Вовед во технологијата HiPIMS

Бр.1 Принцип на импулсно магнетронско распрскување со голема моќност
Техниката на импулсно прскање со магнетрон со висока моќност користи висока пулсна моќност (2-3 реда повисоко од обичното распрскување со магнетрон) и низок импулсен работен циклус (0,5%-10%) за да се постигнат високи стапки на дисоцијација на метал (>50%), што е изведен од карактеристиките на прскање на магнетронот, како што е прикажано на слика 1, каде што максималната целна густина на струјата I е пропорционална на експоненцијалната n-та моќност на напонот на празнење U, I = kUn (n е константа поврзана со структурата на катодата, магнетното поле и материјал).При помали густини на моќност (низок напон) n вредноста обично е во опсег од 5 до 15;со зголемување на напонот на празнење, густината на струјата и густината на моќноста брзо се зголемуваат, а при висок напон вредноста n станува 1 поради губење на магнетното поле.Ако при мала густина на моќност, празнењето на гасот се одредува со јони на гас што е во нормален режим на импулсно празнење;ако при висока густина на моќност, процентот на метални јони во плазмата се зголемува и некои материјали се префрлаат, тоа е во режим на само-распрскување, т.е. плазмата се одржува со јонизација на распрскани неутрални честички и секундарни метални јони и атоми на инертен гас како што е Ar, се користат само за запалување на плазмата, по што распрсканите метални честички се јонизираат во близина на целта и се забрзуваат назад за да ја бомбардираат испрсканата цел под дејство на магнетни и електрични полиња за да се одржи високото тековно празнење, а плазмата е високо јонизирани метални честички.Поради процесот на распрскување на ефектот на загревање на целта, со цел да се обезбеди стабилна работа на целта во индустриски апликации, густината на моќноста директно применета на целта не може да биде премногу голема, генерално директно ладење на вода и топлинска спроводливост на целниот материјал треба да биде во случај на 25 W / cm2 подолу, индиректно ладење на вода, топлинската спроводливост на целниот материјал е слаба, целниот материјал предизвикан од фрагментација поради термички стрес или целниот материјал содржи компоненти од ниска испарлива легура и други случаи на густина на моќност може да бидат само во 2 ~ 15 W / cm2 подолу, далеку под барањата за висока густина на моќност.Проблемот со целното прегревање може да се реши со користење на многу тесни импулси со висока моќност.Андерс го дефинира импулсното прскање со магнетрон со голема моќност како еден вид импулсно распрскување каде што максималната густина на моќноста ја надминува просечната густина на моќноста за 2 до 3 реда на големина, а таргетното јонско распрскување доминира во процесот на распрскување, а атомите на целното распрскување се многу дисоцирани .

Бр.2 Карактеристики на таложење на облогата со распрскувачки магнетронски импулси со висока моќност

Импулсното прскање со магнетрон со голема моќност може да произведе плазма со висока стапка на дисоцијација и висока јонска енергија и може да примени пристрасен притисок за да ги забрза наполнетите јони, а процесот на таложење на облогата е бомбардиран од честички со висока енергија, што е типична IPVD технологија.Јонската енергија и дистрибуцијата имаат многу важно влијание врз квалитетот и перформансите на облогата.
За IPVD, врз основа на познатиот модел на структурен регион Тортон, Андерс предложи модел на структурен регион кој вклучува таложење на плазма и јонско гравирање, ја прошири врската помеѓу структурата на облогата и температурата и воздушниот притисок во моделот на структурниот регион Тортон до односот помеѓу структурата на облогата. температура и јонска енергија, како што е прикажано на слика 2. Во случај на ниско-енергетско таложење на јони, структурата на облогата е во согласност со моделот на зоната на структурата на Тортон.Со зголемување на температурата на таложење, преминот од регионот 1 (кристали на лабави порозни влакна) во регионот T (кристали на густи влакна), регионот 2 (колоносни кристали) и регионот 3 (регион на рекристализација);со зголемување на енергијата на таложење јони, температурата на преминот од регионот 1 во регионот Т, регионот 2 и регионот 3 се намалува.Кристалите со влакна со висока густина и колонообразните кристали може да се подготват на ниска температура.Кога енергијата на депонираните јони се зголемува до редот од 1-10 eV, бомбардирањето и офортувањето на јоните на површината на депонираните облоги се зголемуваат и дебелината на облогите се зголемува.

Бр.3 Подготовка на тврд слој за обложување со технологија на високомоќна импулсна магнетронска прскање
Облогата подготвена со технологијата на импулсно прскање со магнетрон со голема моќност е погуста, со подобри механички својства и висока температурна стабилност.Како што е прикажано на слика 3, конвенционалната обвивка со магнетронско распрскување TiAlN е колонообразна кристална структура со цврстина од 30 GPa и Јанг модул од 460 GPa;облогата HIPIMS-TiAlN е цврстина од 34 GPa додека модулот на Јанг е 377 GPa;односот помеѓу тврдоста и Јанг-овиот модул е ​​мерка за цврстината на облогата.Поголемата цврстина и помалиот модул на Јанг значат подобра цврстина.Облогата HIPIMS-TiAlN има подобра стабилност на високи температури, при што AlN хексагоналната фаза се таложи во конвенционалната обвивка TiAlN по третман со жарење со висока температура на 1.000 °C во текот на 4 часа.Цврстината на облогата се намалува при висока температура, додека облогата HIPIMS-TiAlN останува непроменета по термичка обработка на истата температура и време.Облогата HIPIMS-TiAlN, исто така, има повисока почетна температура на оксидација со висока температура од конвенционалниот слој.Затоа, облогата HIPIMS-TiAlN покажува многу подобри перформанси кај алатките за сечење со голема брзина од другите обложени алатки подготвени со PVD процес.