№ 1 Прынцып магутнага імпульснага магнетроннага распылення
Тэхніка імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці выкарыстоўвае высокую пікавую магутнасць імпульсу (на 2-3 парадкі вышэй, чым звычайнае магнетроннае распыленне) і нізкі працоўны цыкл імпульсу (0,5%-10%) для дасягнення высокай хуткасці дысацыяцыі металу (>50%), што атрымліваецца з характарыстык магнетроннага распылення, як паказана на малюнку 1, дзе пікавая шчыльнасць току мішэні I прапарцыйная экспаненцыяльнай n-й ступені напружання разраду U, I = kUn (n — канстанта, звязаная са структурай катода, магнітным полем і матэрыял).Пры меншай шчыльнасці магутнасці (нізкае напружанне) значэнне n звычайна знаходзіцца ў дыяпазоне ад 5 да 15;з павелічэннем напругі разраду шчыльнасць току і шчыльнасць магутнасці хутка ўзрастаюць, і пры высокім напружанні значэнне n становіцца 1 з-за страты ўтрымання магнітнага поля.Калі пры нізкіх шчыльнасцях магутнасці газавы разрад вызначаецца іёнамі газу, які знаходзіцца ў нармальным рэжыме імпульснага разраду;калі пры высокай шчыльнасці магутнасці доля іёнаў металу ў плазме павялічваецца і некаторыя матэрыялы пераключаюцца, гэта значыць у рэжым самараспылення, г. зн. плазма падтрымліваецца за кошт іянізацыі распыленых нейтральных часціц і другасных іёнаў металу і атамаў інэртнага газу. такія як Ar, выкарыстоўваюцца толькі для запальвання плазмы, пасля чаго распыленыя часціцы металу іянізуюцца паблізу мішэні і паскараюцца назад, каб бамбіць распыленую мішэнь пад дзеяннем магнітнага і электрычнага палёў для падтрымання моцнага разраду току, і плазма вельмі моцна іянізаваныя металічныя часціцы.З-за працэсу распылення нагрэву мішэні, для забеспячэння стабільнай працы мішэні ў прамысловых прымяненнях, шчыльнасць магутнасці, непасрэдна прыкладзеная да мішэні, не можа быць занадта вялікай, як правіла, прамое вадзяное астуджэнне і цеплаправоднасць матэрыялу мішэні павінна быць у выпадку ніжэй за 25 Вт / см2, непрамое вадзяное астуджэнне, цеплаправоднасць матэрыялу мішэні дрэнная, матэрыял мішэні выкліканы фрагментацыяй з-за тэрмічнага напружання або матэрыял мішэні змяшчае нізкалятучыя кампаненты сплаву і іншыя выпадкі шчыльнасці магутнасці могуць быць толькі ў 2 ~ 15 Вт / см2 ніжэй, значна ніжэй патрабаванняў высокай шчыльнасці магутнасці.Праблему перагрэву мэты можна вырашыць, выкарыстоўваючы вельмі вузкія імпульсы высокай магутнасці.Андэрс вызначае высокамагутнае імпульснае магнетроннае распыленне як разнавіднасць імпульснага распылення, пры якім пікавая шчыльнасць магутнасці перавышае сярэднюю шчыльнасць магутнасці на 2-3 парадкі, а распыленне мэтавых іёнаў дамінуе ў працэсе распылення, а атамы мэтавага распылення моцна дысацыяваныя .
№ 2. Характарыстыкі нанясення пакрыццяў высокамагутнага імпульснага магнетроннага распылення
Магутнае імпульснае магнетроннае распыленне можа ствараць плазму з высокай хуткасцю дысацыяцыі і высокай энергіяй іёнаў і можа прымяняць ціск зрушэння для паскарэння зараджаных іёнаў, а працэс нанясення пакрыцця бамбардзіруюць часціцамі высокай энергіі, што з'яўляецца тыповай тэхналогіяй IPVD.Энергія і размеркаванне іёнаў аказваюць вельмі важны ўплыў на якасць і характарыстыкі пакрыцця.
Наконт IPVD, заснаваны на вядомай мадэлі структурнай вобласці Тортана, Андэрс прапанаваў мадэль структурнай вобласці, якая ўключае плазменнае асаджэнне і іённае тручэнне, пашырыў сувязь паміж структурай пакрыцця і тэмпературай і ціскам паветра ў мадэлі структурнай вобласці Тортана да сувязі паміж структурай пакрыцця, тэмпературы і энергіі іёнаў, як паказана на мал. 2. У выпадку пакрыцця з нанясеннем іёнаў нізкай энергіі структура пакрыцця адпавядае мадэлі структурнай зоны Тортана.З павышэннем тэмпературы асаджэння адбываецца пераход ад вобласці 1 (крышталі з друзлых порыстых валокнаў) да вобласці Т (крышталі з шчыльнымі валокнамі), вобласці 2 (крышталі ў форме слупкоў) і вобласці 3 (вобласць рэкрышталізацыі);з павелічэннем энергіі іёнаў аблогі тэмпература пераходу ад вобласці 1 да вобласці Т, вобласці 2 і вобласці 3 зніжаецца.Крышталі валакна высокай шчыльнасці і столбчатые крышталі могуць быць атрыманы пры нізкай тэмпературы.Калі энергія асаджаных іёнаў павялічваецца да парадку 1-10 эВ, бамбардзіроўка і тручэнне іёнамі на паверхні асаджаных пакрыццяў узмацняюцца, а таўшчыня пакрыццяў павялічваецца.
No.3 Падрыхтоўка цвёрдага пласта пакрыцця з дапамогай тэхналогіі імпульснага магнетроннага распылення высокай магутнасці
Пакрыццё, атрыманае з дапамогай тэхналогіі імпульснага магнетроннага напылення высокай магутнасці, больш шчыльнае, з лепшымі механічнымі ўласцівасцямі і высокай тэмпературнай стабільнасцю.Як паказана на малюнку 3, звычайнае магнетроннае напыленне TiAlN пакрыццё ўяўляе сабой столбчатую крышталічную структуру з цвёрдасцю 30 ГПа і модулем Юнга 460 ГПа;цвёрдасць пакрыцця HIPIMS-TiAlN складае 34 ГПа, а модуль Юнга - 377 ГПа;стаўленне паміж цвёрдасцю і модулем Юнга з'яўляецца мерай трываласці пакрыцця.Больш высокая цвёрдасць і меншы модуль Юнга азначаюць лепшую трываласць.Пакрыццё HIPIMS-TiAlN мае лепшую стабільнасць пры высокіх тэмпературах, з шасцікутнай фазай AlN, якая выпадае ў звычайным пакрыцці TiAlN пасля высокатэмпературнага адпалу пры 1000 °C на працягу 4 гадзін.Цвёрдасць пакрыцця зніжаецца пры высокай тэмпературы, у той час як пакрыццё HIPIMS-TiAlN застаецца нязменным пасля тэрмаапрацоўкі пры той жа тэмпературы і ў той жа час.Пакрыццё HIPIMS-TiAlN таксама мае больш высокую тэмпературу пачатку высокатэмпературнага акіслення, чым звычайнае пакрыццё.Такім чынам, пакрыццё HIPIMS-TiAlN паказвае значна лепшую прадукцыйнасць у высакахуткасных рэжучых інструментах, чым іншыя інструменты з пакрыццём, падрыхтаваныя працэсам PVD.
Час публікацыі: 8 лістапада 2022 г