Увод у ХиПИМС технологију

Бр.1 Принцип пулсног магнетронског распршивања велике снаге
Техника пулсног магнетронског распршивања велике снаге користи високу вршну снагу импулса (2-3 реда величине веће од конвенционалног магнетронског распршивања) и низак радни циклус импулса (0,5%-10%) да би се постигле високе стопе дисоцијације метала (>50%), што се изводи из карактеристика магнетронског распршивања, као што је приказано на слици 1, где је вршна циљна густина струје И пропорционална експоненцијалној н-тој моћи напона пражњења У, И = кУн (н је константа везана за структуру катоде, магнетно поље и материјал).При нижим густинама снаге (низак напон) вредност н је обично у опсегу од 5 до 15;са повећањем напона пражњења, густина струје и густина снаге се брзо повећавају, а при високом напону вредност н постаје 1 због губитка ограничења магнетног поља.Ако је при ниским густинама снаге, гасно пражњење је одређено гасним јонима који је у режиму нормалног импулсног пражњења;ако се при великим густинама снаге повећава удео јона метала у плазми и неки материјали се мењају, то јест у режиму самораспрскавања, тј. плазма се одржава јонизацијом распршених неутралних честица и секундарних металних јона и атома инертног гаса. као што је Ар се користе само за паљење плазме, након чега се распршене металне честице јонизују у близини мете и убрзавају назад да бомбардују распршену мету под дејством магнетног и електричног поља да би се одржало пражњење велике струје, а плазма је високо јонизоване металне честице.Због процеса распршивања ефекта грејања на мету, како би се осигурао стабилан рад мете у индустријским апликацијама, густина снаге директно примењена на мету не може бити превелика, генерално директно хлађење водом и топлотна проводљивост циљног материјала треба да буде у случају 25 В/цм2 испод, индиректно водено хлађење, топлотна проводљивост циљаног материјала је лоша, циљни материјал узрокован фрагментацијом услед топлотног напрезања или циљни материјал садржи ниско испарљиве компоненте легуре и други случајеви густине снаге могу бити само у 2 ~ 15 В / цм2 испод, далеко испод захтева високе густине снаге.Проблем прегревања циља може се решити коришћењем веома уских импулса велике снаге.Андерс дефинише пулсно магнетронско распршивање велике снаге као врсту импулсног распршивања где вршна густина снаге премашује просечну густину снаге за 2 до 3 реда величине, а распршивање циљних јона доминира процесом распршивања, а циљни атоми распршивања су високо дисоцирани .

Бр.2 Карактеристике наношења превлаке велике снаге импулсним магнетронским распршивањем

Пулсно магнетронско распршивање велике снаге може да произведе плазму са високом брзином дисоцијације и високом енергијом јона, и може применити притисак да би се убрзали наелектрисани јони, а процес таложења премаза је бомбардован честицама високе енергије, што је типична ИПВД технологија.Енергија и дистрибуција јона имају веома важан утицај на квалитет и перформансе премаза.
О ИПВД-у, заснованом на познатом Тхортоновом моделу структурног региона, Андерс је предложио модел структурне регије који укључује таложење плазме и нагризање јона, проширио однос између структуре превлаке и температуре и притиска ваздуха у Тхортоновом структурном моделу региона на однос између структуре превлаке, температура и енергија јона, као што је приказано на слици 2. У случају превлаке нискоенергетског таложења јона, структура превлаке је у складу са моделом зоне Тхортон структуре.Са повећањем температуре таложења, прелазак из региона 1 (лабави порозни кристали влакана) у регион Т (кристали густих влакана), регион 2 (стубчасти кристали) и регион 3 (регион рекристализације);са повећањем енергије јона таложења, температура прелаза из региона 1 у регион Т, регион 2 и регион 3 опада.Кристали влакана високе густине и стубасти кристали могу се припремити на ниској температури.Када се енергија депонованих јона повећа до реда од 1-10 еВ, појачава се бомбардовање и нагризање јона на површини депонованих премаза и повећава се дебљина превлаке.

Бр.3 Припрема слоја тврдог премаза помоћу технологије пулсног магнетронског распршивања велике снаге
Премаз припремљен технологијом пулсног магнетронског распршивања велике снаге је гушћи, са бољим механичким својствима и високом температурном стабилношћу.Као што је приказано на слици 3, конвенционална превлака ТиАлН распршена магнетроном је стубаста кристална структура са тврдоћом од 30 ГПа и Иоунговим модулом од 460 ГПа;ХИПИМС-ТиАлН премаз је тврдоће 34 ГПа, док је Иоунгов модул 377 ГПа;однос између тврдоће и Јанговог модула је мера жилавости превлаке.Већа тврдоћа и мањи Јангов модул значе бољу жилавост.ХИПИМС-ТиАлН премаз има бољу стабилност при високим температурама, са АлН хексагоналном фазом која се исталожи у конвенционалном ТиАлН премазу након високотемпературног жарења на 1.000 °Ц током 4 х.Тврдоћа премаза се смањује на високој температури, док ХИПИМС-ТиАлН премаз остаје непромењен након топлотне обраде на истој температури и времену.ХИПИМС-ТиАлН премаз такође има вишу температуру почетка високотемпературне оксидације од конвенционалног премаза.Стога, ХИПИМС-ТиАлН премаз показује много боље перформансе у алатима за сечење велике брзине од других обложених алата припремљених ПВД поступком.