Nr.1 Principiul pulverizării cu magnetron pulsat de mare putere
Tehnica de pulverizare pulverizată cu magnetron de înaltă putere folosește puterea maximă a impulsurilor (2-3 ordine de mărime mai mare decât pulverizarea magnetronului convențional) și un ciclu de lucru scăzut al impulsurilor (0,5%-10%) pentru a obține rate mari de disociere a metalelor (>50%), ceea ce este derivat din caracteristicile de pulverizare a magnetronului, așa cum se arată în Figura 1, unde densitatea maximă de curent țintă I este proporțională cu puterea exponențială a n-a a tensiunii de descărcare U, I = kUn (n este o constantă legată de structura catodului, câmpul magnetic și material).La densități de putere mai mici (tensiune joasă) valoarea n este de obicei în intervalul de la 5 la 15;odată cu creșterea tensiunii de descărcare, densitatea de curent și densitatea de putere cresc rapid, iar la tensiune înaltă valoarea n devine 1 din cauza pierderii confinării câmpului magnetic.Dacă la densități de putere scăzute, descărcarea gazului este determinată de ionii de gaz care se află în modul normal de descărcare în impulsuri;dacă la densități mari de putere, proporția ionilor metalici din plasmă crește și unele materiale se schimbă, adică în modul de autopulverizare, adică plasma este menținută prin ionizarea particulelor neutre pulverizate și a ionilor metalici secundari și a atomilor de gaz inert. cum ar fi Ar sunt folosite doar pentru a aprinde plasma, după care particulele de metal pulverizate sunt ionizate în apropierea țintei și accelerate înapoi pentru a bombarda ținta pulverizată sub acțiunea câmpurilor magnetice și electrice pentru a menține descărcarea de curent ridicat, iar plasma este foarte puternică. particule de metal ionizate.Datorită procesului de pulverizare a efectului de încălzire asupra țintei, pentru a asigura funcționarea stabilă a țintei în aplicații industriale, densitatea de putere aplicată direct țintei nu poate fi prea mare, în general, răcire directă cu apă și conductivitate termică a materialului țintă. ar trebui să fie în cazul de 25 W / cm2 mai jos, răcire indirectă cu apă, conductivitate termică a materialului țintă este slabă, materialul țintă cauzat de fragmentarea din cauza stresului termic sau materialul țintă conține componente de aliaj volatile scăzute și alte cazuri de densitate de putere pot fi numai în 2 ~ 15 W / cm2 mai jos, cu mult sub cerințele de densitate mare de putere.Problema supraîncălzirii țintei poate fi rezolvată prin utilizarea impulsurilor de mare putere foarte înguste.Anders definește pulverizarea cu magnetron pulsat de mare putere ca un fel de pulverizare pulverizată în care densitatea de putere de vârf depășește densitatea medie de putere cu 2 până la 3 ordine de mărime, iar pulverizarea ionilor țintă domină procesul de pulverizare, iar atomii pulverizați țintă sunt foarte disociați. .
Nr.2 Caracteristicile depunerii de acoperire prin pulverizare prin pulverizare cu magnetron de mare putere
Pulverizarea magnetronului pulsat de mare putere poate produce plasmă cu o rată mare de disociere și o energie ionică ridicată și poate aplica presiune de polarizare pentru a accelera ionii încărcați, iar procesul de depunere a acoperirii este bombardat de particule de înaltă energie, care este o tehnologie tipică IPVD.Energia ionică și distribuția au un impact foarte important asupra calității și performanței acoperirii.
Despre IPVD, bazat pe faimosul model al regiunii structurale Thorton, Anders a propus un model al regiunii structurale care include depunerea cu plasmă și gravarea ionică, extinzând relația dintre structura acoperirii și temperatură și presiunea aerului în modelul regiunii structurale Thorton la relația dintre structura acoperirii, temperatura și energia ionică, așa cum se arată în imaginea 2. În cazul acoperirii cu depunere de ioni de energie scăzută, structura acoperirii este conformă cu modelul de zonă de structură Thorton.Odată cu creșterea temperaturii de depunere, trecerea de la regiunea 1 (cristale de fibre poroase libere) la regiunea T (cristale de fibre dense), regiunea 2 (cristale coloane) și regiunea 3 (regiunea de recristalizare);odată cu creșterea energiei ionilor de depunere, temperatura de tranziție de la regiunea 1 la regiunea T, regiunea 2 și regiunea 3 scade.Cristalele din fibre de înaltă densitate și cristalele columnare pot fi preparate la temperatură scăzută.Când energia ionilor depuși crește la ordinul 1-10 eV, bombardarea și gravarea ionilor pe suprafața acoperirilor depuse este îmbunătățită și grosimea acoperirilor este crescută.
Nr.3 Pregătirea stratului de acoperire dur prin tehnologia de pulverizare cu magnetron pulsat de mare putere
Acoperirea preparată prin tehnologia de pulverizare cu magnetron pulsat de mare putere este mai densă, cu proprietăți mecanice mai bune și stabilitate la temperaturi ridicate.După cum se arată în figura 3, acoperirea convențională TiAlN pulverizată cu magnetron este o structură cristalină coloană cu o duritate de 30 GPa și un modul Young de 460 GPa;acoperirea HIPIMS-TiAlN are o duritate de 34 GPa, în timp ce modulul Young este de 377 GPa;raportul dintre duritate și modulul Young este o măsură a durității acoperirii.Duritate mai mare și modulul Young mai mic înseamnă o duritate mai bună.Acoperirea HIPIMS-TiAlN are o stabilitate mai bună la temperatură ridicată, cu fază hexagonală de AlN precipitată în acoperirea convențională TiAlN după un tratament de recoacere la temperatură înaltă la 1.000 °C timp de 4 ore.Duritatea învelișului scade la temperatură ridicată, în timp ce stratul de acoperire HIPIMS-TiAlN rămâne neschimbat după tratamentul termic la aceeași temperatură și timp.Acoperirea HIPIMS-TiAlN are, de asemenea, o temperatură de debut mai mare a oxidării la temperatură înaltă decât acoperirea convențională.Prin urmare, acoperirea HIPIMS-TiAlN prezintă performanțe mult mai bune la sculele de tăiere de mare viteză decât alte scule acoperite pregătite prin procesul PVD.
Ora postării: 08-nov-2022