No.1 Principen för högeffekts pulsad magnetronförstoftning
Tekniken för högeffekts pulsad magnetronförstoftning använder hög topppulseffekt (2-3 storleksordningar högre än konventionell magnetronförstoftning) och lågpulsdriftcykel (0,5%-10%) för att uppnå höga metalldissociationshastigheter (>50%), vilket härleds från magnetronförstoftningsegenskaperna, som visas i bild 1, där toppmålströmdensiteten I är proportionell mot den exponentiella n:te potensen av urladdningsspänningen U, I = kUn (n är en konstant relaterad till katodstrukturen, magnetfältet och material).Vid lägre effekttätheter (låg spänning) är n-värdet vanligtvis i intervallet 5 till 15;med den ökande urladdningsspänningen ökar strömtätheten och effekttätheten snabbt, och vid hög spänning blir n-värdet 1 på grund av förlusten av magnetfältsinneslutning.Om vid låga effektdensiteter bestäms gasurladdningen av gasjoner som är i det normala pulserade urladdningsläget;om vid höga effektdensiteter ökar andelen metalljoner i plasman och vissa material byter, dvs i självförstoftningsläge, dvs plasman upprätthålls genom jonisering av sputtrade neutrala partiklar och sekundära metalljoner och inerta gasatomer såsom Ar används endast för att antända plasman, varefter de förstoftade metallpartiklarna joniseras nära målet och accelereras tillbaka för att bombardera det förstoftade målet under inverkan av magnetiska och elektriska fält för att upprätthålla den höga strömurladdningen, och plasman är starkt joniserade metallpartiklar.På grund av förstoftningsprocessen för uppvärmningseffekten på målet, för att säkerställa en stabil drift av målet i industriella applikationer, kan den effekttäthet som direkt appliceras på målet inte vara för stor, i allmänhet direkt vattenkylning och målmaterialets värmeledningsförmåga bör vara i fallet med 25 W/cm2 under, indirekt vattenkylning, målmaterialets värmeledningsförmåga är dålig, målmaterialet orsakat av fragmentering på grund av termisk stress eller målmaterialet innehåller lågflyktiga legeringskomponenter och andra fall av effekttäthet kan endast vara i 2 ~ 15 W/cm2 under, långt under kraven på hög effekttäthet.Problemet med målöverhettning kan lösas genom att använda mycket smala högeffektpulser.Anders definierar högeffekts pulsad magnetronförstoftning som en sorts pulsad sputtering där toppeffekttätheten överstiger den genomsnittliga effekttätheten med 2 till 3 storleksordningar, och måljonsputtringen dominerar förstoftningsprocessen, och målförstoftningsatomerna är mycket dissocierade. .
Nr 2 Egenskaperna för högeffekts pulsad magnetronförstoftningsbeläggningsavsättning
Högeffekts pulsad magnetronförstoftning kan producera plasma med hög dissociationshastighet och hög jonenergi, och kan applicera förspänningstryck för att accelerera de laddade jonerna, och beläggningsprocessen bombarderas av högenergipartiklar, vilket är en typisk IPVD-teknik.Jonenergin och distributionen har en mycket viktig inverkan på beläggningens kvalitet och prestanda.
Om IPVD, baserad på den berömda Thorton strukturella regionmodellen, föreslog Anders en strukturell regionmodell som inkluderar plasmaavsättning och jonetsning, utvidgade förhållandet mellan beläggningsstruktur och temperatur och lufttryck i Thortons strukturella regionmodell till förhållandet mellan beläggningsstruktur, temperatur och jonenergi, som visas i bild 2. I fallet med jonavsättningsbeläggning med låg energi, överensstämmer beläggningsstrukturen med Thortons strukturzonmodell.Med ökningen av avsättningstemperaturen, övergången från region 1 (lösa porösa fiberkristaller) till region T (täta fiberkristaller), region 2 (kolonnkristaller) och region 3 (omkristallisationsområde);med ökningen av avsättningjonenergin minskar övergångstemperaturen från region 1 till region T, region 2 och region 3.Högdensitetsfiberkristallerna och kolumnkristallerna kan framställas vid låg temperatur.När energin hos avsatta joner ökar till storleksordningen 1-10 eV, förstärks bombarderingen och etsningen av joner på den avsatta beläggningsytan och tjockleken på beläggningarna ökas.
No.3 Förberedelse av hårt beläggningsskikt med högeffekts pulsad magnetronförstoftningsteknik
Beläggningen som framställs av högeffekts pulsad magnetronförstoftningsteknik är tätare, med bättre mekaniska egenskaper och hög temperaturstabilitet.Såsom visas i bild 3 är den konventionella magnetronförstoftade TiAlN-beläggningen en kolumnformig kristallstruktur med en hårdhet av 30 GPa och en Youngs modul på 460 GPa;HIPIMS-TiAlN-beläggningen är 34 GPa hårdhet medan Youngs modul är 377 GPa;förhållandet mellan hårdhet och Youngs modul är ett mått på beläggningens seghet.Högre hårdhet och mindre Youngs modul betyder bättre seghet.HIPIMS-TiAlN-beläggningen har bättre högtemperaturstabilitet, med AlN-hexagonal fas utfälld i den konventionella TiAlN-beläggningen efter högtemperaturglödgningsbehandling vid 1 000 °C i 4 timmar.Beläggningens hårdhet minskar vid hög temperatur, medan HIPIMS-TiAlN-beläggningen förblir oförändrad efter värmebehandling vid samma temperatur och tid.HIPIMS-TiAlN-beläggning har också en högre starttemperatur för högtemperaturoxidation än konventionell beläggning.Därför visar HIPIMS-TiAlN-beläggningen mycket bättre prestanda i höghastighetsskärverktyg än andra belagda verktyg framställda med PVD-processen.
Posttid: 2022-nov-08