HiPIMS technologijos įvadas

Nr.1 Didelės galios impulsinio magnetroninio dulkinimo principas
Didelės galios impulsinio magnetroninio dulkinimo technika naudoja didelę didžiausią impulsų galią (2–3 laipsniais didesnę nei įprastas magnetrono dulkinimas) ir mažą impulsų darbo ciklą (0,5%-10%), kad būtų pasiekti aukšti metalų disociacijos rodikliai (>50%). yra gaunamas iš magnetrono purškimo charakteristikų, kaip parodyta 1 paveiksle, kur didžiausias tikslinis srovės tankis I yra proporcingas iškrovos įtampos U eksponenlinei n-ajai galiai, I = kUn (n yra konstanta, susijusi su katodo struktūra, magnetiniu lauku ir medžiaga).Esant mažesniam galios tankiui (žemai įtampai) n reikšmė paprastai yra intervale nuo 5 iki 15;didėjant išlydžio įtampai, srovės tankis ir galios tankis sparčiai didėja, o esant aukštai įtampai n reikšmė tampa 1 dėl magnetinio lauko uždarumo praradimo.Jei esant mažam galios tankiui, dujų išleidimą lemia dujų jonai, esantys įprastu impulsinio iškrovimo režimu;jei esant dideliam galios tankiui, padidėja metalo jonų dalis plazmoje ir kai kurios medžiagos persijungia, tai yra savaiminio purškimo režimu, ty plazma palaikoma jonizuojant išpurškias neutralias daleles ir antrinius metalo jonus bei inertinių dujų atomus tokie kaip Ar naudojami tik plazmai uždegti, po to išpurškiamos metalo dalelės jonizuojamos netoli taikinio ir pagreitinamos atgal, kad bombarduotų išpuršktą taikinį veikiant magnetiniams ir elektriniams laukams, kad būtų išlaikytas didelis srovės iškrovimas, o plazma yra labai stipri. jonizuotos metalo dalelės.Dėl taikinio kaitinimo efekto purškimo proceso, siekiant užtikrinti stabilų taikinio veikimą pramonėje, galios tankis, tiesiogiai taikomas taikiniui, negali būti per didelis, paprastai tiesioginis vandens aušinimas ir tikslinės medžiagos šilumos laidumas. turėtų būti mažesnis nei 25 W / cm2, netiesioginis vandens aušinimas, tikslinės medžiagos šilumos laidumas yra prastas, tikslinėje medžiagoje dėl šiluminio įtempio susiskaidymo arba tikslinėje medžiagoje yra mažai lakiųjų lydinio komponentų, o kitais galios tankio atvejais gali būti tik 2 ~ 15 W / cm2 žemiau, gerokai žemiau didelio galios tankio reikalavimų.Tikslinio perkaitimo problemą galima išspręsti naudojant labai siaurus didelės galios impulsus.Andersas apibrėžia didelės galios impulsinį magnetroninį dulkinimą kaip impulsinį purškimą, kai didžiausias galios tankis 2–3 dydžiais viršija vidutinį galios tankį, o tikslinių jonų dulkinimas dominuoja dulkinimo procese, o tiksliniai dulkantys atomai yra labai atskirti. .

Nr.2 Didelės galios impulsinio magnetroninio dulkinimo dangos nusodinimo charakteristikos

Didelės galios impulsinis magnetroninis purškimas gali gaminti plazmą su dideliu disociacijos greičiu ir didele jonų energija, taip pat gali taikyti šališkumo slėgį, kad paspartintų įkrautus jonus, o dangos nusodinimo procesą bombarduoja didelės energijos dalelės, o tai yra tipiška IPVD technologija.Jonų energija ir pasiskirstymas turi labai didelę įtaką dangos kokybei ir veikimui.
Apie IPVD, remdamasis garsiuoju Thorton struktūrinės srities modeliu, Andersas pasiūlė struktūrinio regiono modelį, apimantį plazmos nusodinimą ir jonų ėsdinimą, išplėtė ryšį tarp dangos struktūros ir temperatūros bei oro slėgio Thorton struktūrinio regiono modelyje iki santykio tarp dangos struktūros. temperatūra ir jonų energija, kaip parodyta 2 pav. Mažos energijos jonų nusodinimo dangos atveju dangos struktūra atitinka Thorton struktūros zonos modelį.Didėjant nusodinimo temperatūrai, pereinama iš 1 srities (birių poringų pluoštų kristalai) į sritį T (tankūs pluošto kristalai), 2 sritį (stulpeliniai kristalai) ir 3 sritį (rekristalizavimo sritis);didėjant nusėdimo jonų energijai, pereinamoji temperatūra iš 1 srities į T, 2 ir 3 sritį mažėja.Didelio tankio pluošto kristalai ir kolonėlės kristalai gali būti paruošti žemoje temperatūroje.Kai nusodintų jonų energija padidėja iki 1-10 eV, sustiprėja jonų bombardavimas ir ėsdinimas ant nusodintų dangų paviršiaus, padidėja dangų storis.

Nr.3 Kietos dangos sluoksnio paruošimas didelės galios impulsinio magnetroninio purškimo technologija
Didelės galios impulsinio magnetroninio purškimo technologija paruošta danga yra tankesnė, pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis ir atsparumu aukštai temperatūrai.Kaip parodyta 3 paveiksle, įprastinė magnetronu purškiama TiAlN danga yra stulpinė kristalinė struktūra, kurios kietumas yra 30 GPa, o Youngo modulis – 460 GPa;HIPIMS-TiAlN dangos kietumas yra 34 GPa, o Youngo modulis yra 377 GPa;kietumo ir Youngo modulio santykis yra dangos kietumo matas.Didesnis kietumas ir mažesnis Youngo modulis reiškia geresnį kietumą.HIPIMS-TiAlN danga turi geresnį stabilumą aukštoje temperatūroje, o AlN šešiakampė fazė nusodinama įprastoje TiAlN dangoje po atkaitinimo aukštoje temperatūroje 1000 ° C temperatūroje 4 valandas.Dangos kietumas mažėja esant aukštai temperatūrai, o HIPIMS-TiAlN danga išlieka nepakitusi po terminio apdorojimo ta pačia temperatūra ir laiku.HIPIMS-TiAlN danga taip pat turi aukštesnę oksidacijos pradžios temperatūrą aukštoje temperatūroje nei įprastinė danga.Todėl HIPIMS-TiAlN danga pasižymi daug geresniu greitaeigių pjovimo įrankių veikimu nei kiti padengti įrankiai, paruošti naudojant PVD procesą.