक बढ़ाया, तापमान और आयन ऊर्जा, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। कम ऊर्जा आयन जमाव कोटिंग के मामले में, कोटिंग संरचना थॉर्टन संरचना क्षेत्र मॉडल के अनुरूप है।जमाव तापमान में वृद्धि के साथ, क्षेत्र 1 (ढीले छिद्रपूर्ण फाइबर क्रिस्टल) से क्षेत्र टी (घने फाइबर क्रिस्टल), क्षेत्र 2 (स्तंभ क्रिस्टल) और क्षेत्र 3 (पुन: क्रिस्टलीकरण क्षेत्र) में संक्रमण;जमाव आयन ऊर्जा में वृद्धि के साथ, क्षेत्र 1 से क्षेत्र टी, क्षेत्र 2 और क्षेत्र 3 में संक्रमण तापमान कम हो जाता है।उच्च घनत्व वाले फाइबर क्रिस्टल और स्तंभ क्रिस्टल को कम तापमान पर तैयार किया जा सकता है।जब जमा किए गए आयनों की ऊर्जा 1-10 eV के क्रम तक बढ़ जाती है, तो जमा कोटिंग्स की सतह पर आयनों की बमबारी और नक़्क़ाशी बढ़ जाती है और कोटिंग्स की मोटाई बढ़ जाती है।

नंबर 3 उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग तकनीक द्वारा कठोर कोटिंग परत की तैयारी
उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रोन स्पटरिंग तकनीक द्वारा तैयार की गई कोटिंग बेहतर यांत्रिक गुणों और उच्च तापमान स्थिरता के साथ सघन है।जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, पारंपरिक मैग्नेट्रोन स्पटरड TiAlN कोटिंग 30 GPa की कठोरता और 460 GPa के यंग मापांक के साथ एक स्तंभ क्रिस्टल संरचना है;HIPIMS-TiAlN कोटिंग 34 GPa कठोरता है जबकि यंग का मापांक 377 GPa है;कठोरता और यंग मापांक के बीच का अनुपात कोटिंग की कठोरता का माप है।उच्च कठोरता और छोटे यंग मापांक का मतलब बेहतर कठोरता है।HIPIMS-TiAlN कोटिंग में बेहतर उच्च तापमान स्थिरता है, जिसमें 4 घंटे के लिए 1,000 डिग्री सेल्सियस पर उच्च तापमान एनीलिंग उपचार के बाद पारंपरिक TiAlN कोटिंग में AlN हेक्सागोनल चरण अवक्षेपित होता है।उच्च तापमान पर कोटिंग की कठोरता कम हो जाती है, जबकि HIPIMS-TiAlN कोटिंग उसी तापमान और समय पर ताप उपचार के बाद अपरिवर्तित रहती है।HIPIMS-TiAlN कोटिंग में पारंपरिक कोटिंग की तुलना में उच्च तापमान ऑक्सीकरण की शुरुआत का तापमान भी अधिक होता है।इसलिए, HIPIMS-TiAlN कोटिंग PVD प्रक्रिया द्वारा तैयार किए गए अन्य लेपित उपकरणों की तुलना में उच्च गति काटने वाले उपकरणों में बहुत बेहतर प्रदर्शन दिखाती है।