HiPIMS Technology Introduction

No.1 Prinsipyo sa high power pulsed magnetron sputtering
Ang high power pulsed magnetron sputtering technique naggamit sa taas nga peak pulse power (2-3 orders of magnitude nga mas taas kay sa conventional magnetron sputtering) ug ubos nga pulse duty cycle (0.5% -10%) aron makab-ot ang taas nga metal dissociation rates (> 50%), nga nakuha gikan sa magnetron sputtering nga mga kinaiya, sama sa gipakita sa Pic 1, diin ang peak nga target sa kasamtangan nga densidad mao ang peak nga densidad. ang discharge boltahe U, I = kUn (n mao ang usa ka kanunay nga may kalabutan sa cathode istruktura, magnetic field ug materyal). Sa ubos nga densidad sa gahum (ubos nga boltahe) ang n nga kantidad kasagaran anaa sa han-ay sa 5 ngadto sa 15; uban sa nagkataas nga discharge boltahe, ang kasamtangan nga densidad ug gahum densidad sa pagtaas sa paspas, ug sa taas nga boltahe ang n bili nahimong 1 tungod sa pagkawala sa magnetic field confinement. Kon sa ubos nga gahum densidad, ang gas discharge determinado sa gas ions nga anaa sa normal pulsed discharge mode; kung sa taas nga mga densidad sa gahum, ang proporsyon sa mga metal nga ion sa plasma nagdugang ug ang pipila nga mga materyales nagbag-o, nga naa sa mode nga self-sputtering, ie Ang plasma gipadayon pinaagi sa ionization sa mga sputtered nga neutral nga mga partikulo ug sekondaryang metal nga mga ion, ug ang mga inert nga mga atomo sa gas sama sa Ar gigamit lamang sa pagdilaab sa plasma, pagkahuman ang mga sputtered metal nga mga partikulo gipunting sa likod ug gibombahan target sa ilalum sa aksyon sa magnetic ug electric kapatagan sa pagpadayon sa hataas nga kasamtangan nga discharge, ug ang plasma mao ang kaayo ionized metal nga mga partikulo. Tungod sa proseso sa sputtering sa epekto sa pagpainit sa target, aron masiguro ang lig-on nga operasyon sa target sa mga aplikasyon sa industriya, ang densidad sa gahum nga direkta nga gipadapat sa target dili mahimong dako kaayo, sa kasagaran direkta nga pagpabugnaw sa tubig ug target nga materyal nga thermal conductivity kinahanglan nga sa kaso sa 25 W / cm2 sa ubos, dili direkta nga pagpabugnaw sa tubig, ang target nga materyal nga thermal conductivity adunay kabus, target tungod sa kakulang sa materyal nga kainit ug ang target nga materyal nga gipahinabo sa ubos nga mga kaso sa fragment nga haluang metal. mahimo lamang sa 2 ~ 15 W / cm2 sa ubos, sa halayo sa ubos sa mga kinahanglanon sa hatag-as nga gahum Densidad. Ang problema sa overheating sa target mahimong masulbad pinaagi sa paggamit sa hiktin kaayo nga high power pulses. Gihubit ni Anders ang high-power pulsed magnetron sputtering isip usa ka matang sa pulsed sputtering diin ang peak power density milapas sa average nga power density sa 2 ngadto sa 3 nga mga order sa magnitude, ug ang target nga ion sputtering nagpatigbabaw sa proseso sa sputtering, ug ang target sputtering atoms kaayo nga dissociated.

No.2 Ang mga kinaiya sa high power pulsed magnetron sputtering coating deposition

Ang high power pulsed magnetron sputtering makahimo og plasma nga adunay taas nga dissociation rate ug taas nga enerhiya sa ion, ug mahimong magamit ang bias pressure aron mapadali ang mga charged ions, ug ang proseso sa pagdeposito sa coating gibombahan sa high-energy nga mga partikulo, nga usa ka tipikal nga teknolohiya sa IPVD. Ang enerhiya ug pag-apod-apod sa ion adunay hinungdanon kaayo nga epekto sa kalidad ug pasundayag sa coating.
Mahitungod sa IPVD, base sa bantog nga Thorton structural region model, gisugyot ni Anders ang usa ka structural region model nga naglakip sa plasma deposition ug ion etching, gipalugway ang relasyon tali sa coating structure ug temperatura ug presyur sa hangin sa Thorton structural region model ngadto sa relasyon tali sa coating structure, temperatura ug ion energy, sama sa gipakita sa Pic 2. Sa kaso sa ubos nga enerhiya nga ion deposition nga estraktura nahiuyon sa modelo sa istruktura sa ion nga layer sa Thorton. Uban sa pagtaas sa temperatura sa deposition, ang transisyon gikan sa rehiyon 1 (loose porous fiber crystals) ngadto sa rehiyon T (dense fiber crystals), rehiyon 2 (columnar crystals) ug rehiyon 3 (recrystallization region); uban sa pagdugang sa deposition ion enerhiya, ang transisyon temperatura gikan sa rehiyon 1 ngadto sa rehiyon T, rehiyon 2 ug rehiyon 3 mikunhod. Ang high-density fiber crystals ug columnar crystals mahimong maandam sa ubos nga temperatura. Kung ang kusog sa mga nadeposito nga mga ion nagdugang sa pagkasunud sa 1-10 eV, ang pagpamomba ug pag-etching sa mga ion sa ibabaw sa mga nadeposito nga coatings gipauswag ug ang gibag-on sa mga coatings nadugangan.

No.3 Pag-andam sa gahi nga coating layer pinaagi sa high power pulsed magnetron sputtering technology
Ang coating nga giandam sa high power pulsed magnetron sputtering technology mas dasok, nga adunay mas maayo nga mekanikal nga mga kabtangan ug taas nga temperatura nga kalig-on. Sama sa gipakita sa Pic 3, ang conventional magnetron sputtered TiAlN coating usa ka columnar crystal structure nga adunay katig-a sa 30 GPa ug usa ka Young's modulus nga 460 GPa; ang HIPIMS-TiAlN coating kay 34 GPa hardness samtang ang Young's modulus 377 GPa; ang ratio tali sa katig-a ug Young's modulus usa ka sukod sa katig-a sa coating. Ang mas taas nga katig-a ug mas gamay nga Young's modulus nagpasabut nga mas maayo nga pagkagahi. Ang HIPIMS-TiAlN coating adunay mas maayo nga taas nga temperatura nga kalig-on, uban sa AlN hexagonal phase precipitated sa conventional TiAlN coating human sa taas nga temperatura annealing treatment sa 1,000 °C sulod sa 4 ka oras. Ang katig-a sa coating mikunhod sa taas nga temperatura, samtang ang HIPIMS-TiAlN coating nagpabilin nga wala mausab pagkahuman sa heat treatment sa parehas nga temperatura ug oras. Ang HIPIMS-TiAlN coating usab adunay mas taas nga pagsugod sa temperatura sa taas nga temperatura nga oksihenasyon kay sa naandan nga coating. Busa, ang HIPIMS-TiAlN coating nagpakita og mas maayo nga performance sa high-speed cutting tools kay sa ubang mga coated tools nga giandam sa PVD process.