№ 1 Прынцып імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці
Тэхніка імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці выкарыстоўвае высокую пікавую магутнасць імпульсу (на 2-3 парадкі вышэй, чым у традыцыйным магнетронным распыленні) і нізкі каэфіцыент запаўнення імпульсу (0,5%-10%) для дасягнення высокіх хуткасцей дысацыяцыі металу (>50%), што вылічваецца з характарыстык магнетроннага распылення, як паказана на мал. 1, дзе пікавая шчыльнасць току мішэні I прапарцыйная экспанентнай n-й ступені напружання разраду U, I = kUn (n - гэта канстанта, звязаная са структурай катода, магнітным полем і матэрыялам). Пры ніжэйшых шчыльнасцях магутнасці (нізкае напружанне) значэнне n звычайна знаходзіцца ў дыяпазоне ад 5 да 15; з павелічэннем напружання разраду шчыльнасць току і шчыльнасць магутнасці хутка павялічваюцца, а пры высокім напружанні значэнне n становіцца роўным 1 з-за страты ўтрымання магнітным полем. Калі пры нізкіх шчыльнасцях магутнасці газавы разрад вызначаецца іонамі газу, гэта значыць у рэжыме звычайнага імпульснага разраду; Калі пры высокай шчыльнасці магутнасці доля іонаў металаў у плазме павялічваецца, некаторыя матэрыялы пераходзяць у рэжым самараспылення, г.зн. плазма падтрымліваецца іанізацыяй распыленых нейтральных часціц і другасных іонаў металаў, а атамы інэртнага газу, такія як Ar, выкарыстоўваюцца толькі для ўзгарання плазмы, пасля чаго распыленыя часціцы металу іянізуюцца паблізу мішэні і паскараюцца назад, каб бамбіць распыленую мішэнь пад дзеяннем магнітных і электрычных палёў для падтрымання высокага току разраду, і плазма ўяўляе сабой высокаіянізаваныя часціцы металу. З-за награвальнага ўздзеяння працэсу распылення на мішэнь, каб забяспечыць стабільную працу мішэні ў прамысловых умовах, шчыльнасць магутнасці, якая непасрэдна прыкладаецца да мішэні, не павінна быць занадта вялікай. Як правіла, пры прамым вадзяным астуджэнні цеплаправоднасць матэрыялу мішэні павінна быць не больш за 25 Вт/см2, пры ўскосным вадзяным астуджэнні цеплаправоднасць матэрыялу мішэні нізкая, матэрыял мішэні з-за тэрмічнага напружання або ўтрымання нізкалятучых кампанентаў сплаву і ў іншых выпадках шчыльнасць магутнасці можа быць толькі на 2~15 Вт/см2 ніжэй, што значна ніжэй за патрабаванні да высокай шчыльнасці магутнасці. Праблему перагрэву мішэні можна вырашыць, выкарыстоўваючы вельмі вузкія імпульсы высокай магутнасці. Андэрс вызначае імпульснае магнетроннае распыленне высокай магутнасці як від імпульснага распылення, пры якім пікавая шчыльнасць магутнасці перавышае сярэднюю шчыльнасць магутнасці на 2-3 парадкі, прычым распыленне іонаў мішэні дамінуе ў працэсе распылення, а атамы распылення мішэні моцна дысацыяваныя.
№ 2 Характарыстыкі нанясення пакрыццяў метадам імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці
Магутнае імпульснае магнетроннае распыленне можа ствараць плазму з высокай хуткасцю дысацыяцыі і высокай энергіяй іонаў, а таксама прымяняць ціск зрушэння для паскарэння зараджаных іонаў, прычым працэс нанясення пакрыцця бамбардзіруецца высокаэнергетычнымі часціцамі, што з'яўляецца тыповай для тэхналогіі IPVD. Энергія і размеркаванне іонаў аказваюць вельмі важны ўплыў на якасць і прадукцыйнасць пакрыцця.
Што да IPVD, то Андэрс, заснаваны на вядомай мадэлі структурных абласцей Тортана, прапанаваў мадэль структурных абласцей, якая ўключае плазмавае нанясенне і іённае травленне, пашырыўшы сувязь паміж структурай пакрыцця і тэмпературай і ціскам паветра ў мадэлі структурных абласцей Тортана на сувязь паміж структурай пакрыцця, тэмпературай і энергіяй іонаў, як паказана на мал. 2. У выпадку пакрыцця, нанесенага іённым нанясеннем нізкай энергіі, структура пакрыцця адпавядае мадэлі зоны структуры Тортана. З павышэннем тэмпературы нанясення адбываецца пераход ад вобласці 1 (рыхлыя сітаватыя крышталі валакна) да вобласці T (шчыльныя крышталі валакна), вобласці 2 (слупчастыя крышталі) і вобласці 3 (вобласць перакрышталізацыі); з павелічэннем энергіі іонаў нанясення тэмпература пераходу ад вобласці 1 да вобласці T, вобласці 2 і вобласці 3 памяншаецца. Валакчастыя крышталі і слупчастыя крышталі высокай шчыльнасці можна атрымаць пры нізкай тэмпературы. Калі энергія нанесеных іонаў павялічваецца да парадку 1-10 эВ, бамбардзіроўка і травленне іонаў на паверхні нанесенага пакрыцця ўзмацняецца, а таўшчыня пакрыццяў павялічваецца.
№ 3 Падрыхтоўка цвёрдага пакрыцця з дапамогай тэхналогіі імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці
Пакрыццё, атрыманае з дапамогай тэхналогіі імпульснага магнетроннага распылення высокай тэмпературы, больш шчыльнае, з лепшымі механічнымі ўласцівасцямі і высокай тэмпературнай стабільнасцю. Як паказана на малюнку 3, звычайнае пакрыццё TiAlN, нанесенае магнетронным распыленнем, мае слупчатую крышталічную структуру з цвёрдасцю 30 ГПа і модулем Юнга 460 ГПа; пакрыццё HIPIMS-TiAlN мае цвёрдасць 34 ГПа, а модуль Юнга — 377 ГПа; суадносіны паміж цвёрдасцю і модулем Юнга з'яўляецца паказчыкам трываласці пакрыцця. Больш высокая цвёрдасць і меншы модуль Юнга азначаюць лепшую трываласць. Пакрыццё HIPIMS-TiAlN мае лепшую высокатэмпературную стабільнасць, прычым шасцікутная фаза AlN выпадае ў звычайным пакрыцці TiAlN пасля высокатэмпературнага адпалу пры 1000 °C на працягу 4 гадзін. Цвёрдасць пакрыцця памяншаецца пры высокай тэмпературы, у той час як пакрыццё HIPIMS-TiAlN застаецца нязменным пасля тэрмічнай апрацоўкі пры той жа тэмпературы і часе. Пакрыццё HIPIMS-TiAlN таксама мае больш высокую тэмпературу пачатку высокатэмпературнага акіслення, чым звычайнае пакрыццё. Такім чынам, пакрыццё HIPIMS-TiAlN дэманструе значна лепшыя характарыстыкі ў высакахуткасных рэжучых інструментах, чым іншыя інструменты з пакрыццём, падрыхтаваныя метадам PVD.
Час публікацыі: 08 лістапада 2022 г.