HiPIMS tehnoloģijas ievads

Nr.1 Lieljaudas impulsu magnetrona izsmidzināšanas princips
Lieljaudas impulsa magnetronu izsmidzināšanas tehnika izmanto lielu maksimālo impulsa jaudu (par 2-3 kārtām augstāka nekā parastā magnetrona izsmidzināšana) un zemu impulsa darbības ciklu (0,5%-10%), lai sasniegtu augstu metāla disociācijas ātrumu (>50%), kas ir iegūts no magnetrona izsmidzināšanas raksturlielumiem, kā parādīts 1. attēlā, kur maksimālais mērķa strāvas blīvums I ir proporcionāls izlādes sprieguma U eksponenciālajai n-ajai jaudai, I = kUn (n ir konstante, kas saistīta ar katoda struktūru, magnētisko lauku un materiāls).Pie mazāka jaudas blīvuma (zemspriegums) n vērtība parasti ir diapazonā no 5 līdz 15;palielinoties izlādes spriegumam, strāvas blīvums un jaudas blīvums strauji palielinās, un pie augsta sprieguma n vērtība kļūst par 1 magnētiskā lauka ierobežojuma zuduma dēļ.Ja pie maza jaudas blīvuma, gāzu izlādi nosaka gāzes joni, kas atrodas normālā impulsa izlādes režīmā;ja pie liela jaudas blīvuma palielinās metālu jonu īpatsvars plazmā un daži materiāli pārslēdzas, tas ir, pašputināšanas režīmā, ti, plazmu uztur izputināto neitrālu daļiņu un sekundāro metālu jonu un inerto gāzu atomu jonizācija. piemēram, Ar izmanto tikai plazmas aizdedzināšanai, pēc tam izsmidzinātās metāla daļiņas tiek jonizētas tuvu mērķim un paātrina atpakaļ, lai bombardētu izsmidzināto mērķi magnētisko un elektrisko lauku iedarbībā, lai uzturētu lielu strāvas izlādi, un plazma ir ļoti augsta. jonizētas metāla daļiņas.Sakarā ar sildīšanas efekta izsmidzināšanas procesu uz mērķi, lai nodrošinātu stabilu mērķa darbību rūpnieciskos lietojumos, jaudas blīvums, kas tieši tiek piemērots mērķim, nevar būt pārāk liels, parasti tieša ūdens dzesēšana un mērķa materiāla siltumvadītspēja. jābūt mazākam par 25 W / cm2, netieša ūdens dzesēšana, mērķa materiāla siltumvadītspēja ir slikta, mērķa materiāls, ko izraisa sadrumstalotība termiskās slodzes dēļ, vai mērķa materiāls satur zemas gaistošās sakausējuma sastāvdaļas un citos gadījumos jaudas blīvums var būt tikai 2 ~ 15 W / cm2 zemāk, kas ir daudz zemāks par augsta jaudas blīvuma prasībām.Mērķa pārkaršanas problēmu var atrisināt, izmantojot ļoti šaurus lieljaudas impulsus.Anderss definē lieljaudas impulsu magnetronu izputināšanu kā impulsa izputināšanu, kurā maksimālā jaudas blīvums pārsniedz vidējo jaudas blīvumu par 2 līdz 3 kārtībām, un mērķa jonu izputināšana dominē izputināšanas procesā, un mērķa izputināšanas atomi ir ļoti disocionēti. .

Nr.2 Lieljaudas impulsa magnetrona izsmidzināšanas pārklājuma uzklāšanas īpašības

Lieljaudas impulsu magnetronu izsmidzināšana var radīt plazmu ar augstu disociācijas ātrumu un augstu jonu enerģiju, kā arī var pielietot slīpo spiedienu, lai paātrinātu uzlādētos jonus, un pārklājuma nogulsnēšanas procesu bombardē augstas enerģijas daļiņas, kas ir tipiska IPVD tehnoloģija.Jonu enerģijai un sadalījumam ir ļoti liela ietekme uz pārklājuma kvalitāti un veiktspēju.
Par IPVD, pamatojoties uz slaveno Tortonas strukturālā reģiona modeli, Anderss ierosināja strukturālā reģiona modeli, kas ietver plazmas nogulsnēšanos un jonu kodināšanu, paplašināja saistību starp pārklājuma struktūru un temperatūru un gaisa spiedienu Tortonas strukturālā reģiona modelī līdz attiecībām starp pārklājuma struktūru, temperatūra un jonu enerģija, kā parādīts 2. attēlā. Zemas enerģijas jonu nogulsnēšanas pārklājuma gadījumā pārklājuma struktūra atbilst Tortona struktūras zonas modelim.Palielinoties nogulsnēšanās temperatūrai, notiek pāreja no 1. apgabala (irdenas porainas šķiedras kristāli) uz apgabalu T (blīvu šķiedru kristāli), 2. apgabalu (kolonnu kristāli) un 3. reģionu (pārkristalizācijas apgabals);palielinoties nogulsnēšanās jonu enerģijai, samazinās pārejas temperatūra no 1. reģiona uz reģionu T, 2. reģionu un 3. apgabalu.Augsta blīvuma šķiedru kristālus un kolonnu kristālus var pagatavot zemā temperatūrā.Kad nogulsnēto jonu enerģija palielinās līdz 1-10 eV, pastiprinās jonu bombardēšana un kodināšana uz nogulsnētā pārklājuma virsmas un palielinās pārklājumu biezums.

Nr.3 Cietā pārklājuma slāņa sagatavošana ar lieljaudas impulsa magnetrona izsmidzināšanas tehnoloģiju
Pārklājums, kas sagatavots ar lieljaudas impulsu magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju, ir blīvāks, ar labākām mehāniskajām īpašībām un augstas temperatūras stabilitāti.Kā parādīts 3. attēlā, parastais ar magnetronu uzputinātais TiAlN pārklājums ir kolonnu kristāla struktūra ar cietību 30 GPa un Janga moduli 460 GPa;HIPIMS-TiAlN pārklājuma cietība ir 34 GPa, savukārt Janga modulis ir 377 GPa;attiecība starp cietību un Janga moduli ir pārklājuma stingrības mērs.Lielāka cietība un mazāks Younga modulis nozīmē labāku izturību.HIPIMS-TiAlN pārklājumam ir labāka augstas temperatūras stabilitāte, un AlN sešstūra fāze tiek izgulsnēta parastajā TiAlN pārklājumā pēc augstas temperatūras atlaidināšanas apstrādes 1000 ° C temperatūrā 4 stundas.Pārklājuma cietība augstā temperatūrā samazinās, savukārt HIPIMS-TiAlN pārklājums paliek nemainīgs pēc termiskās apstrādes tajā pašā temperatūrā un laikā.HIPIMS-TiAlN pārklājumam ir arī augstāka augstas temperatūras oksidācijas sākuma temperatūra nekā parastajam pārklājumam.Tāpēc HIPIMS-TiAlN pārklājums uzrāda daudz labāku veiktspēju ātrgaitas griezējinstrumentos nekā citi pārklāti instrumenti, kas sagatavoti PVD procesā.