Cyflwyniad i Dechnoleg HiPIMS

Rhif 1 Egwyddor chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel
Mae'r dechneg chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel yn defnyddio pŵer pwls brig uchel (2-3 urdd maint yn uwch na chwistrellu magnetron confensiynol) a chylch dyletswydd pwls isel (0.5%-10%) i gyflawni cyfraddau daduniad metel uchel (>50%), sy'n deillio o nodweddion chwistrellu'r magnetron, fel y dangosir yn Llun 1, lle mae dwysedd cerrynt targed brig I yn gymesur â phŵer n-fed esbonyddol y foltedd rhyddhau U, I = kUn (mae n yn gysonyn sy'n gysylltiedig â strwythur y catod, y maes magnetig a'r deunydd). Ar ddwyseddau pŵer is (foltedd isel) mae'r gwerth n fel arfer yn yr ystod o 5 i 15; gyda'r foltedd rhyddhau cynyddol, mae'r dwysedd cerrynt a'r dwysedd pŵer yn cynyddu'n gyflym, ac ar foltedd uchel mae'r gwerth n yn dod yn 1 oherwydd colli cyfyngiad maes magnetig. Os ar ddwyseddau pŵer isel, mae'r rhyddhau nwy yn cael ei bennu gan ïonau nwy sydd yn y modd rhyddhau pwls arferol; os yw cyfran yr ïonau metel yn y plasma yn cynyddu ar ddwyseddau pŵer uchel ac mae rhai deunyddiau'n newid, hynny yw i'r modd hunan-chwistrellu, h.y. Cynhelir y plasma trwy ïoneiddio gronynnau niwtral wedi'u chwistrellu ac ïonau metel eilaidd, a defnyddir atomau nwy anadweithiol fel Ar i danio'r plasma yn unig, ac ar ôl hynny caiff y gronynnau metel wedi'u chwistrellu eu hïoneiddio ger y targed a'u cyflymu yn ôl i fomio'r targed wedi'i chwistrellu o dan weithred meysydd magnetig a thrydanol i gynnal y rhyddhau cerrynt uchel, ac mae'r plasma yn ronynnau metel wedi'u hïoneiddio'n fawr. Oherwydd effaith gwresogi'r broses chwistrellu ar y targed, er mwyn sicrhau gweithrediad sefydlog y targed mewn cymwysiadau diwydiannol, ni all y dwysedd pŵer a roddir yn uniongyrchol ar y targed fod yn rhy fawr. Yn gyffredinol, dylai oeri dŵr uniongyrchol a dargludedd thermol y deunydd targed fod yn is na 25 W/cm2, ac oeri dŵr anuniongyrchol, mae dargludedd thermol y deunydd targed yn wael. Gall deunydd targed gael ei achosi gan ddarnio oherwydd straen thermol neu mae deunydd targed yn cynnwys cydrannau aloi anweddol isel, ac mewn achosion eraill dim ond 2 ~ 15 W/cm2 y gall dwysedd pŵer fod yn is na gofynion dwysedd pŵer uchel. Gellir datrys problem gorboethi'r targed trwy ddefnyddio pylsau pŵer uchel cul iawn. Mae Anders yn diffinio chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel fel math o chwistrellu pwls lle mae'r dwysedd pŵer brig yn fwy na'r dwysedd pŵer cyfartalog o 2 i 3 gorchymyn o faint, ac mae chwistrellu ïon y targed yn dominyddu'r broses chwistrellu, ac mae atomau chwistrellu'r targed wedi'u daduno'n fawr.

Rhif 2 Nodweddion dyddodiad cotio chwistrellu magnetron pwlsedig pŵer uchel

Gall chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel gynhyrchu plasma gyda chyfradd daduniad uchel ac egni ïon uchel, a gall gymhwyso pwysau rhagfarn i gyflymu'r ïonau â gwefr, ac mae'r broses dyddodiad cotio yn cael ei phomio gan ronynnau egni uchel, sy'n dechnoleg IPVD nodweddiadol. Mae gan yr egni a'r dosbarthiad ïon effaith bwysig iawn ar ansawdd a pherfformiad y cotio.
Ynglŷn â IPVD, yn seiliedig ar fodel rhanbarth strwythurol enwog Thorton, cynigiodd Anders fodel rhanbarth strwythurol sy'n cynnwys dyddodiad plasma ac ysgythru ïonau, gan ymestyn y berthynas rhwng strwythur cotio a thymheredd a phwysau aer yn y model rhanbarth strwythurol Thorton i'r berthynas rhwng strwythur cotio, tymheredd ac egni ïonau, fel y dangosir yn Llun 2. Yn achos cotio dyddodiad ïonau egni isel, mae strwythur y cotio yn cydymffurfio â model parth strwythur Thorton. Gyda chynnydd tymheredd y dyddodiad, mae'r newid o ranbarth 1 (crisialau ffibr mandyllog rhydd) i ranbarth T (crisialau ffibr dwys), rhanbarth 2 (crisialau colofnog) a rhanbarth 3 (rhanbarth ailgrisialu); gyda chynnydd ynni ïonau dyddodiad, mae tymheredd y newid o ranbarth 1 i ranbarth T, rhanbarth 2 a rhanbarth 3 yn lleihau. Gellir paratoi'r crisialau ffibr dwysedd uchel a'r crisialau colofnog ar dymheredd isel. Pan fydd egni'r ïonau a adneuwyd yn cynyddu i orchymyn 1-10 eV, mae bomio ac ysgythru ïonau ar wyneb y cotiau a adneuwyd yn cael ei wella ac mae trwch y cotiau yn cynyddu.

Rhif 3 Paratoi haen cotio caled gan dechnoleg chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel
Mae'r haen a baratowyd gan dechnoleg chwistrellu magnetron pwls pŵer uchel yn fwy dwys, gyda phriodweddau mecanyddol gwell a sefydlogrwydd tymheredd uchel. Fel y dangosir yn Llun 3, mae'r haen TiAlN wedi'i chwistrellu magnetron confensiynol yn strwythur grisial colofnog gyda chaledwch o 30 GPa a modwlws Young o 460 GPa; mae'r haen HIPIMS-TiAlN yn galedwch o 34 GPa tra bod y modwlws Young yn 377 GPa; mae'r gymhareb rhwng caledwch a modwlws Young yn fesur o galedwch y haen. Mae caledwch uwch a modwlws Young llai yn golygu caledwch gwell. Mae gan y haen HIPIMS-TiAlN sefydlogrwydd tymheredd uchel gwell, gyda chyfnod hecsagonol AlN yn gwaddodi yn y haen TiAlN gonfensiynol ar ôl triniaeth anelio tymheredd uchel ar 1,000 °C am 4 awr. Mae caledwch y haen yn lleihau ar dymheredd uchel, tra bod y haen HIPIMS-TiAlN yn aros yr un fath ar ôl triniaeth wres ar yr un tymheredd ac amser. Mae gan orchudd HIPIMS-TiAlN dymheredd cychwyn uwch ar gyfer ocsideiddio tymheredd uchel na gorchudd confensiynol. Felly, mae'r gorchudd HIPIMS-TiAlN yn dangos perfformiad llawer gwell mewn offer torri cyflym nag offer wedi'u gorchuddio eraill a baratowyd gan y broses PVD.