A HiPIMS technológia bemutatása

No.1 A nagy teljesítményű impulzusos magnetronporlasztás elve
A nagy teljesítményű impulzusos magnetronporlasztásos technika nagy impulzuscsúcsteljesítményt (2-3 nagyságrenddel nagyobb, mint a hagyományos magnetronporlasztás) és alacsony impulzus-terhelési ciklust (0,5%-10%) használ a magas fémdisszociációs ráta (>50%) elérése érdekében, ami ábrán látható magnetron porlasztási jellemzőiből származik, ahol az I csúcsáram-sűrűség arányos az U kisülési feszültség exponenciális n-edik hatványával, I = kUn (n a katódszerkezettel, mágneses térrel kapcsolatos állandó és anyag).Kisebb teljesítménysűrűségnél (alacsony feszültség) az n érték általában 5 és 15 között van;a kisülési feszültség növekedésével az áramsűrűség és a teljesítménysűrűség gyorsan növekszik, nagyfeszültségen pedig a mágneses térelzáródás elvesztése miatt az n érték 1 lesz.Kis teljesítménysűrűség esetén a gázkisülést a normál impulzusos kisülési módban lévő gázionok határozzák meg;ha nagy teljesítménysűrűségnél megnő a fémionok aránya a plazmában, és egyes anyagok átváltanak, azaz önporlasztó üzemmódba kerül, azaz a plazmát porlasztott semleges részecskék és másodlagos fémionok, valamint inert gázatomok ionizációja tartja fenn. mint például az Ar, csak a plazma meggyújtására használják, majd a porlasztott fémrészecskéket a cél közelében ionizálják, és visszagyorsítják, hogy mágneses és elektromos mezők hatására bombázzák a porlasztott célpontot, hogy fenntartsák a nagy áramkisülést, és a plazma nagyon erős. ionizált fémrészecskék.A céltárgyon a fűtőhatás porlasztási folyamata miatt a cél stabil működésének biztosítása érdekében az ipari alkalmazásokban a közvetlenül a célpontra alkalmazott teljesítménysűrűség nem lehet túl nagy, általában közvetlen vízhűtés és célanyag hővezető képessége 25 W / cm2 alatt kell lennie, közvetett vízhűtés, a célanyag hővezető képessége rossz, a célanyag a hőfeszültség miatti töredezettség miatt vagy a célanyag alacsony illékony ötvözetkomponenseket tartalmaz, és egyéb teljesítménysűrűség esetén csak 2 ~ 15 W / cm2 alatt, messze a nagy teljesítménysűrűség követelményei alatt.A cél túlmelegedésének problémája nagyon szűk, nagy teljesítményű impulzusok alkalmazásával megoldható.Anders a nagy teljesítményű impulzusos magnetronporlasztást egyfajta impulzusos porlasztásként határozza meg, ahol a csúcsteljesítmény-sűrűség 2-3 nagyságrenddel meghaladja az átlagos teljesítménysűrűséget, és a célion-porlasztás uralja a porlasztási folyamatot, és a célporlasztó atomok erősen disszociáltak. .

2. sz. A nagy teljesítményű impulzusos magnetronos porlasztó bevonat leválasztás jellemzői

A nagy teljesítményű impulzusos magnetronporlasztás nagy disszociációs sebességgel és nagy ionenergiájú plazmát állíthat elő, és előfeszítő nyomást alkalmazhat a töltött ionok felgyorsítására, és a bevonat leválasztási folyamatát nagy energiájú részecskék bombázzák, ami egy tipikus IPVD technológia.Az ion energiája és eloszlása ​​nagyon fontos hatással van a bevonat minőségére és teljesítményére.
Az IPVD-ről, a híres Thorton szerkezeti régiómodell alapján, Anders olyan szerkezeti régiómodellt javasolt, amely magában foglalja a plazma lerakódást és az ionmaratást, kiterjesztette a bevonat szerkezete és a hőmérséklet és a levegőnyomás közötti kapcsolatot a Thorton szerkezeti régiómodellben a bevonat szerkezete közötti kapcsolatra. A hőmérséklet és az ionenergia, amint az a 2. ábrán látható. Alacsony energiájú ionleválasztásos bevonat esetén a bevonat szerkezete megfelel a Thorton szerkezeti zóna modellnek.A lerakódási hőmérséklet emelkedésével az 1. régióból (laza porózus szálkristályok) átmenet a T régióba (sűrű szálkristályok), a 2. régióba (oszlopos kristályok) és a 3. régióba (átkristályosodási régió);a lerakódási ion energiájának növekedésével az 1. tartományból a T tartományba, a 2. és 3. tartományba csökken az átmeneti hőmérséklet.A nagy sűrűségű szálkristályok és oszlopkristályok alacsony hőmérsékleten állíthatók elő.Ha a lerakódott ionok energiája 1-10 eV nagyságrendűre nő, az ionok bombázása és maratása a lerakódott bevonat felületén fokozódik, és a bevonatok vastagsága megnő.

No.3 Kemény bevonatréteg készítése nagy teljesítményű impulzusos magnetron porlasztásos technológiával
A nagy teljesítményű impulzusos magnetronporlasztásos technológiával készült bevonat sűrűbb, jobb mechanikai tulajdonságokkal és magas hőmérsékleti stabilitással rendelkezik.A 3. ábrán látható módon a hagyományos magnetronnal porlasztott TiAlN bevonat egy oszlopos kristályszerkezet, amelynek keménysége 30 GPa és Young-modulusa 460 GPa;a HIPIMS-TiAlN bevonat keménysége 34 GPa, míg a Young modulusa 377 GPa;a keménység és a Young-modulus közötti arány a bevonat szívósságának mértéke.A nagyobb keménység és a kisebb Young-modulus jobb szívósságot jelent.A HIPIMS-TiAlN bevonat jobb magas hőmérsékleti stabilitással rendelkezik, az AlN hatszögletű fázis kicsapódik a hagyományos TiAlN bevonatban 1000 °C-on 4 órán át végzett magas hőmérsékletű lágyító kezelés után.A bevonat keménysége magas hőmérsékleten csökken, míg a HIPIMS-TiAlN bevonat változatlan marad az azonos hőmérsékleten és időben végzett hőkezelés után.A HIPIMS-TiAlN bevonat magas hőmérsékletű oxidációjának kezdeti hőmérséklete magasabb, mint a hagyományos bevonatoknak.Ezért a HIPIMS-TiAlN bevonat sokkal jobb teljesítményt mutat a nagy sebességű forgácsolószerszámokban, mint a PVD eljárással előállított többi bevonatos szerszám.