Nr. 1 Beginsel van hoë-krag gepulseerde magnetron-sputtering
Die hoë-krag gepulseerde magnetron-sputtertegniek gebruik hoë piekpulskrag (2-3 ordes van grootte hoër as konvensionele magnetron-sputtering) en lae puls-dienssiklus (0.5%-10%) om hoë metaaldissosiasietempo's (>50%) te bereik, wat afgelei word van die magnetron-sputtereienskappe, soos getoon in Figuur 1, waar die piekteikenstroomdigtheid I eweredig is aan die eksponensiële n-de krag van die ontladingspanning U, I = kUn (n is 'n konstante wat verband hou met die katodestruktuur, magnetiese veld en materiaal). By laer kragdigthede (lae spanning) is die n-waarde gewoonlik in die reeks van 5 tot 15; met die toenemende ontladingspanning neem die stroomdigtheid en kragdigtheid vinnig toe, en by hoë spanning word die n-waarde 1 as gevolg van die verlies van magnetiese veldinperking. As die gasontlading by lae kragdigthede bepaal word deur gasione wat in die normale gepulseerde ontladingsmodus is; As die verhouding van metaalione in die plasma by hoë kragdigthede toeneem en sommige materiale oorskakel, dit wil sê in die self-sputtermodus, d.w.s. die plasma word in stand gehou deur die ionisasie van gesputterde neutrale deeltjies en sekondêre metaalione, en inerte gasatome soos Ar word slegs gebruik om die plasma te ontbrand, waarna die gesputterde metaaldeeltjies naby die teiken geïoniseerd word en terug versnel word om die gesputterde teiken te bombardeer onder die werking van magnetiese en elektriese velde om die hoë stroomontlading te handhaaf, en die plasma is hoogs geïoniseerde metaaldeeltjies. As gevolg van die verhittingseffek van die sputterproses op die teiken, om die stabiele werking van die teiken in industriële toepassings te verseker, moet die kragdigtheid wat direk op die teiken toegepas word, nie te groot wees nie. Oor die algemeen moet die termiese geleidingsvermoë van direkte waterverkoeling en teikenmateriaal in die geval van 25 W/cm2 laer wees, terwyl indirekte waterverkoeling, swak termiese geleidingsvermoë van die teikenmateriaal, fragmentasie as gevolg van termiese spanning of die teikenmateriaal lae vlugtige legeringskomponente bevat, en ander gevalle kan die kragdigtheid slegs 2 ~ 15 W/cm2 laer wees, wat ver onder die vereistes vir hoë kragdigtheid is. Die probleem van teikenoorverhitting kan opgelos word deur baie smal hoëkragpulse te gebruik. Anders definieer hoëkrag-gepulseerde magnetronsputtering as 'n soort gepulseerde sputtering waar die piekkragdigtheid die gemiddelde kragdigtheid met 2 tot 3 ordes van grootte oorskry, en die teikenioonsputtering die sputterproses oorheers, en die teikensputteratome is hoogs gedissosieer.
Nr. 2 Die eienskappe van hoë-krag gepulseerde magnetron-sputterlaagafsetting
Hoë-krag gepulseerde magnetron-sputtering kan plasma met 'n hoë dissosiasietempo en hoë ioonenergie produseer, en kan voorspanningsdruk toepas om die gelaaide ione te versnel, en die deklaagafsettingsproses word gebombardeer deur hoë-energie deeltjies, wat 'n tipiese IPVD-tegnologie is. Die ioonenergie en -verspreiding het 'n baie belangrike impak op die deklaagkwaliteit en -prestasie.
Oor IPVD, gebaseer op die bekende Thorton-strukturele gebiedmodel, het Anders 'n strukturele gebiedmodel voorgestel wat plasma-afsetting en ioon-etsing insluit, die verband tussen bedekkingsstruktuur en temperatuur en lugdruk in die Thorton-strukturele gebiedmodel uitgebrei na die verband tussen bedekkingsstruktuur, temperatuur en ioonenergie, soos getoon in Figuur 2. In die geval van lae-energie ioon-afsettingsbedekking, stem die bedekkingsstruktuur ooreen met die Thorton-struktuursonemodel. Met die toename van afsettingstemperatuur, die oorgang van gebied 1 (los poreuse veselkristalle) na gebied T (digte veselkristalle), gebied 2 (kolomvormige kristalle) en gebied 3 (herkristallisasiegebied); met die toename van afsettings-ioonenergie, neem die oorgangstemperatuur van gebied 1 na gebied T, gebied 2 en gebied 3 af. Die hoëdigtheid-veselkristalle en kolomvormige kristalle kan by lae temperatuur voorberei word. Wanneer die energie van gedeponeerde ione tot die orde van 1-10 eV toeneem, word die bombardement en etsing van ione op die gedeponeerde bedekkingsoppervlak verbeter en die dikte van die bedekkings word verhoog.
Nr. 3 Voorbereiding van harde deklaag deur hoë-krag gepulseerde magnetron-sputtertegnologie
Die deklaag wat deur hoëkrag-gepulseerde magnetron-sputtertegnologie voorberei word, is digter, met beter meganiese eienskappe en hoë temperatuurstabiliteit. Soos in Figuur 3 getoon, is die konvensionele magnetron-gesputterde TiAlN-deklaag 'n kolomvormige kristalstruktuur met 'n hardheid van 30 GPa en 'n Young-modulus van 460 GPa; die HIPIMS-TiAlN-deklaag is 34 GPa hardheid terwyl die Young-modulus 377 GPa is; die verhouding tussen hardheid en Young-modulus is 'n maatstaf van die taaiheid van die deklaag. Hoër hardheid en kleiner Young-modulus beteken beter taaiheid. Die HIPIMS-TiAlN-deklaag het beter hoë temperatuurstabiliteit, met die AlN-seskantige fase wat in die konvensionele TiAlN-deklaag neerslaan na hoë temperatuur gloeibehandeling by 1 000 °C vir 4 uur. Die hardheid van die deklaag neem af by hoë temperatuur, terwyl die HIPIMS-TiAlN-deklaag onveranderd bly na hittebehandeling by dieselfde temperatuur en tyd. HIPIMS-TiAlN-bedekking het ook 'n hoër aanvangstemperatuur van hoëtemperatuuroksidasie as konvensionele bedekking. Daarom toon die HIPIMS-TiAlN-bedekking baie beter werkverrigting in hoëspoed-snygereedskap as ander bedekte gereedskap wat deur die PVD-proses voorberei is.
Plasingstyd: 8 November 2022