Introduzione à a tecnulugia HiPIMS

N ° 1 Principiu di sputtering di magnetron pulsatu d'alta putenza
A tecnica di sputtering di magnetron pulsatu d'alta putenza usa una putenza d'impulsu di piccu elevata (2-3 ordini di magnitudine più alta di u sputtering di magnetron convenzionale) è un ciclu di travagliu d'impulsu bassu (0,5%-10%) per ottene tassi di dissociazione di metalli elevati (> 50%), chì hè derivatu da e caratteristiche di sputtering di magnetron, cum'è mostratu in a Figura 1, induve a densità di corrente di piccu di u bersagliu I hè proporzionale à a putenza esponenziale n-esima di a tensione di scarica U, I = kUn (n hè una costante ligata à a struttura di u catodu, u campu magneticu è u materiale). À densità di putenza più basse (bassa tensione) u valore n hè di solitu in l'intervallu da 5 à 15; cù l'aumentu di a tensione di scarica, a densità di corrente è a densità di putenza aumentanu rapidamente, è à alta tensione u valore n diventa 1 per via di a perdita di cunfinamentu di u campu magneticu. Se à densità di putenza basse, a scarica di gas hè determinata da ioni di gas chì si trovanu in a modalità di scarica pulsata nurmale; Sè à densità di putenza elevate, a proporzione di ioni metallichi in u plasma aumenta è certi materiali cambianu, vale à dì in a modalità di auto-sputtering, vale à dì chì u plasma hè mantinutu da l'ionizazione di particelle neutre sputterizzate è ioni metallichi secundarii, è l'atomi di gas inerte cum'è Ar sò aduprati solu per accende u plasma, dopu à chì e particelle metalliche sputterizzate sò ionizzate vicinu à u bersagliu è accelerate di novu per bombardà u bersagliu sputterizzatu sottu l'azione di campi magnetichi è elettrici per mantene a scarica di corrente elevata, è u plasma hè particelle metalliche altamente ionizzate. A causa di u prucessu di sputtering di l'effettu di riscaldamentu nantu à u target, per assicurà u funziunamentu stabile di u target in applicazioni industriali, a densità di putenza applicata direttamente à u target ùn pò esse troppu grande, generalmente u raffreddamentu direttu di l'acqua è a cunduttività termica di u materiale di u target devenu esse in u casu di 25 W / cm2 sottu, raffreddamentu indirettu di l'acqua, a cunduttività termica di u materiale di u target hè scarsa, u materiale di u target causatu da a frammentazione per via di u stress termicu o u materiale di u target cuntene cumpunenti di lega à bassa volatilità è altri casi di densità di putenza pò esse solu in 2 ~ 15 W / cm2 sottu, assai sottu à i requisiti di alta densità di putenza. U prublema di u surriscaldamentu di u target pò esse risoltu aduprendu impulsi di alta putenza assai stretti. Anders definisce u sputtering di magnetron pulsatu di alta putenza cum'è un tipu di sputtering pulsatu induve a densità di putenza di piccu supera a densità di putenza media di 2 à 3 ordini di grandezza, è u sputtering di ioni di u target domina u prucessu di sputtering, è l'atomi di sputtering di u target sò assai dissociati.

N ° 2 E caratteristiche di a deposizione di rivestimenti per sputtering di magnetron pulsato di alta putenza

U sputtering di magnetron pulsatu d'alta putenza pò pruduce plasma cù un altu tassu di dissociazione è un altu energia ionica, è pò applicà una pressione di polarizazione per accelerà l'ioni carichi, è u prucessu di deposizione di u rivestimentu hè bombardatu da particelle d'alta energia, chì hè una tecnulugia IPVD tipica. L'energia è a distribuzione di l'ioni anu un impattu assai impurtante nantu à a qualità è e prestazioni di u rivestimentu.
À propositu di l'IPVD, basatu annantu à u famosu mudellu di regione strutturale di Thorton, Anders hà prupostu un mudellu di regione strutturale chì include a deposizione à plasma è l'incisione ionica, allargandu a relazione trà a struttura di u rivestimentu è a temperatura è a pressione di l'aria in u mudellu di regione strutturale di Thorton à a relazione trà a struttura di u rivestimentu, a temperatura è l'energia ionica, cum'è mostratu in a Figura 2. In u casu di u rivestimentu di deposizione ionica à bassa energia, a struttura di u rivestimentu si cunforma à u mudellu di zona di struttura di Thorton. Cù l'aumentu di a temperatura di deposizione, a transizione da a regione 1 (cristalli di fibre porose sciolte) à a regione T (cristalli di fibre dense), a regione 2 (cristalli culunari) è a regione 3 (regione di ricristallizazione); cù l'aumentu di l'energia ionica di deposizione, a temperatura di transizione da a regione 1 à a regione T, a regione 2 è a regione 3 diminuisce. I cristalli di fibre à alta densità è i cristalli culunari ponu esse preparati à bassa temperatura. Quandu l'energia di l'ioni depositati aumenta à l'ordine di 1-10 eV, u bumbardamentu è l'incisione di l'ioni nantu à a superficia di i rivestimenti depositati hè aumentatu è u spessore di i rivestimenti hè aumentatu.

N ° 3 Preparazione di u stratu di rivestimentu duru per mezu di a tecnulugia di sputtering di magnetron pulsatu d'alta putenza
U rivestimentu preparatu da a tecnulugia di sputtering magnetron pulsatu d'alta putenza hè più densu, cù migliori proprietà meccaniche è stabilità à alta temperatura. Cum'è mostratu in a Fig. 3, u rivestimentu TiAlN sputtering magnetron cunvinziunale hè una struttura cristallina culunnare cù una durezza di 30 GPa è un modulu di Young di 460 GPa; u rivestimentu HIPIMS-TiAlN hà una durezza di 34 GPa mentre chì u modulu di Young hè 377 GPa; u rapportu trà a durezza è u modulu di Young hè una misura di a tenacità di u rivestimentu. Una durezza più alta è un modulu di Young più chjucu significanu una migliore tenacità. U rivestimentu HIPIMS-TiAlN hà una migliore stabilità à alta temperatura, cù a fase esagonale AlN precipitata in u rivestimentu TiAlN cunvinziunale dopu u trattamentu di ricottura à alta temperatura à 1.000 °C per 4 ore. A durezza di u rivestimentu diminuisce à alta temperatura, mentre chì u rivestimentu HIPIMS-TiAlN ferma invariatu dopu u trattamentu termicu à a stessa temperatura è tempu. U rivestimentu HIPIMS-TiAlN hà ancu una temperatura d'iniziu di l'ossidazione à alta temperatura più alta cà u rivestimentu convenzionale. Dunque, u rivestimentu HIPIMS-TiAlN mostra prestazioni assai megliu in strumenti di taglio à alta velocità cà altri strumenti rivestiti preparati da u prucessu PVD.